Die Vergrößerung, die eine Lupe bewirkt, hängt unmittelbar mit dem Abstand zum Objekt zusammen: Je größer die Vergrößerung, desto geringer ist der Abstand der Linse zum Objekt. Wird der Abstand zu klein oder zu groß gewählt, sieht man das Abbild durch das Vergrößerungsglas nicht scharf.

Dioptrie

Die Dioptrie (dpt) beschreibt als Einheit den Brechwert D (Brechkraft, Vergenz) einer Linse. Dabei haben Sammellinsen (z.B. Vergrößerungsgläser) positive Dioptriezahlen, während Zerstreuungslinsen negative Dioptrien aufweisen. Je höher eine positive Dioptrienzahl ist, desto mehr vergrößert die Linse. Bei negativen Dioptriezahlen ist es umgekehrt. Die Dioptrie ist keine SI-Einheit, obwohl sie in vielen Ländern benutzt wird und genormt ist, z.B. in Deutschland in DIN 58 208 (Begriffe und Zeichen für Brillenglaser).

Brennweite

Mit einer Sammellinse (Lupe) kann man z.B. Papier entzünden, wenn der Abstand so gewählt wird, dass sich sich die einfallenden Sonnenstrahlen genau auf der Papieroberfläche treffen. Daher nennt man diesen Punkt sehr treffend Brennpunkt der Linse, und der Abstand dieses Punktes von der Linse wird daher Brennweite genannt.

Zusammenhang zwischen Dioptrien, Brennweite und Vergrößerung

Dioptrie und Brennweite einer Sammellinse (Vergrößerungsglas) hängen miteinander zusammen: Je größer eine positive Dioptienzahl ist, um so mehr vergrößert die Linse, desto kleiner ist aber die Brennweite, d.h. die Linse muss näher zum Objekt hinbewegt werden, um ein scharfes, vergrößertes Abbild zu sehen.

Vergrößerung und Vergrößerungsfaktor

Mit Vergrößerung ist die Zahl gemeint, um die ein Objekt größer dargestellt wird: Angenommen der Gegenstand ist 10 mm groß, dann wird er bei 1-facher Vergrößerung noch einmal so groß, also um 10 mm größer (=20mm) dargestellt, d.h. um 100% größer, oder mit Vergrößerungsfaktor 2.

Mit zunehmender Vergrößerung steigt auch die Verzerrung. Außerdem ergibt sich aus obenstehender Tabelle, dass mit zunehmender Dioptrienzahl einer Linse der Abstand zum Objekt (Brennweite) immer geringer und das Sichtfeld entsprechend kleiner wird. Für normale Anwendungen sind 5 Dioptrien meist die Obergrenze, während zum normalen Lesen mit unterstützender Lupe 3 Dioptrien in der Regel völlig ausreichen.

Bei der Wahl z.B. einer Lupenleuchte sind weniger Dioptrien oft mehr: Wenn Sie unter der Lupe arbeiten wollen, entspricht die Brennweite dem Arbeitsabstand und es empfehlen sich 3 Dioptrien mit ca. 33cm oder 5 Dioptrien mit ca. 20cm Brennweite zu wählen.

Formeln für Vergrößerung, Brennweite und Brechwert (Dioptrien)

V = Vergrößerung, D = Brechwert in dpt (Dioptrien), f = Brennweite

Löten im Elektronikbereich

Löten ist die Verbindung zweier Metalle mittels Lötzinn. Im Gegensatz zum Schweißen werden die beiden zu verbindenen Metalle nicht angeschmolzen. Grundsätzlich kann zwischen Weichlöten und Hartlöten unterschieden werden. Während Verbindungen, die einer mechanischen Belastung ausgesetzt sind, vorzugsweise Hartgelötet werden, und daher auch das Lot härter ist und höhere Temperaturen (>450°C) verlangt, wird beim Weichlöten Lötzinn eingesetzt, dass bei Temperaturen unter 450°C verarbeitet werden kann. In der Elektronik ist das Löten die wichtigste Verbindung zweier Metalle.

Das Lot (Lötzinn)

Lot, oder, im Elektronikbereich auch umgangssprachlich Lötzinn, ist meistens eine Legierung, d.h. eine Mischung aus mehreren Metallen. Üblicherweise werden zur Identifizierung die chemische Kurzbezeichnung und der Gewichtsanteil der Bestandteile aneinandergereiht. So bedeutet z.B. L-Sn95,5Ag3,8Cu0,7, das dieses Lot (L) aus 95,5% Zinn (Sn95,5), 3,8% Silber (Ag3,8) und 0,7% Kupfer (Cu0,7) besteht.

Ziel der (Lot-) Legierung ist es, den Schmelzpunkt herabzusetzen, so dass er unter dem der einzelnen Metalle liegt. Es entsteht ein Material, das einen Schmelzbereich hat, innerhalb dessen ein Brei aus festen und flüssigen Bestandteilen existiert. Er beginnt mit der Solidustemperatur, unterhalb der die Legierung vollständig erstarrt ist und endet mit der Liquidustemperatur, oberhalb der alle Bestandteile flüssig sind. Idealerweise wird eine Mischung angestrebt, bei dem Solidus- und Liquidustemperatur zusammenfallen. Eine solche Legierung wird als Eutektikum oder eutektische Legierung bezeichnet und verhält sich bezüglich des Schmelzpunktes wie ein reines Material. Eine solche Legierung wäre z.B. Sn62Pb38. Allerdings ist dieses Lötzinn bleihaltig und darf i.d.R. nicht mehr verwendet werden.

Lot zur Anwendung in der Elektronik für Lötkolben enthält oft bereits Flussmittel. Der Lötdraht ist als Rohr gefertigt, das mit Flussmittel gefüllt ist und auch als Lot mit Flussmittelseele bezeichnet wird.

Eine Alternative zu Lötzinn stellt Lötpaste dar, eine Mischung aus Lotmetallpulver und Flussmittel, die zwar vorwiegend zum Löten oberflächenmontierbarer Bauteile (SMD) in der Elektronikfertigung mittels Reflow-Löten dient, aber auch anders eingesetzt werden kann.

Flussmittel

Flussmittel haben die Aufgabe, Metalloxid-Schichten auf den Lötflächen aufzulösen und Oberflächenfilme zu beseitigen, die verhindern, dass sich während der Erwärmung neue Oxidschichten bilden. Ausserdem verbessern sie die Fließeigenschaften des Lots, damit das geschmolzene Lötzinn die zu verbindenden Teile richtig benetzt.

Diese Aufgaben können durch die unterschiedlichsten Zusammensetzungen des Flussmittels erreicht werden. Für Lötarbeiten im Elektronikbereich ist jedoch Flussmittel auf Basis von Kolophonium, das aus Baumharz gewonnen wird, eventuell mit Zusätzen, die erste Wahl. Es kann auf der Lötstelle verbleiben, weil die darin enthaltenen Säuren erst bei hohen Temperaturen aktiviert werden. Der im Zusammenhang mit Flussmittel verwendete Begriff säurefrei bezieht sich auf die erkaltete Lötstelle. Die Auflösung von Oxidschichten (durch Reduktion) ohne Säure ist nur schwer möglich.

Für die Herstellung elektronischer Bauruppen ist bei die Verwendung von Lötfett oder Lötwasser Vorsicht geboten, da hier Substanzen enthalten sein können, die auch nach dem Erkalten der Lötstelle korrosiv wirken.

Der Lötkolben oder die Lötstation

Der Lötkolben ist das klassische Werkzeug, das zum Löten von gedruckten Schaltungen verwendet wird. Es handelt sich dabei um einen Griff mit einem Kabel auf der einen und einer metallischen Lötspitze auf der anderen Seite. Das Kabel steckt entweder in der Steckdose oder in einer regelbaren Lötstation. Die Spitzen sollten auswechselbar sein.

Ein ungeregelter Lötkolben sollte eine maximale Leistung von 40W haben.

Die optimale Lösung ist eine Lötstation, bei der die Temperatur der Lötspitze geregelt werden kann. Sie sollte idealerweise einen Transformator besitzen und den Lötkolben mit 12 oder 24V versorgen. Die Leistung sollte mindestens ca. 50W betragen, damit genug Reserve da ist, um die Temperatur an der Lötspitze konstant zu halten, auch wenn große Bauteile gelötet werden, die aufgeheizt werden müssen.

Das Löten von elektrostatisch empfindlichen Bauteilen ist nur mit einer Lötstation möglich.

Das Löten - Der Lötvorgang

Einige Tipps zum Löten

• Eine geeignete Ablage für das Lötgerät (Lötkolben) ist vorhanden (z.B. Metallständer)
• Das Lötgerät (Lökolben) hat die richtige Lötleistung (Temperatur/Watt) bzw. den richtigen Temperaturbereich, passend zum Lot, bzw. umgekehrt, das Lot muss zur Temperatur des Lötkolbens passen.
• Die Größe der Lötspitze ist für die Größe der Lötstelle geeignet. Die Spitze sollte so dick wie möglich gewählt werden, damit eine gute Wärmeübertragung zum Bauteil erfolgen kann.
• Die Lötspitze muss verzinnt und frei von Verunreinigungen sein.
• Die Lötstelle ist metallisch rein, d.h. frei von Verunreinigungen und Oxidschichten.
• Elektrische Drähte die offen sind, sollten verdrillt werden.
• Die Festigkeit der Lötstelle ist höher als die des Lotes.
• Das Bauteil muss an der Lötstelle heißer als die Schmelztemperatur des Lötzinns werden. Probleme bereiten sehr große Metallflächen mit guter Wärmeleitung, weil der Lötkoben sie nicht ausreichend erhitzen kann.
• Nicht der Lötkolben bringt das Zinn zm Schmelzen, sondern die erhitzten Bauteile.
• Die Lötkolbenspitze sollte nur so lange an die Lötstelle gehalten werden, bis alle zu verlötenden Stellen vom Lötzinn umschlossen sind. Elektronische Bauteile dürfen nicht zu lange erwärmt werden, weil sie sonst beschädigt werden.
• Die Lötstelle sollte einen Mindestabstand von 6 mm vom Bauteilhaben, da dieses sonst durch die Hitze zerstört wird.
• Das Lötzinn muss zwischen den Metallteilen gut verteilt werden, damit eine haltbare Verbindung entsteht.
• Nur soviel Lot verwenden, wie unbeding nötig. Damit wird die Gefahr von unbeabsichtigten Lötbrücken geringer.
• Bei Leiterplatinen sollte man generell nicht zu lange auf einer Lötstelle bleiben, da sich sonst das Kupfer vom Basismaterial löst.
• Kalte Lötstellen kann man am besten verhindern, indem man die Kontaktzeit der Lötkolbenspitze mit dem Lot möglichst kurz hält. Also einfach schnell arbeiten.
• Während des Lötvorgangs muss die Lötstelle vor Luftsauerstoff geschützt sein. Dazu dient das Flussmittel (Kolophonium), das einen schützenden Überzug bildet. Das Flussmittel ist oft als dünne Seele im Lötzinn enthalten. Es legt sich beim Schmelzen des Lötzinns auf das flüssige Metall
• Den Lötkolben vorsichtig von der Lötstelle abziehen, damit eine saubere Lötstelle zurück bleibt.
• Um die Beschädigung von elektrostatisch empfindliche Bauteile (ESD) zu vermeiden, sollte unbedingt eine Lötstation mit galvanischer Trennung und zusätzlichem Erdungsanschluss Verwendung finden. Außerdem sollte der Lötende eine "Erdungsarmband" tragen.
• Beim Löten wird die Lötspitze am besten so an das Bauteil angelegt, dass eine möglichst große Berührungsfläche entsteht. Außerdem ist es vorteilhaft, sehr schnell etwas Lötzinn als Wärmeleiter zwischen Lötspitze und Bauteil zu bringen.
• Wenn die Lötstelle immer gleichzeitig mit dem Lötkolben und dem Lötzinn berührt wird, ist das Flussmittel noch nicht vollständig verdampft, wenn die Lötstelle bereits perfekt umschmolzen ist.
• Der Lötkolben sollte nicht zu schnell weggezogen werden um dann noch einmal oder mehrmals angelegt zu werden, weil sonst die zu verbindenden Metallteile nicht ausreichend aufgeheizt werden, der Vorgang zu lange dauert und dadurch das Flussmittel vorzeitig verdampft. Das Ergebnis ist eine ungleichmäßig geformte Lötstelle mit schlecht anliegenden Übergängen.
• Am Besten ist es, die Lötstelle schnell und kräftig aufzuheizen und den Vorgang abrupt und endgültig zu beenden.
• Wird der Draht oder die Platine beim Erkalten des Lötzinns bewegt, entstehen "kalte" Lötstellen. Das Lötzinn hat die beiden Metalle nicht richtig miteinander verbunden
• Bis vor einiger Zeit, wurde die Qualität einer Lötstelle u.a. danach beurteilt, ob sie silbrig glänzend war. Das gilt auch nach wie vor, wenn bleihaltiges Lot verwendet wird. Mit bleifreiem Lot wird die Lötstelle nicht glänzend, sondern matt sein.
• Die Lebenserwartung von Lötspitzen steigt deutlich an, wenn sie immer mit Zinn benetzt sind. Man sollte den Lötkolben also immer mit den Zinnresten in die Ablage legen und erst vor der nächsten Lötstelle am feuchten Schwamm abwischen.
• Benötigt man für eine Lötstelle viel Flussmittel, kann man die Lötkolbenspitze damit benetzen.

Löten

Voraussetzungen für eine einwandfreie Lötstelle sind saubere, blanke und fettfreie Metallteile. Nicht umsonst werden Platinen dshalb nach dem Ätzen gereinigt und mit einem Schutzlack überzogen, meist Lötlack oder in Spiritus gelöstem Kolophonium.

Beim Löten werden die beiden zu verbindenden Metalle an der Lötstelle gleichzeitig mit einem Lötkolben erhitzt und möglichst zügig das Lötzinn auf beide Metalle (nicht auf die Lötkolbenspitze) gebracht. Ist die Lötstelle heiß, verläuft das Lötzinn. Die Lötspitze wird dann möglichst schnell wieder von der Lötstelle entfernt. Während das Lötzinn erkaltet (1-2 Sekunden), darf die Lötstelle nicht bewegt werden, da sonst eine "kalte Lötstelle" entsteht.

Da die Lötstelle selbst warm werden muss, damit das Lot an der zu verlötenden Stelle sauber fließt, ist ein guter Wärmeübergang zwischen Lötspitze und Lötstelle nötig und wird durch das zugeführte Lot hergestellt. Ist die Lötspitze nicht verzinnt, oxidiert sie und das Lot perlt von der Lötspitze ab, wodurch der Wärmeübergang zur Lötstelle nicht ausreichend gegeben ist.

Das zur Reinigung der Lötstelle erforderliche Flussmittel befindet sich oft als Füllung in der Mitte des Elektronik-Lötzinns.

Andere Reinigungsmittel wie z.B. Salmiakstein, Lötfett, Lötpaste o.ä. sollten mit großer Vorsicht verwendet werden und Rückstände müssen hinterher gründlich entfernt werden, da sie mit der Zeit die Lötstelle zerfressen und die Schaltung zerstören. Die in diesen Flussmitteln enthaltenen Säuren greifen auch die Lötkolbenspitze an, die dann schneller verschleißt.

Ist die Lötung nicht gelungen, ist es erforderlich, das Zinn der Lötstelle erneut zu schmelzen und zu entfernen, z.B. mittels Entlötpumpe, Entlötlitze oder Entlötkolben und Eentlötstation. Die Lötstelle kann dann mit neuem, frischem Zinn erneut gelötet werden.

Beseitigung unbeabsichter Lötbrücken

Das wird am besten dadurch bewerkstelligt, durch Einsatz einer Entlötpumpe, mit der das Lötzinn abgesaugt wird, oder mit Entlötlitze, die das Lot aufsaugt. Eine andere Möglichkeit ist, mit dem Lötkolben, bestückt mit einer Bleistiftspitze, durch das geschmolzene Zinn zwischen den beiden Lötstellen hindurchzufahren, als wolle man einen Strich ziehen.

Reinigung

Elektrische oder chemische Notwendigkeiten für das Abwaschen der Flussmittelrückstände auf Kolophoniumbasis gibt es nicht. Sie verhalten sich neutral und greifen die Materialien nicht an. In der Serienfertigung werden Elektronikbaugruppen in der Regel nicht gereinigt.

Wenn die Flussmittelrückstände stören, kann man sie meistens mit Alkohol (Brennspiritus), Benzin, Isopropanol oder einem professionelleren Lösungsmittel auflösen. Ist z.B. Kolophonium beim Löten deutlich dunkel geworden, so sollte man es sofort entfernen, solange es noch warm ist. Eine Reinigung der Platine sollte zeitnah erfolgen, weil die Rückstände aushärten. Vor dem Waschen ist sicherzustellen, dass alle Bauelemente dicht sind und sich nichts auflösen kann. Die Platine sollte erst mit Lösemittel und dann mit Wasser mit etwas Spülmittel gereinigt werden.

Löten von Kabeln und Leitungen

Wie auch beim Platinenlöten werden zunächst die Kupferadern aufgeheizt, und anschließend das Zinn zwischen Lötspitze und Kupferader zugeführt, wobei auf gleichmäßigen Verlauf zu achten ist. Es ist wichtig, dass die Kabelisolierung nicht schmilzt und sich in die Lötstelle einmischt. Die Lötstelle wäre dann nicht dauerhaft.

Entlöten

Entlötlitze

Entlötlitze ist ein Drahtgeflecht aus Kupfer und führt in Verbindung mit der erhitzten Lötstelle zu einem abfließen des Zinns in die Litze. Dazu muss sich die Entlötlitze zwischen Lötstelle und Lötspitze des Lötgerätes befinden.

Entlötpumpe

Die Entlötpumpe besteht aus einem Rohr, das unten mit einer Spitze mit Bohrung abschließt und im inneren einen Kolben mit einer Feder hat. Sie wird gespannt auf die erhitzte und flüssige Lötstelle aufgesetzt und ausgelöst. Der Kolben im Rohr schnellt zurück und es entsteht ein Unterdruck, durch den das heisse und flüssige Lötzinn nach oben weggezogen wird. Die Lötstelle ist dann bis auf einen leichten Zinn-Rückstand frei gelegt. Die Metalle lassen sich im Regelfall voneinander lösen.

Es gibt auch Entlötpumpen mit beheizbarer Spitze. Dadurch wird das Entlöten einfacher, weil der Lötkolben nicht zum Schmelzen des Lots benötigt wird.

Entlötstation

Eine Entlötstation besteht aus einer Vakuumpume, an die mittels Schlauch der Entlötkolben mit einem Auslöser für die Pumpe angeschlossen ist. Die Spitze des Kolbens hat eine Bohrung, ist beheizt und die Temperatur kann geregelt werden. Die Handhabung ist ähnlich einer beheizten Entlötpumpe, mit dem Vorteil, dass vor dem Absaugen keine Feder gespannt werden muss.