Lötmittel: Grundlagen

(Matthias Walz, Hans Schnurr)   Lötzinn ist ein grundlegender Bestandteil in der Elektronikfertigung und vielen anderen Bereichen. In diesem Leitfaden wollen wir uns mit den Grundlagen der Lötmittelarten, Legierungen und Flussmittel befassen sowie Anwendungen und bewährte Tipps für eine erfolgreiche Nutzung vermitteln.

Lötzinn ist eine Legierung aus verschiedenen Metallen um Verbindungen zwischen elektronischen Komponenten, Drähten, Oberflächen und vielem mehr herzustellen. Gängige Legierungen bestehen aus Zinn, Silber und Kupfer. Diese kommen in verschiedenen Formen, wie Badlot, Röhrenlot, Lotpaste und Lötformteilen vor.

Es gibt verschiedene Formen von Lötzinn, welche jeweils für spezifische Anwendungen optimiert sind:

Bleifreies Lötzinn: Aufgrund von Umwelt- und Gesundheitsaspekten wird seit dem Jahr 2006 schrittweise je nach Einsatz und Produktgruppe auf bleifreies Lötzinn umgestellt. Hauptbestandteile sind eine Legierung aus Zinn, Silber Kupfer oder nur Zinn und Kupfer.

Bleihaltiges Lötzinn: Dieses Lötzinn wurde traditionell verwendet, enthält jedoch Blei, welches gesundheitliche Risiken birgt und Schäden bei der unsachgemäßen Entsorgung verursacht. Dennoch wird es in einigen Anwendungen auch heute noch für Reparaturen, im Militär sowie der Luft- und Raumfahrt genutzt.

Zinn/Kupfer (SnCu)

Vorteil: Günstigster Preis und schönere Optik bei bleifreien Legierungen

Nachteil: Hoher Schmelzbereich bei ca. 240°C

Zinn/Silber/Kupfer(SnAgCu bzw. SAC)

Vorteile: Geringerer Schmelzbereich bei ca. 217-221°C, bessere Benetzung, deutlich verbesserte Materialeigenschaften

Nachteile: Höherer Preis, matt-schuppige Oberfläche

Zinn/Blei (SnPb)

Vorteile: Gute Löteigenschaften, schöne Optik, geringerer Preis

Nachteil: Nicht ROHS Konform und daher für die meisten Anwendungen nicht mehr zugelassen

Zinn/Bismut (SnBi)

Vorteil: Sehr geringer Schmelzpunkt

Nachteil: Geringes Temperaturspektrum bei max. 85°C

Hoch bleihaltige Blei/Zinn/Silber (PbSnAg)

Vorteile: Sehr hoher Schmelzbereich bei knapp 300°C und daher für Baugruppen, die im Betrieb sehr heiß werden, geeignet und für entsprechende Produkte ROHS Konform, da es keine Alternative gibt

Nachteil: Nur für bestimmte Produktbereiche zulässig

Um eine sichere Lötverbindung herstellen zu können, ist es unabdingbar, dass die entsprechenden Komponenten sauber und oxid-frei sind. Hierfür kommen Flussmittel zum Einsatz, welche vor und/oder während des Lötprozess die Lötstellen reinigen und die Oxidschichten aufbrechen. Je nach Oberfläche und Material, kann hierfür ein leicht aktiviertes* oder auch ein hoch aktiviertes Flussmittel von Nöten sein.

*Unter „aktiviert“ versteht man in diesem Kontext den Zusatz von chemischen Bestandteilen (Aktivatoren) um eine optimale Benetzung der jeweiligen Oberfläche zu erreichen.

In der aktuellen Norm nach IEC werden Flussmittelsysteme wie folgt eingeteilt

• RO (Kolophonium)
• RE (Künstliches Harz)
• OR (Organisch)
• L (leicht aktiviert)
• M (mäßig aktiviert)
• H (hoch aktiviert)
• 0 (halogenfrei oder sehr geringe Mengen)
• 1 (halogenhaltig)

Die Bezeichnung ROL0 ergibt somit ein leicht aktiviertes, halogenfreies, Kolophonium-basiertes Flussmittel.

Röhrenlot

Das Röhrenlot wird meist im Handlötprozess eingesetzt und hat üblicherweise einen Drahtdurchmesser von 0.15mm – 2,00mm. Das benötigte Flussmittel ist hier in der sogenannten Flussmittelseele in den Drahtkern eingespritzt. Der Anteil des Flussmittels beträgt meist zwischen 1,5% und 3,5% Volumenprozent.

Lotpaste

Die Lotpaste wird hauptsächlich im automatisierten SMD Prozess eingesetzt und besteht aus einem Gemisch von sehr kleinem Lotpulver und Flussmittel. Diese Paste wird dann in einem Drucker mittels einer Schablone auf die Leiterplatte aufgedruckt. Bei den Lotpasten ist neben den unterschiedlichen Legierungen und Flussmittel auch die Korngröße des Pulvers ein wichtiger Aspekt. Aktuell gängig ist hier die Korngröße 4 ( ca. 20-38 µm). Lotpaste ist ebenso in Kartuschen für den Einsatz an einem Dispenser verfügbar.

Badlot

Badlot kommt beim Wellenlöten zum Einsatz. Es wird in Form von Barren in verschiedenen Größen oder auch als Massivdraht angeboten. Zur Anwendung kommt es dann in flüssiger Form im Löttiegel, wobei hier die bestückte Leiterplatte durch den Lötschwall gezogen wird oder beim Selektivlöten indem einzelne Bereiche über eine Lötdüse geführt werden. 

Lötformteile

Lötformteile sind kleine Zinnstücke, meist in Bauteilform (z.B. 0603) welche durch den Bestücker in die Lotpaste eingesetzt werden um das Zinnvolumen einer speziellen Lötstelle entsprechend zu erhöhen.

• Sauberkeit: Eine saubere Arbeitsumgebung und gereinigte Komponenten sind entscheidend für eine gute Lötverbindung.
• Temperatur: Verwendung der passenden Löttemperatur, um die Materialien nicht zu beschädigen und eine stabile Verbindung zu gewährleisten.
• Weiterbildung: Durch den regelmäßigen Besuch von Lötschulungen bleibt man up-to-date!

Die richtige Auswahl der Lötmittel in der Elektronikfertigung ist fundamental und hoch komplex. Unsere Experten stehen für Fragen und Hilfestellung bei der Produktauswahl jederzeit zur Verfügung.