Löten

Sowohl in der Industrie als auch im Amateurbereich ist Löten nach wie vor die gängigste Methode, Bauteile und Platine(n) zu einer funktionierenden Schaltung zu vereinen.
Dieser Beitrag, der sich vor allem auf den Aufbau elektronischer Schaltungen bezieht, soll hauptsächlich Anfängern einen praktischen Einstieg vermitteln. Ich werde deshalb auf Fachbegriffe und komplizierte Erläuterungen weitgehend verzichten.

Löten ist durchaus keine Wissenschaft - auch wenn das immer wieder von so manchen Spezialisten behauptet wird. Mit etwas Übung, Sorgfalt und vor allem Geduld stellt sich der Erfolg rasch ein, und das Ergebnis ist für den irdischen Gebrauch mehr als ausreichend.

• Lötstation oder Lötkolben?
• Welches Lötzubehör benötigt man wirklich?
• Tipps für die ersten Versuche
• Verzinnen von Litzenenden
• Auslöten, recycling von Teilen
• Bestücken von Standardbauteilen
• Bestücken von SMD
• Verzinnen von Kupferlackdraht und HF-Litze
• Bearbeiten von Koaxkabeln im HF- und NF-Bereich
• Lötfehler

Lötstation oder Lötkolben?

Diese Frage stellte sich mir vor über 40 Jahren nicht, denn in jener Zeit regierte noch der einfache Lötkolben und Lötstationen waren unbekannt. Mit dem Aufkommen der Halbleitertechnik wurden die Bauteile allerdings immer kleiner und die Lötgeräte mussten zwangsläufig mit dieser Entwicklung Schritt halten.
Vor allem die Temperaturempfindlichkeit der anfangs noch fast ausschließlich germaniumbasierten Teile war eine Hürde die es zu meistern galt. Ältere Semester werden sich eventuell noch daran erinnern mit welchen Tricks damals die kostbaren Winzlinge verarbeitet wurden. So manches teure Stück starb den Hitzetod noch bevor die Schaltung in Betrieb gegangen war.
Mit dem Aufkommen der Siliziumtechnlogie und neuen Fertigungsmethoden wurde diese Problematik zwar zusehends entschärft, aber dennoch ist bei der Verarbeitung von Halbleitern nach wie vor Umsicht geboten.
Doch zurück zum Lötkolben: Die Auswahl erstreckt sich inzwischen von der Standardvariante über temperaturgeregelte Geräte bis hin zur exklusiven High-End Lötstation mit Heißluft- und Entlötfunktion.

Normalerweise genügt für den "Hausgebrauch" ein einfacher temperaturgeregelter Lötkolben, für gewöhnlich gern als Lötstation bezeichnet.
Natürlich muss man sich damit abfinden dass die digitale Temperaturanzeige bei solchen Geräten Werte vorgaukelt, die nicht immer an der Lötkolbenspitze anzutreffen sind. Doch das ist eher nebensächlich, denn letztendlich entscheidet in den meisten Fällen die eigene Erfahrung.

Achten Sie beim Kauf auf jeden Fall auf den Preis der (hoffentlich auswechselbaren) Lötspitze(n) ! Eine solche Spitze ist nämlich schneller verschlissen, als man denkt.

Der Lötkolben sollte außerdem leicht in der Hand liegen und muß unbedingt eine sichere und feuerfeste Ablage besitzen!

Lötgeräte im eingeschalteten Zustand nie unbeaufsichtigt lassen!

Nun mag man nicht denken, daß im Zeitalter moderner Lötstationen der gewöhnliche Lötkolben vom Aussterben betroffen ist. Für viele Arbeiten besitzt er nach wie vor seine Berechtigung. Vor allem die Wärmekapazität einer gut dimensionierten Kupferspitze ist nahezu unerreicht.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich eine solche Spitze, sofern man einfaches Kupfer verwendet, mit wenigen Handgriffen an gegebene "Spezialaufgaben" anpassen läßt. Die hier gezeigte abgewinkelte Form ist besonders an schwer zugänglichen Stellen (etwa bei Gerätereparaturen) sehr praktisch. Für solche (Zweit)Lötkolben ist eine Leistung von 40 bis 60 W empfehlenswert.

Das richtige Zubehör für den Einstieg

Bevor es losgeht, sind noch ein paar Überlegungen zum Arbeitsplatz zu treffen. Der gute Wohnzimmertisch ist mit Sicherheit nicht geeignet, denn Lötzinn ist im geschmolzenem Zustand unberechenbar und vor allem eine ziemlich heiße Angelegenheit.

Des weiteren möchte ich noch auf eine wichtige Sache hinweisen die manchmal leider zu wenig Beachtung findet: Gutes Licht und gute Sicht sind essentielle Voraussetzungen um vernünftige Ergebnisse zu erzielen.

Als Grundausstattung empfehle ich folgendes:

• Lötzinn 1mm, Spule mit 100 oder 250 gramm
• Kolophonium, Dose mit mindestens 20 Gramm bzw. Stücke
• Reinigungsmittel für die Lötspitze
• Vorrichtung zum Befestigen der Platinen
• Biegelehre für Bauteile
• je eine kräftige und feine Pinzette
• eine kleine Rolle Entlötlitze, mittelfein
• ein guter Seitenschneider - kleine oder mittlere Ausführung
• Ersatzlötspitzen und Sicherungen für die Lötstation
• eine antistatische Unterlage, mindestens im Format A3
• Hand- oder Tischlupe zur Kontrolle der geleisteten Arbeit

Ob mit oder ohne Blei gelötet wird, mag jeder selbst entscheiden. Im Amateurbereich ist bleihaltiges Lötzinn, wie ich finde, immer noch die bessere Alternative. Auch bleifreies Lötzinn ist übrigens keineswegs ungiftig! Dagegen wird Lötpaste eher selten benötigt - etwa für flächige Verbindungen im HF-Bereich oder beim Löten von SMD mit Schablone.

Beim Löten entstehen natürlich auch Dämpfe, und es ist deshalb während der Arbeit für eine ausreichende Belüftung zu sorgen. Lötdampfabsorber sind, zumindest wenn sehr viel gelötet wird, eine sinnvolle Sache.

Es gibt sie in allen möglichen Varianten. Für den gelegentlichen Gebrauch in geschlossenen Räumen werden Tischabsorber ausreichen. Die beste Lösung ist natürlich die Luftaustauschvariante, wobei es in den allermeisten Fällen genügen dürfte, ab und an mal das Fenster zu öffen.

Kolophonium ist das gängigste Flussmittel, wenn es um den Aufbau elektronischer Schaltungen geht. Lötfett, Lötwasser oder ähnliche Geheimrezepturen bleiben besser anderen Anwendungen vorbehalten!
Kolophonium ist in Form von Stücken, als Pulver oder in kleinen Schachteln bzw. Dosen erhältlich. Es ist ungiftig, besitzt jedoch die Eigenschaft im trockenen Zustand leicht zu zerbröseln.

Natürlich sind im Handel auch jede Menge andere Flussmittelsorten zum Löten für Elektronische Bauteile zu finden. Meist werden diese fertig konfektioniert in Form von Spritzen oder Sticks angeboten. Diese speziellen Flussmittel sind sehr "griffig", sollten aber wirklich nur dort angewendet werden wo es unbedingt notwendig ist.
Nicht nur wegen ihres exorbitant hohen Preises, sondern vor allem der eigenen Gesundheit zuliebe. Das Problem sind nämlich die bei solchen Flussmitteln entstehenden Dämpfe. Die Hersteller weisen nicht umsonst auf den Verpackungen darauf hin.

Eine wichtige Sache beim Aufbau elektronischer Schaltungen ist die sichere Befestigung des Projektes. In den meisten Fällen wird es wohl eine Platine sein.
Geeignete Vorrichtungen, unter dem Namen "Helping Hand" bekannt, gibt es viele. Ein kleiner Schraubstock, eventuell dreh- und schwenkbar tut es unter Umständen auch.

Die Biegelehre ist bei der Vorbereitung von Bauteilen ein unbedingtes Muss! Eine standardisierte Rasterung erlaubt es z.B. Widerstände, Dioden, Spulen, Drahtbrücken etc. schnell und passgenau abzuwinkeln.

Die Handhabung ist sehr einfach, und das Ergebnis genügt auch kritschen Blicken. Eine bewährte Form ist auch im Onlineshop unter der Rubrik "Zubehör"zu finden.

Der Anfang

...ist für all diejenigen die noch nie praktisch mit einem Lötkölben gearbeitet haben, sicher nicht ganz einfach. Damit die erste Bekanntschaft mit dieser Fertigungsmethode nicht gleich zum Desaster wird, ist es sinnvoll jemanden zu Rate zu ziehen der sich damit auskennt.

Es ist äußerst wichtig diese ersten Handgriffe so lange durchzuführen bis man sie sicher beherrscht! Erst wenn Vorgehensweise und Reihenfolge richtig "sitzen" kann es endgültig losgehen.
Durchaus hilfreich sind im Netz verfügbare Videos zum Thema. Trotzdem können diese in keinem Fall eine fachgerechte praktische Beratung ersetzen!

Verzinnen von Litzenenden

Als erste Übung bietet sich beispielsweise das Verzinnen von Kupferlitze an. Die Litze wird etwa zentimeterweise abisoliert, wobei eine Abisolierzange sehr hilfreich ist. Dann erfolgt das sorgfältige Verdrillen der losen Drähte per Hand und schließlich das Verzinnen. Dazu taucht man das Litzenende zusammen mit dem Lötkolben ganz kurz (!) ins Kolophonium. Anschließend wird der Vorgang unter Zugabe von etwas Zinn abgeschlossen. Sie finden es vielleicht verwunderlich, daß ich diese scheinbar einfache Sache so ausführlich beschreibe, dazu aber mehr im Abschnitt Lötfehler.
Es ist wichtig, sich den Umgang mit Flussmittel beim Löten gleich anzugewöhnen. Sie werden feststellen, daß die Arbeit auf diese Weise viel leichter geht und die Verbindungen nicht nur gut aussehen, sondern auch hervorragend halten.
Ihre Projekte werden es Ihnen später danken! Klappt das Verzinnen? Gut, dann kann das erste Projekt in Angriff genommen werden, eine Versuchsschaltung, ein Bausatz oder - erst mal das Auslöten üben?

Teilerecycling - die schier unerschöpfliche Quelle

Eine alte Platine enthält noch viele interessante und verwendbare Bauteile, kostet fast nichts und man kann daran sehr gut den Umgang mit dem Lötkolben üben. Versuchen Sie zuerst die einfachen "zweibeinigen" Teile, also z.B: Widerstände, Kondensatoren und Dioden möglichst zerstörungsfrei zu entfernen. So vertiefen Sie Ihre Fertigkeiten im Umgang mit dem Lötgerät und wissen spätestens jetzt, wozu die Pinzetten da sind.
Vor allem IC´s sind mitunter schwierig auszulöten, da hilft nur Geduld und ein wenig probieren. Mit Entlötlitze sollte das nach etwas Übung aber kein Problem sein.
Eventuell werden Sie nun eine Sache bemerken, die vor allem bei älteren Platinen gang und gäbe war. Die Bauteilanschlüsse sind auf der Lötseite ganz oder teilweise umgebogen. Das erschwert das Auslöten natürlich ganz erheblich, deshalb mein Tipp für die Zukunft: Wenn Sie selbst irgendwann Platinen bestücken, biegen Sie die Bauteilanschlüsse auf der Lötseite nicht um! Sie ersparen sich und eventuell auch anderen damit eine Menge Zusatzarbeit.

Einlöten von Standardbauteilen

Diese Teile sind mit Anschlußdrähten versehen, und werden deshalb auch als "bedrahtet" bezeichnet. Der Vorteil: Infolge der Drähte hat man beim Einbau einen gewissen Spielraum und vor allem bei Versuchsschaltungen kann sich das recht positiv bemerkbar machen.

Wie bereits erwähnt, ist es sinnvoll die Platine während des Bestückens zu fixieren. Bei kleinen Arbeiten ist eine "Helping Hand" ausreichend. Knifflig wird es, wenn die Platine oft gedreht werden muss. Dann ist ein Bestückungsrahmen die bessere Lösung. Solch einen Rahmen kann man natürlich selber bauen, doch mittlerweile gibt es auch im Handel einige recht preiswerte Angebote.

Wichtig: Es sollte sich mindestens eine Eurokarte (100 x 160) bequem einspannen lassen und der Rahmen unbedingt über genügend Standfestigkeit verfügen. Der auf dem Foto gezeigte Rahmen entstammt einer Kleinserienfertigung und versieht seit über 30 Jahren seinen Dienst.

Das Bestücken von Platinen mit Standardteilen ist im Grunde unkompliziert - wenn Teile und Platine ordentlich vorbereitet sind. Mit der Biegelehre lassen sich die meisten Bauelemente schnell auf das richtige Rastermaß bringen. Sauberes Bestücken braucht Zeit! Diese Investition zahlt sich aber spätestens bei der Inbetriebnahme wieder aus.

Man sollte sich unbedingt angewöhnen beim Bestücken von Platinen folgende Reihenfolge einzuhalten:

• Bauteil ordentlich einpassen
• Anschlüsse auf der Lötseite NICHT umbiegen!
• Bei IC´s: Kontrolle ob auch wirklich alle (!) Bauteilanschlüse durchgesteckt sind
• Löten - und erst dann die Anschlüsse (bei Bedarf) kürzen

Diese Reihenfolge macht durchaus Sinn, vor allem was das Kürzen der Anschlüsse betrifft. Werden diese nämlich vor dem Löten gekürzt, besteht unter Umständen das Risiko, eine sogenannte tote Lötstelle zu produzieren. Die Lötstelle sieht dann zwar dem äußeren Anschein nach gut aus, aber die Verbindung zum Bauteil ist entweder unsicher oder fehlt ganz. Vor allem bei mehrbeinigen Teilen wie IC´s oder Relais kann das zu einer zeitraubenden Fehlersuche führen.

Bestücken von SMD

SMD - die Bezeichnung entstammt dem englischen und nennt sich "surface mounted device", zu gut deutsch also in etwa: Auf eine Oberfläche montiertes Bauteil.
Mit SMD-Teilen bestückte Platinen sind mittlerweile in der kommerziellen Technik nahezu überall Standard. Selbstverständlich bleibt der Amateurbereich davon nicht verschont, und es lohnt daher duchaus sich mit der SMD-Technik vertraut zu machen.

Bei der Handbestückung kann ich folgende Vorgehensweise empfehlen:

Beim Bestücken von SMD-IC´s ist es wichtig, diese vor dem Anheften exakt auszurichten. Weil die Lötpads recht klein sind, erübrigt sich entweder ein Verzinnen vor dem Anheften, oder man saugt nach dem Verzinnen das überschüssige Zinn mit etwas Entlötlitze ab.
Das Anheften erfolgt bei SMD-IC´s stets diagonal. Außerdem muß nicht jeder einzelne Pin gelötet werden, sondern man geht mit reichlich Zinn über die ganze Reihe hinweg. Zum Schluss wird das überschüssige Zinn mit Entlötlitze einfach abgesaugt.

Natürlich haben SMD nicht nur Vorteile, aber darauf soll hier nicht weiter eingegangen werden. Wichtig ist: Die Übung macht den Meister. Über das Löten von SMD wurden schon viele Abhandlungen veröffentlicht und im Netz ist mehr als genug darüber zu finden.

Verzinnen von Kupferlackdraht und HF-Litze

Es gab Zeiten, da musste Kupferlackdraht (CuL) vor dem Verzinnen erst mühsam abgeschabt werden. Noch umständlicher war das Prozedere bei HF-Litze. Weil die Drähte dort sehr dünn sind, war einzig das Abbrennen mit der nicht ganz ungefährlichen "Spiritusmethode" der beste Weg.
Nun, seit der Entwicklung neuer Lacke ist das alles hinfällig geworden - heutzutage kann man ohne viel Umschweife direkt verzinnen.

Dazu benötigt man lediglich etwas Kolophonium und reichlich Zinn. Der Draht wird zusammen mit dem Lötkolben in das Kolophonium eingetaucht und anschließend mit der Spitze in die flüssige Zinnperle gehalten. Ist der Wärmekontakt erst einmal hergestellt, verdampft der Lack und der Draht verzinnt sich sofort.

Nach einigen Versuchen, ich empfehle dafür Drahtstärken um 0,5 mm, sollte es gut gelingen. Bei sehr dünnen Drähten oder HF-Litze geht man anders vor: Das Verzinnen erfolgt auf einer Unterlage - am besten einer alten Zeitung oder einem Stückchen weichem Sperrholz.

Das Drahtende wird erst wieder gut "kolophoniert", dann auf die Unterlage gelegt und mit der Zinnperle unter leichtem Druck darübergestrichen. Ein paar Rauchschwaden muss man natürlich in Kauf nehmen, und wenn viel Lackdraht auf diese Weise bearbeitet werden soll - Lüften nicht vergessen!

außerdem... Vergessen Sie nicht, unter die Zeitung an der bewussten Stelle eine wärmefeste Unterlage zu legen.

Wie man es auch machen kann, zeigt dieses kleine von mir angefertigte Video.

Verzinnen und herrichten von Koaxialkabeln

In vielen HF-Bausätzen werden Koaxialkabel eingesetzt. Meist handelt es sich um das dünne RG 174 bzw. das etwas dickere RG 58. Die Kabel sind preiswert und für die meisten Anwendungen ausreichend.
Der nachlässige Umgang bei der Vorbereitung solcher Kabel kann jedoch mitunter zu undefinierbaren Fehlern führen, also jener Kategorie die einen technikgläubigen Menschen schier in den Wahnsinn treiben können...

Häufig wird der Fehler gemacht, nach dem Abisolieren einfach sämtliche Drähte der Abschirmung zu einem einzigen dicken Packen zusammen zu verdrillen. Beim anschließenden Verzinnen können sich infolge der mechanischen Spannung einzelne Drähtchen unbemerkt bis zur Seele durchschmelzen. Die Folge ist entweder ein Kurzschluß, oder - und das ist besonders tückisch - er entsteht sporadisch beim Bewegen des Kabels.

Bei dickeren Kabeln wie z.B. RG 58 geht das Abisolieren des Mantels recht einfach, wenn dieser mit einem Cuttermesser zuerst leicht eingekerbt wird.
Man führt dabei das Messer radial und unter mäßigem Druck (ohne zu ziehen) einmal ganz herum und biegt anschließend das Kabel an der entsprechenden Stelle durch (Vorsicht - nicht knicken!). Der Mantel bricht dann an der eingekerbten Stelle und läßt sich leicht abziehen. Beim abziehen des Mantels leisten Arbeitshandschuhe gute Dienste.

Abschließend noch ein paar Worte zu Teflonkabeln: Wer genügend davon besitzt, kann diese natürlich auch im Kurzwellenbereich für Standardanwendungen einsetzen. Der Vorteil solcher High-Tech Kabel ist zweifelsohne die hohe Beständigkeit gegen "verbrutzeln" beim Löten.
Dennoch muß auch hier Wert auf saubere Verarbeitung (insbesondere der Abschirmung) gelegt werden, sonst erreicht man leicht das Gegenteil.

Lötfehler

Moderne Lötstationen in Verbindung mit ordentlichen Platinen ermöglichen auch in Handarbeit eine Qualität die der einer industrieellen Fertigung sehr nahekommt.
Ursachen für mögliche Lötfehler wurden bereits genannt, doch eine Frage ist bisher noch unbeantwortet geblieben, nämlich die nach der "richtigen" Temperatur der Lötspitze. Darüber wird auch im Netz mitunter heftig diskutiert, wobei ich allerdings sagen muß daß hier meistens die eigene Erfahrung maßgebend ist.

Mehr als 400 Grad sollte man den Bauteilen generell nicht zumuten. Ich tendiere eher zu 350 Grad, wobei natürlich die Zusammensetzung des Lötzinns und das verwendete Flussmittel ebenfalls eine Rolle spielen. Besonders wichtig ist in diesem Zusammenhang stets die Lötzeit. Im Zweifelsfall solte man das Datenblatt zur Hand nehmen.
Als Faustregel kann man bei Halbleitern mit zwei bis höchstens(!) drei Sekunden rechnen. Ausnahmen gibt es z.B. bei Germaniumbasierten Bauelementen, wobei speziell Leistungshalbleiter oder Teile mit stark verkürzten Anschlüssen etwas mehr Sorgfalt erfordern.

Wer viel mit unterschiedlichen Teilen arbeitet, wird schnell feststellen daß sich einfache Lötstationen nicht für alle Verbindungen gleich gut eignen. Von Bedeutung ist nämlich nicht nur die Anfangstemperatur der Lötspitze, sondern auch deren Wärmekapazität.

Sollte die Spitze an bestimmten Punkten, oft sind es mit Masse verbundene Lötpads, oder Litzen dickeren Querschnitts, trotz korrekt eingestellter Temperatur "anpappen", reicht die Wärmekapazität mit Sicherheit nicht aus. Der Energieabfluss von der Lötstelle ist dann wesentlich größer als die Energiezufuhr. Ich rate deshalb bei derartigen Verbindungen zur Verwendung eines Lötkolbens mit etwas dickerer Spitze aus massiven Kupfer. Leistungen von 40 bis 60 W reichen meistens aus.

Das Problem tritt häufig dann auf, wenn an einem Kühlkörper montierte Leistungstransistoren, Spannungsregler etc. gelötet werden sollen. Hier wirkt ein leichtes Lockern der Befestigung Wunder. Gleiches gilt auch für mit Gehäuseteilen verbundenen Lötösen, bzw. Kabelschuhen. Nicht vergessen: Nach dem Löten wieder festziehen!

Im Foto rechts ist ein Lötfehler der besonders ausgefallenen Art zu bewundern. Ich erhielt die Platine zur Reparatur und musste selbst erst eine Weile suchen bis ich das Problem entdeckte.
Der betreffende Pin, es handelt sich unglücklicherweise auch noch um den Massepin des IC, wurde offenbar beim Einsetzen rechtwinklig abgebogen und "schwebt" nun quasi über der Lötstelle.

In diesen Fall genügte einfaches Nachlöten, denn Schaden war glücklicherweise nicht entstanden.

Ein höchst unerwünschter Klassiker tritt gern beim Löten von Kupferlackdrähten auf. Es ist DIE tote Lötstelle schlechthin. Eigentlich lässt sich der Fehler leicht vermeiden wenn der Draht vor dem Einbau sorgfältig verzinnt wird.

Doch wie das halt so ist: Die Zeit drängt, nur ja schnell fertig werden, das bisschen Lack wird schon irgenwie abschmoren...
Hier ist das nicht so gewesen, und es handelte sich auch nicht um die einzige Stelle bei diesem Projekt.

Allerdings will das Verzinnen von Lackdrähten gelernt sein. Es ist bei weitem nicht so einfach wie es auf den ersten Blick scheinen mag. Die Eigenschaften der Lacke sind unterschiedlich, hinzu kommen noch bestimmte Effekte bei langer Lagerung.
Grundsätzlich gilt daher: Genügend Flussmittel, eine möglichst hohe Temperatur und zügig arbeiten damit das Kupfer nicht wieder oxydieren kann! So etwa 400 Grad sollten es wenigstens sein, dann gelingt auch das Verzinnen von Lackdrähten.