In diesem Teil des Lötkurses werden wir bereits in der Praxis arbeiten. Wir lernen die wichtigsten Grundsätze des Lötens selbst und den Umgang mit Werkzeugen kennen.
So werden wir uns in den folgenden Abschnitten nur mit dem Wichtigsten beschäftigen, nämlich dem Löten weiterer neuer elektronischer Bauteile. Aber fangen wir von vorne an, nämlich mit den Informationen über das Löten selbst.
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Ziel des dritten Teils des Lötkurses
In dieser Kursreihe finden Sie zu Beginn immer sehr kurze Informationen über den Ansatz des Artikels. Der Kurs ist nach einem bestimmten Plan aufgebaut und es wird nicht immer um die perfekte Lötverbindung gehen – manchmal wird etwas anderes wichtiger sein.
Diesmal geht es darum, sich mit dem Lötkolben vertraut zu machen (insbesondere der Lötspitze), zu beobachten, wie sich das geschmolzene Lot verhält und wie man seinen Arbeitsplatz organisiert. In diesem Abschnitt geht es (noch) nicht um eine perfekte Lötstelle.
(Weich-) Löten in der Elektronik
Der Lötkurs bezieht sich natürlich auf die Elektronik, daher wird hier das Weichlöten behandelt. Bei diesem Verfahren geht es darum, zwei Metalle zu verbinden, wobei eine Lötverbindung verwendet wird, deren Schmelzpunkt niedriger ist als die Temperatur, bei der die zu verbindenden Metalle schmelzen. Beim Weichlöten wird mit Temperaturen von bis zu 450 ºC gearbeitet, aber in der Elektronik arbeiten wir eher mit 250 ºC.
In der Praxis: Wir nehmen zwei Metalle (eine Leiterplatte und ein oder zwei Bauteile) und verbinden sie mit geschmolzenem Zinn.
Es ist auch nützlich zu wissen, was Hartlöten ist, was im Kurs nicht besprochen wird. Es handelt sich um das Verbinden von Metallen mit Hilfe eines Bindemittels, das auf eine Temperatur von über 450 ºC erhitzt wird und schmilzt (normalerweise bis ~2000 ºC). Anstelle von Lötkolben werden hier z. B. Acetylen-Sauerstoff-Brenner verwendet, und das Bindemittel selbst kann z. B. reines Kupfer sein. Solche Verbindungen sind natürlich viel stabiler, werden aber in der Elektronik nicht verwendet. Diese Technik wird zum Beispiel bei der Verbindung von Rohren eingesetzt.
Löten in drei Schritten
Denken Sie daran, dass sich der Lötvorgang ganz einfach auf drei Schritte zusammenfassen lässt. Diese sind die folgenden:
- Anlegen des Lötkolbens an das Bauteil und das Lötfeld,
- Erhitzen der zu lötenden Flächen,
- Schmelzen des Zinns an den erhitzten Bauteilen.
Der größte, häufigste und schlimmste Fehler besteht darin, zu versuchen, das Lötzinn an der Lötspitze zu erhitzen und es dann zur Lötstelle zu bewegen. So machen wir es definitiv nicht!
Eine Ausnahme bilden spezielle Mini-Spoon-Lötspitzen für das Löten von SMD-Bauteilen.
Diese werden wir jetzt aber nicht benutzen – das ist ein Thema für Fortgeschrittene.
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Was sind Leiterplatten?
Das Set, das für diesen Kurs über das Löten von durchgesteckten Bauteilen vorbereitet wurde, enthält fünf Leiterplatten, auch bekannt als PCBs (Printed Circuit Board). Da es sich um einen Kurs für Anfänger handelt, werde ich mir einen Moment Zeit nehmen, um einen allgemeinen Überblick über Leiterplatten zu geben.
Gedruckte Leiterplatte = PCB = Printed Circuit Board
Diese Leiterplatten sind „diese grünen Platten mit der Elektronik“, wie Sie oft von Leuten hören, die sich nicht mit dem Thema auskennen. Ich bin mir sicher, dass Sie selbst schon einmal diese Platten in elektronischen Geräten gesehen haben.
Im Elektronikkurs sind Sie wahrscheinlich schon auf Steckplatinen gestoßen. Zur Erinnerung: Das waren Kunststoffrechtecke mit Metallplatten darauf. Um ein elektronisches Gerät zu bauen, musste man die Komponenten so anordnen, dass die notwendigen elektrischen Verbindungen mit Hilfe der Kontaktstellen und Kabel hergestellt werden konnten.
Das ist natürlich möglich, weil die Platinen für eine bestimmte Anwendung entworfen werden*. Zu diesem Zweck wird eine spezielle CAD-Software verwendet. Eine der beliebtesten unter den Bastlern ist EAGLE.
* Die Ausnahme sind universelle Leiterplatten, die wir hier nicht besprechen werden.Natürlich werden Sie zu Beginn Ihres Lötabenteuers vorgefertigte Platinen verwenden. Das ist auch bei diesem Kurs der Fall. Sie müssen sich nicht mit dem Thema der Konstruktion befassen.
PCB (Leiterplatten)-Aufbau
Doch kommen wir nun zum Aufbau der Platine. Für den Anfang ist ein Übersichtsfoto nützlich, unten sehen Sie die zusammengebaute Testschaltung aus dem nächsten Artikel (die Anzahl der Widerstände ist bewusst gewählt).
Aufgrund der Art und Weise, wie die Leiterplatte entworfen und hergestellt wird, können wir mehrere Schichten auf der Leiterplatte unterscheiden. Wenn man von oben auf die Leiterplatte schaut, sieht man die Bauteile (Bauteilschicht), die auch als TOP-Schicht bezeichnet wird. Dann gibt es die Beschreibungsschicht, also die weißen Aufdrucke auf der Platine. Diese machen es sehr einfach, den Platz für ein bestimmtes Bauteil zu finden.
Grafisch stellt sich das Ganze wie folgt dar:
Nachdem wir die Platte umgedreht haben, werden wir die für uns interessantesten Schichten sehen. Diesmal beginnen wir gleich mit einer Abbildung, indem wir das obige Beispiel mit einem Widerstand fortsetzen:
Durch Löcher, die in das Laminat gebohrt sind, gelangen die Beine der Bauteile auf die andere Seite. Die erste Schicht auf dieser Seite ist eine Schicht aus Leiterbahnen. Also ordnungsgemäß angebrachte Kupferverbindungen. Eine solche Platine mit Leiterbahnen sieht wie folgt aus:
Die nächste Schicht ist der Lötstopplack, d. h. die grüne Farbe, die die Unterseite der Platine bedeckt. Es ist eine Schicht, die das Kupfer isoliert und vor Beschädigungen schützt.
Was die Farbe betrifft, so hat sich Grün als Standard durchgesetzt – es ist natürlich möglich, die Platine in einer anderen Farbe herzustellen.
Die Bereiche, die später gelötet werden sollen (Pads), sind nicht mit Lötstopplack bedeckt. Um sie vor der Außenwelt zu schützen und das spätere Löten zu erleichtern, wird eine dünne Zinnschicht auf sie aufgetragen, daher auch der Name des Verfahrens: Verzinnen. Bei teureren Platinen werden die Pads vergoldet.
Das Fehlen von Lötstopplack und Zinn würde zu einer schnellen Oxidation des Kupfers führen,
was seine Eigenschaften erheblich verschlechtern würde.
Zwischen dem Beinchen des Bauteils und dem verzinnten Lötpad entsteht eine „Stelle“, an der wir das Zinn zum Schmelzen bringen. An dieser Stelle wird das Bauteil mit der gesamten Leiterplatte verbunden.
Die gesamte Rückseite der Platine wird, wie Sie leicht erraten können, als bottom (untere Schicht) bezeichnet.
Wie viele Schichten hat die Leiterplatte?
Wenn ein Elektronikfachmann nach der Anzahl der Schichten fragt, lässt er die weniger wichtigen, z.B. die Beschreibungsschicht, weg. Bei einer solchen Frage geht es immer um die Anzahl der Kupferschichten. In diesem Fall hatten wir nur eine, auf der Unterseite.
Es gibt aber auch doppelseitige Platinen (mit Kupfer auf der TOP und BOTTOM Schicht).
Darüber hinaus gibt es sogar Platinen, die in ihrem Inneren Kupferschichten enthalten.
Dieses Thema ist jedoch recht komplex, daher werde ich hier aufhören. Das Wichtigste ist, dass in diesem Kurs einseitige Leiterplatten mit durchgesteckten Komponenten besprochen werden. Das heißt, die Kupferschicht befindet sich nur auf der Unterseite, und die Füße aller Komponenten sind durch Löcher im Laminat geklemmt.
Woher kommen die Leiterplatten?
Aber wie wird man das Kupfer von den unerwünschten Bereichen los und stellt die Verbindungen her? Dazu müssen Sie zuerst das entworfene Muster auf die Platine übertragen (normalerweise durch photochemische oder thermische Übertragung). Die Platine muss dann geätzt werden, d. h. mit einem chemischen Mittel.
Die zweite Möglichkeit ist die Beauftragung eines Unternehmens, das sich darauf spezialisiert hat. Leider ist dies nicht die billigste Lösung, aber die Qualität der erhaltenen Leiterplatten wird unvergleichlich besser sein. Vor allem bei komplizierteren PCBs.
Zu Hause können wir unter anderem keine gleichmäßige Lötstoppmaske oder eine weiße Beschreibungsschicht herstellen.
Was werden wir löten?
Die Leiterplatte besteht aus 4 Bereichen:
Dementsprechend:
Grüner Bereich – Pads, die in Dreiergruppen verbunden sind,
- Oranger Bereich – Pads, die zu einem großen Rechteck verbunden sind,
- Roter Bereich – Pads, die in einem großen Rechteck verbunden sind (ohne Abstände),
- Keine Farbe – kreisförmige Pads mit Löchern (zum Umordnen der Elemente).
Die ersten 3 Bereiche sind scheinbar identisch. Schließlich sind die silbernen Lötfelder gleich groß. Der Schlüssel liegt jedoch darin, sie miteinander zu verbinden. So können wir sehen, wie sich die Nähe des gelöteten Bereichs auf den gesamten Prozess auswirkt. Darauf werden wir später zurückkommen.
Einstellung der Ausrüstung
Beginnen wir mit dem Aufbau der dritten Hand, also des Universalhalters. Mit ihm können Sie bequem eine fixierte Leiterplatte löten. Am besten halten Sie das Werkzeug direkt vor sich.
Für mehr Stabilität kann die dritte Hand
an der Tischplatte befestigt werden (z. B. mit doppelseitigem Klebeband).
Wegen des leichten Drucks, der beim Löten auf die Platine ausgeübt wird, muss das Ganze gut verschraubt sein. Ich schlage zusätzlich vor, die relativ schwere Lupe nach hinten zu drehen. Sie ist dann ein gutes Gegengewicht.
Erster Kontakt mit einem Lötkolben
Bevor Sie den Stecker in die Steckdose stecken, sollten Sie sich mit der äußerst einfachen Bedienoberfläche unserer Station vertraut machen. Auf der Vorderseite finden Sie eine LED-Anzeige und einen großen Drehknopf, mit dem Sie die gewünschte Temperatur einstellen können.
Die LED leuchtet nur, wenn das Heizgerät in Betrieb ist!
Es ist also normal, dass sie unregelmäßig blinkt.
Der Lötkolben selbst muss natürlich zuerst an die richtige Buchse angeschlossen werden. Der Stecker kann nicht andersherum angeschlossen werden, also brauchen wir uns um nichts zu kümmern. Anschließend schrauben wir die Mutter fest. Die Wahrscheinlichkeit, dass wir sie in Zukunft abschrauben, ist ziemlich gering.
Außerdem muss der Schutzschlauch vor dem Einstecken unbedingt von der Lötspitze entfernt werden. Er ist nur für den Transport der Station nützlich. Dies ist auch ein guter Zeitpunkt, um sich mit dem Aufbau des Lötkolbens vertraut zu machen. Sie müssen es nicht selbst tun, schauen Sie sich einfach das Bild unten an.
Wie Sie sehen können, können wir nach dem Abschrauben der Mutter die Abdeckung abziehen und die Spitze entfernen. Dabei sollte man vorsichtig vorgehen, um die weiße Heizvorrichtung nicht zu beschädigen. Wenn Sie in Zukunft mit kleineren Teilen arbeiten, können Sie eine dünnere Spitze kaufen.
In der Zwischenzeit sollten Sie den mitgelieferten Schwamm einweichen. So lässt sich die Spitze des Lötkolbens leicht reinigen. Der Schwamm sollte feucht sein, aber nicht ganz nass!
Verzinnung der Lötspitze
Im Internet gibt es verschiedene Methoden zur Pflege der Lötspitze. Unser Ziel ist es, dass sie immer schön und glänzend ist. Beim Verzinnen wird eine große Menge Zinn auf der Lötspitze geschmolzen und diese dann mit einem Schwamm gereinigt. Nach einem solchen Vorgang sollte das Ganze glatt und silbern sein.
Unsere Lötspitze darf zum Beispiel nicht so aussehen:
Die Lötspitze ist mit einer speziellen Oberfläche versehen! Die Reinigung der Spitze mit einem Messer oder Schleifpapier führt zu irreparablen Schäden an der Lötspitze!
Jetzt können wir in aller Ruhe mit dem Löten beginnen.
Teil 1 - "einfache Pads"
Leider können wir bei einer so kleinen Fläche das Laminat leicht überhitzen und das Lötfeld unterbrechen.
Ein Lötfeldbruch liegt vor, wenn ein Pad überhitzt wird und sich mechanisch vom Laminat löst. Dies ist einer der schwerwiegenderen Fehler, denen wir begegnen können. Ich werde im nächsten Abschnitt ein Beispiel für ein solches Phänomen zeigen.
Wir wissen, was uns erwartet, also ist es an der Zeit zu handeln. Wir kehren zu der in der Halterung montierten Platine zurück. Als Erstes wollen wir die oberen Lötpunkte dünn beschichten.
Um das Zinn auf die Pads aufzutragen, muss man zunächst die Lötspitze auf das Pad setzen und warten, bis es sich erhitzt. Ich werde nicht genau sagen, wie lange man warten muss – das ist schwer zu bestimmen. Das Wichtigste ist, dass man ruhig vorgeht. Sie können zum Beispiel im Kopf bis 5 zählen.
Dann tragen Sie das Zinn auf die Kontaktstelle zwischen der Spitze und dem Pad auf. Denken Sie daran, dass das Zinn vor allem durch die Hitze des Lötfeldes schmelzen soll. Wenn alles gut gegangen ist, werden Sie am Ende einen glänzenden, gleichmäßigen Überstand auf dem Pad sehen. Denken Sie daran, die erhitzte Lötspitze nach dem Schmelzen nicht zu lange im Zinn zu lassen.
Wenn wir sehen, dass das Zinn geschmolzen ist, ziehen wir die Spitze weg und beenden den Vorgang!
Gutes Lot muss glänzend und glatt bleiben!
Probieren Sie es einfach aus – jetzt sind Sie mit dem Löten dran! Unten sind einige Nahaufnahmen meiner Ergebnisse zu sehen. Probieren Sie verschiedene Erhitzungszeiten aus, und experimentieren Sie auch mit der Menge des Zinns und der Temperatur.
Das hier ist ein Lehrkurs, Sie werden nichts kaputt machen!
Teil 2 - "mittlere Pads"
Jetzt ist es Zeit für die nächsten Pads. Diesmal sind sie über 4 dünne Leiterbahnen miteinander verbunden. Außerdem ist um die Pads herum Kupfer angebracht, das ein sehr guter Leiter ist, auch thermisch. Sobald Sie das Lötfeld erwärmen, wird seine Umgebung beginnen, ihm Wärme zu entziehen. Wie Sie wahrscheinlich schon erraten haben, wird es dadurch schwieriger, das Zinn zu schmelzen.
Folglich ist ein längeres Erhitzen der Pads erforderlich. Hier kommt auch die höhere Wattzahl des Lötkolbens, über die ich im ersten Abschnitt geschrieben habe, zum Tragen.
Diesmal habe ich den Lötkolben am Anfang gezielt etwas zu kurz angesetzt. Wie man sieht, hat sich das Zinn dann nicht mehr so leicht über das Pad verteilt:
Aus der Nähe sah das Ergebnis am Ende so aus:
Teil 3 - "schwierige Pads"
Im Video unten sehen Sie, was passiert, wenn Sie das Pad zu wenig erhitzen. Beim Auftragen des Zinns auf die ersten Lötfelder musste ich die Lötspitze anschließend länger hinhalten, vermeiden Sie solche Situationen!
Letztendlich sieht das Ergebnis gar nicht so schlecht aus:
Machen Sie sich keine Sorgen, wenn Ihre erste Lötstelle anders aussieht. Alles wird mit der Zeit kommen. Andererseits sind meine auch nicht perfekt. Zum Schluss noch ein Blick auf die endgültige Ausführung von oben:
Wenn Sie bei diesen Aufgaben auf Probleme gestoßen sind, dann lesen Sie den folgenden Teil aufmerksam. Teilen Sie die Ergebnisse Ihrer Arbeit in den Kommentaren mit – Fotos sind gern gesehen!
Löten - häufige Fehler
Wir haben noch nicht einmal mit dem Löten der Bauteile begonnen, und schon ist von Fehlern die Rede? Ja, leider, aber es gibt schon ein paar Fehler, die man in dieser Phase machen kann. Die häufigsten sind:
- zu wenig Zinn (deckt nicht das ganze Pad ab),
- zu viel Zinn,
- Löten bei zu niedriger Temperatur.
Wie lassen sich die oben genannten Fehler vermeiden? Das ist ziemlich offensichtlich (wählen Sie die richtige Temperatur und verwenden Sie die optimale Menge an Zinn). Schwieriger ist es, die goldene Mitte zu finden, um dies zu erreichen.
Hier ist Übung angesagt, viel Übung!
Daher sollten Sie alle 47 Testpads auf der Leiterplatte sorgfältig verzinnen!
Um die Probleme leichter identifizieren zu können, habe ich ein Video gemacht, das die Entstehung jedes der oben genannten Fehler zeigt (ich habe dies auf einem älteren Prototyp-Board gemacht):
Wenn die oben genannten Fehler während des Übens aufgetreten sind, brauchen Sie sich jetzt keine Sorgen zu machen. Wir werden uns in weiteren Artikeln auch mit der Behebung der häufigsten Probleme befassen!
Zusammenfassung
Dieser Abschnitt ist relativ lang, aber ich musste die wesentlichen Grundlagen darin beschreiben. Im weiteren Verlauf werden wir uns auf das Löten von Bauteilen konzentrieren. Ich werde genau zeigen, wie und wo man die Lötspitze ansetzen und wie viel Zinn man verwenden muss. Dies war nur eine Übung! Wenn Sie denken, dass diese Übungen sinnlos waren, weil wir in der Praxis nicht auf von Kupfer umgebene Lötstellen stoßen, liegen Sie völlig falsch! Sie werden bald sehen, wozu das Wissen aus diesem Teil gut ist!
Das Wichtigste, was man sich nach dieser Lektion merken sollte:
- Die ideale Lötstelle ist glatt und glänzend,
- niemals das Zinn auf der Lötspitze bewegen,
- Temperatur und Erhitzungszeit sollten für die jeweilige Stelle auf der Platine gewählt werden,
- Halten Sie die Lötspitze sauber – niemals mit abrasiven/scharfen Materialien.
Im nächsten Teil werden wir uns mit dem Löten der fehlenden Bauteile auf der hier besprochenen Platine beschäftigen. Wenn Sie Fragen haben, können Sie gerne einen Kommentar abgeben. Wir werden sicherlich gemeinsam daran arbeiten, die auftretenden Probleme zu lösen. Ich bitte nur darum, dass sich die Diskussion auf die hier besprochenen Beispiele bezieht.
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