- Lot (Metall)
-
Als Lot bezeichnet man eine Metall-Legierung, die je nach Einsatzfall aus einem bestimmten Mischungsverhältnis von Metallen besteht; hauptsächlich Blei, Zinn, Zink, Silber und Kupfer. Sie verlötet geeignete Metalle und Legierungen, wie Kupfer, Bronze, Messing, Tombak, Neusilber, Silber, Gold, Hartblei, Zink, Aluminium aber auch Eisen indem sie sich als Schmelze oberflächlich mit diesen verbindet bzw. legiert und nach Abkühlung erstarrt. Diese Legierbarkeit des Lotes mit den metallischen Werkstücken, Materialien, (elektronischen) Bauelementen, Drähten, Schmuckstücken oder sonstigen Komponenten ist die Voraussetzung für eine dauerhafte, feste stoffschlüssige Lötverbindung. Das Lot hat die Eigenschaft, dass sein Schmelzpunkt niedriger ist als der der zu verbindenden metallischen Werkstücke.
Vor dem Löten sollten die zu verbindenden Metallwerkstücke mechanisch und chemisch von Oxiden und Sulfiden gut gereinigt sowie auch entfettet werden. Die Metalloberflächen sollten „blank“ sein. Damit wird eine gute und schnelle Benetzung des Lotes zusammen mit einem geeigneten Flussmittel auf den Oberflächen ermöglicht und damit die Lötung wesentlich unterstützt. Besonders bei Weich-Lötungen im Elektronikbereich ist es außerdem noch sinnvoll, die Oberflächen der Werkstücke bzw. die Bauelementedrähte mit dem Lot vor der eigentlichen Zusammenlötung vorab noch zu verzinnen. Das Flussmittel löst dabei während des Lötens die sich ständig neu bildenden Oxidschichten auf den Metalloberflächen der Werkstücke auf. Es schützt damit vor erneuter Oxidation während des Lötprozesses und verbessert die Fließfähigkeit des Lotes, wobei die zu verbindenden Werkstücke auf die Temperatur des flüssigen Lotes aufgeheizt sein müssen. Das ist z. B. bei wärmeempfindlichen elektronischen Komponenten zu beachten, d. h. es sind maximale Lötzeiten einzuhalten! Die Wärmezufuhrkapazität über z. B. Lötkolben oder Gasbrenner und somit auch die Löttemperatur müssen an das betreffende Lot, die Größe der Lötstelle und deren Wärmeableitung an das Werkstück angepasst sein. Weil die Zugfestigkeit besonders bei Weichloten gewöhnlich geringer als die der zu verbindenden Materialien ist, sollte die Lotschicht bei hohen mechanischen Kräften daher möglichst dünn sein.
Eine eutektische Legierung hat die niedrigste Schmelztemperatur und schmilzt bzw. erstarrt bei einer festen Temperatur wie ein Reinstoff, z. B. Sn62Pb38 bei ca. 183 °C. Das ist beim Elektroniklöten erwünscht.
Alle nicht eutektischen Legierungen weisen zwei charakteristische Temperaturpunkte zwischen dem Beginn der Schmelze und der vollständigen Verflüssigung (und umgekehrt) auf, die sogenannte Solidus- und Liquidustemperatur. Sie haben also einen Schmelz-/Erstarrungsbereich, was z. B. bei Klempnerloten erwünscht ist. Unterhalb der Solidustemperatur ist die Legierung vollständig fest, bis zur Liquidustemperatur breiig, darüber vollständig flüssig.
Lote werden definitionsgemäß über die Liquidustemperatur des Lotes in Hartlote und Weichlote unterschieden. Lote mit Erweichungstemperaturen unter 450 °C sind Weichlote mit geringer mechanischer Festigkeit, solche mit Erweichungstemperaturen über 450 °C sind Hartlote (früher auch Schlaglote genannt) mit hoher Festigkeit.
Inhaltsverzeichnis
Hartlote
Als Hartlote bezeichnet man Legierungen auf hochsilberhaltiger, auf Neusilber- oder Messing-Basis, die gewöhnlich in Stab-, Stangen-, Draht-, Folien- und teilweise Pastenform lieferbar sind. Hartlotpasten enthalten bereits Flussmittel, so dass eine separate Zugabe, ebenfalls als Paste, wie bei den anderen Lotformen nicht mehr erforderlich ist.
Hartlote eignen sich, im Gegensatz zum Weichlot (auf Zinn/Blei-Basis), auch für mechanisch und temperaturmäßig stärker beanspruchte metallische Verbindungen (besonders für normale eisen- und nickelhaltige Werkstücke, wie z. B. Hartmetallschneiden in Eisenbohrern, den „Steinbohrern“). Edelstähle mit Chrom, Wolfram oder/und Molybdän sind allerdings häufig nur schwierig hartlötbar und meist gar nicht weichlötbar. Dies macht Löttests erforderlich. Ansonsten sollten diese Werkstoffe besser geschweißt werden. Dafür sind wiederum kupferhaltige Werkstofflegierungen, wie Bronze, Messing, Tombak, Neusilber sowie Silber, Gold sehr gut hart- (und weich)lötbar. Hartlotverbindungen weisen teilweise höhere Festigkeiten als der Grundwerkstoff auf. Manchmal werden den Hartlotdrähten ein Flussmittel, z. B. auf Boraxbasis, beigegeben. Meist ist der Lötdraht damit äußerlich umhüllt. Die Verarbeitungstemperaturen für Hartlote liegen zwischen 500 und 1000 °C. Als Wärmequellen werden u. a. Gasbrenner oder Industrie-Laser benutzt.
Bei Gasleitungen mit Kupferrohrfittingen ist Hartlötung vorgeschrieben.
Silberlote
Silberlote sind Legierungen aus Silber, Kupfer, Cadmium und Zink, mit geringen Anteilen von Mangan und Nickel. Die Verarbeitungstemperatur liegt bei 600 bis 800 °C. Mit steigendem Silbergehalt sinkt die Verarbeitungstemperatur. Silberlote fließen leichter als Messinglote und werden zur Verbindung von Kupferrohrfittingen verwendet. Dabei unterscheidet man:
- Silberlot ohne Cadmiumzusatz
- L-Ag34Sn (34 % Ag, 36 % Cu, 27,5 % Zn, 2,5 % Sn)
- L-Ag44 (44 % Ag, 30 % Cu, 26 % Zn)
- L-Ag55Sn (55 % Ag, 21 % Cu, 22 % Zn, 2 % Sn)
- Silberlot mit Cadmiumzusatz (nicht für Trinkwasserinstallationen)
- L-Ag40Cd (40 % Ag, 19 % Cu, 21 % Zn, 20 % Cd)
- L-Ag30Cd (30 % Ag, 28 % Cu, 21 % Zn, 21 % Cd)
Messinglote
Messinglote sind Legierungen aus Kupfer und Zink mit geringen Zusätzen von Silber, Silicium, Zinn und Mangan. Die Verarbeitungstemperatur liegt bei 800–1000 °C. Mit steigendem Kupfergehalt erhöht sich der Schmelzpunkt und die Festigkeit.
-
- L-CuZn40 (60 % Cu, 39,7 % Zn, 0,3 % Si)
Phosphorlote
Phosphorlote sind Legierungen aus Phosphor und Kupfer (und ggf. mit Silber).
- Kupfer/Phosphorlot
- L-Ag2P (91,7 % Cu, 6,3 % P, 2 % Ag)
- L-CuP6 (93,8 % Cu, 6,2 % P)
Hartlote für Aluminium
- L-AlSi12
- L-ZnAl30
Weichlote
Weichlotverbindungen weisen gegenüber Hartlotverbindungen nur mäßige Festigkeiten auf. Sie finden vor allem in der Elektrotechnik und Elektronik, in der Hausinstallation und durch die Bleiglas-Technik in der Kunst (Bleiglasfenster, Tiffany-Lampen) Anwendung. Zum handwerklichen Weichlöten werden heute elektrisch beheizbare und in ihrer Löttemperatur von etwa 60 °C bis 420 °C digital oder analog einstellbare und geregelte Lötkolben mit austauschbaren Lötspitzen von etwa 5 bis 250 Watt Nennleistung verwendet. Weich- und auch Hartlöten sollte wegen der Spritzgefahr des Lotes und der Flussmittel immer mit Schutzbrille und wegen der entstehenden gesundheitsschädlichen Flussmitteldämpfe unter einer Luftabzugsvorrichtung erfolgen. Weiteres siehe unter Löten.
Zinnlote
Handelsübliche Rolle Lötzinn
Röhrenlot mit FlussmittelseeleDie am häufigsten verwendeten Weichlote sind die Zinnlote, also Legierungen aus Zinn und Blei mit geringen Anteilen an Eisen, Antimon, Kupfer und Nickel. Der Schmelzpunkt der Zinnlote liegt unter 330 °C. Beim Erwärmen gehen die Lote von einem festen in einen breiigen und schließlich in den flüssigen Zustand über. Von besonderer Bedeutung ist das Eutektikum, auch Sickerlot genannt (63 % Sn, 37 % Pb). Bei einer Temperatur von 183 °C geht es direkt vom festen in den flüssigen Zustand über. Legierungen, die vom Eutektikum entfernt liegen, werden zugunsten eines technisch erwünschten Erstarrungsbereiches zwischen Liquidus- und Soliduslinie ebenfalls verwendet.
Verwendung der Zinnlote mit einem Zinnanteil von:
- 20–40 %: Verbinden von Kupferrohren, Bleikabeln und -muffen, Zinkdachrinnen
- 50 %: Feinlöten von Blechen
- 60 … 63 % (Sickerlot): Verbinden und verzinnen von elektrischen Leitungen, Drähten, Leiterplatten
- >90 %: Verlöten von Konservendosen
Die niedrigsten Schmelzpunkte weisen mit ca. 75 °C das sogenannte Woodsche Metall (bestehend aus 50 % Bismut (Bi), 25 % Blei (Pb), 12,5 % Cadmium (Cd) und 12,5 % Zinn (Sn)), sowie mit 62 °C das Fieldsche Metall (bestehend aus 32,5% Bismut (Bi), 51% Indium (In) und 16,5% Zinn (Sn)) auf. Ersteres ist auf Grund des Cadmiumanteils hoch giftig und umweltschädlich, wobei das als Ersatz verwendete Fieldsche Metall auf Grund des Indiumanteils bedeutend teurer ist.
Sogenannte Röhrenlote (Radiolot oder Elektroniklot) weisen eine oder mehrere eingearbeitete Seelen aus organischen, säurefreien Harzen von Bäumen, u. a. Kolophonium auf, das in der Handelsbezeichnung oft als „Flux“ bezeichnet wird und beim Lötvorgang als Flussmittel wirkt.
Eigenschaften der Lotbestandteile
Benennung chem. Zeichen Schmelztemperatur wesentlicher Einfluss Antimon Sb 630,7 °C erhöht die Zugfestigkeit des Lotes und verringert das Schwindmaß Silber Ag 961,9 °C vermindert das Ablegieren von Silber aus den zu verbindenden Werkstücken bzw. Elektronikkomponenten ins Lot Bismut Bi 271,3 °C setzt die Schmelztemperatur des Lotes wesentlich herab Kupfer Cu 1084,4 °C vermindert das Ablegieren von Kupfer aus den zu verbindenden Werkstücken bzw. Elektronikkomponenten ins Lot und verlängert die Lebensdauer von kupfernen Lötkolbenspitzen Zinn Sn 232,0 °C wesentlicher Weichlotbestandteil Blei Pb 327,5 °C verbessert die Fließeigenschaften und bewirkt Schmelztemperaturabsenkung des Lotes Wegen der guten technischen Beherrschbarkeit und des niedrigen Schmelzpunkts enthält eine Reihe von Loten Blei. Aufgrund der aktuellen Rechtslage, insbesondere in der EU (u. a. WEEE, RoHS: d. h. DIR 2002/96/EG und DIR 2002/95/EG) gibt es weltweit jedoch starke Bemühungen, die bleihaltigen Weichlote durch bleifreie zu ersetzen. Diese haben jedoch meist einen weniger universellen Einsatzbereich und bringen z. T. technische Probleme wie Verspröden und Whiskerbildung mit sich. Aus diesem Grund ist bei der Fertigung elektronischer Baugruppen für Medizintechnik, Sicherheitstechnik, Messgeräte, Luft- und Raumfahrt, Bahntechnik, Feuerwehrtechnik sowie für militärische/polizeiliche Verwendung der Einsatz bleifreien Lotes nicht zulässig. Bei elektronischen Baugruppen, die z. B. extremen Temperaturen ausgesetzt sind, oder bei denen der Einsatz von Blei aus anderen Gründen sinnvoll ist, z. B. in der Messtechnik, ist die Verwendung von bleihaltigem Lot dem Ermessen des Herstellers überlassen.
Seit Juli 2006 darf jedoch wegen Problemen beim vollständigen Recycling kein bleihaltiges Lötzinn mehr in elektronischen Geräten verwendet werden (siehe RoHS DIR 2002/95/EG), man setzt nun bleifreie Zinnlegierungen mit Kupfer und Nickel ein. Als preisgünstige Alternative zu diesen teuren patentierten werden Zinnlegierungen mit Kupfer und Silber eingesetzt, z. B. Sn95.5Ag3.8Cu0.7 (Schmelztemperatur etwa 220 °C). Außerhalb Europas ersetzt man das Blei gerne durch Bismut. Bei Privatanwendungen und für bestimmte (s. o.) Einsatzgebiete sowie für Bleiakkumulatoren dürfen jedoch weiterhin bleihaltige Lote verwendet werden.
Stark bismuthaltige Lote wurden wegen der sehr niedrigen Lotschmelztemperatur (unter 100 °C) früher als „Thermosicherungen“ in elektronischen Geräten verwendet.
Gebräuchliche Lotlegierungen
Verschiedene Weichlote. Links ein bleifreies Zinn-Silber-Lot.Die nachfolgende Tabelle führt einige übliche Lotlegierungen auf.
Legierung Solidustemperatur Liquidustemperatur Bemerkungen Sn42Bi58 138 138 eutektisch Sn43Pb43Bi14 144 163 Sn62Pb36Ag2 179 179 eutektisch Sn63Pb37 183 183 eutektisch Sn60Pb40 183 191 Sn96,5Ag3,0Cu0,5 217 219 Sn96Ag4(Sn96,3Ag3,7) 221 221 eutektisch Sn95Ag5 221 245 Sn99,3Cu0.7 227 227 eutektisch Sn99,Cu0.7,Ag0.3 227 227 eutektisch Sn100 232 232 Sn95Sb5 232 240 Sn89Sb10,5Cu0,5 242 263 Sn10Pb88Ag2 268 290 Sn10Pb90 275 302 Au80Sn20 280 280 eutektisch, für Chip-Bonden Sn5Pb92,5Ag2,5 287 296 Sn5Pb95 308 312 Weichlotbezeichnungen
Verwendete Kürzel bei Weichloten
Bei Weichloten werden nach der DIN 1707 die nachfolgenden Kürzel verwendet.
- Gruppe A: Blei-Zinn- und Zinn-Blei-Weichlote
- Gruppe Ah: Antimon-haltig
- Gruppe Aa: Antimon-arm
- Gruppe Af: Antimon-frei
- Gruppe B: Zinn-Blei-Lote mit Kupfer-, Silber- oder Phosphorzusatz
- Gruppe C: Sonderweichlote
- Gruppe D: Weichlote für Aluminium
Antimonhaltige Weichlote
- L-PbSn12Sb (12 % Zinn, 0,2–0,7 % Antimon, Rest Blei, 250 °C Solidus-, 295 °C Liquidustemperatur; Kühlerbau)
- L-PbSn30Sb (30 % Zinn, 0,5–1,8 % Antimon, Rest Blei, 186 °C Solidus-, 250 °C Liquidustemperatur; Schmierlot, Bleilot)
- L-PbSn40Sb (40 % Zinn, 0,5–2,4 % Antimon, Rest Blei, 186 °C Solidus-, 225 °C Liquidustemperatur; Kühlerbau)
Antimonarme Weichlote
- L-PbSn8(Sb) (8 % Zinn, 0,12–0,5 % Antimon, Rest Blei, 280 °C Solidus-, 305 °C Liquidustemperatur; Kühlerbau, Thermostate)
- L-PbSn30(Sb) (30 % Zinn, 0,12–0,5 % Antimon, Rest Blei, 183 °C Solidus-, 255 °C Liquidustemperatur; Feinblechpackungen)
- L-PbSn40(Sb) (40 % Zinn, 0,12–0,5 % Antimon, Rest Blei, 183 °C Solidus-, 235 °C Liquidustemperatur; Verzinnung, Feinblechpackungen, Klempnerarbeiten)
- L-PbSn60(Sb) (60 % Zinn, 0,12–0,5 % Antimon, Rest Blei, 183 °C Solidus-, 215 °C Liquidustemperatur; Verzinnung, Feinblechpackungen, Elektroindustrie, verzinkte Feinbleche)
Für Kupferrohrfittinge
- L-Sn50Pb (Blei-Zinn-Lot)
- L-SnAg5 (Zinn-Silber-Lot)
- L-SnCu3 (Zinn-Kupfer-Lot)
Für Aluminium
Beim Löten von Aluminium ist zu beachten, dass in Folge von Potentialunterschieden zwischen Lötstelle und Grundwerkstoff elektrochemische Korrosion in feuchter Umgebung auftreten kann. Die Lötstelle sollte daher z. B. mit Lack geschützt werden.
- L-SnZn10 (85–92 % Zinn, Rest Zink)
- L-SnZn40 (55–70 % Zinn, Rest Zink)
- L-CdZn20 (75–83 % Kadmium, Rest Zink)
- L-ZnAl15 (95 % Zink, Rest Aluminium)
Früher wurden Aluminium-Lote durch die meist notwendige reibende Bearbeitung mit der Lotstange beim Verzinnen der Werkstücke auch als Reibelote bezeichnet. Wird mit dem Reibelot eine „Verzinnung“ auf der Aluminiumoberfläche aufgebracht, kann anschließend mit einem normalen Zinn-Blei-Lot z. B. ein Kupferdraht an das Aluminiumwerkstück als elektrischer Kontakt angelötet werden. Als Flussmittel ist Kolophonium auf Grund der hier notwendigen höheren Löttemperatur weniger gut geeignet, es verdampft schon bei relativ niedrigen Temperaturen. Daher sind hier patentierte Spezialflussmittel und wenn möglich, eine Ultraschall-Lötung zum Aufreißen der sich ständig schnell wieder neu bildenden, störenden Al-Oxidschicht sinnvoll. Flussmittelreste sind nach der Lötung zu entfernen.
Elektrische Anwendungen
Typische Blei-Zinn-Weichlotbezeichnungen für Elektronikschaltungen:
- L-Sn50PbCu (1,2–1,6 % Kupfer; 183 °C Solidus-, 215 °C Liquidustemperatur)
- L-Sn60PbCu (0,1–0,2 % Kupfer; 183 °C Solidus-, 190 °C Liquidustemperatur)
- L-Sn60PbCu2 (1,6–2 % Kupfer; 183 °C Solidus-, 190 °C Liquidustemperatur)
- L-Sn50PbAg (178 °C Solidus-, 210 °C Liquidustemperatur)
- L-Sn60PbAg (178 °C Solidus-, 180 °C Liquidustemperatur)
- L-Sn63PbAg (178 °C Solidus- und Liquidustemperatur)
- Fluitin, Stannol und Felder sind einige Markennamen für Radio- und Elektroniklot.
Typische Blei-Zinn-Weichlotbezeichnungen für Schlepp-, Schwall- und Tauchlöten:
- L-Sn50PbP (0,001–0,004 % Phosphor; 183 °C Solidus-, 215 °C Liquidustemperatur)
- L-Sn60PbP (0,001–0,004 % Phosphor; 183 °C Solidus-, 190 °C Liquidustemperatur)
- L-Sn63PbP (0,001–0,004 % Phosphor; 183 °C Solidus- und Liquidustemperatur)
- L-Sn60PbCuP (0,001–0,004 % Phosphor, 0,1–0,2 % Kupfer; 183 °C Solidus-, 190 °C Liquidustemperatur)
Nach den RoHS-Bestimmungen kommen innerhalb der EU im Elektronikbereich seit 2006/2007 (je nach EU-Land) nur noch, bis auf die oben genannten Ausnahmen, bleifreie Lote zum Einsatz. Diese sind nickel- oder silberhaltig. Oft ist Kupfer zugesetzt. Der Schmelzpunkt liegt höher als bei klassischen, bleihaltigen Weichloten. Daher sind RoHS-konforme Lote schwieriger zu verarbeiten (Siehe weiter unter RoHS).
Literatur
- Klein Wassink, R. J.: Weichlöten in der Elektronik. 2. Auflage. Eugen G. Leuze Verlag, 1991, ISBN 3-87480-066-0.
- Scheel, Wolfgang: Baugruppentechnologie der Elektronik. 1. Auflage. Verlag Technik, 1997, ISBN 3-341-01100-5.
- Heinz Gramm: Die Werkstoffe, Band 1, 2.Teil, Deutsche Werkmeister-Bücherei, A. Ziemsen Verlag, Wittenberg Lutherstadt 1945
- Adolf Teml: Friedrich - Tabellenbücher Elektrotechnik, Fachbuchverlag Leipzig 1976, S.92ff
Siehe auch
Weblinks
- Silberlot ohne Cadmiumzusatz
Wikimedia Foundation.
