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Bastel-Grundlagen für Raspberry-Pi

18.06.2014 | 14:09 Uhr |

Für gute Ergebnisse beim Löten ist der umsichtige Umgang mit Lötmaterial, Lötstück und Lötkolben Voraussetzung. Doch keine Sorge: Es ist ein Handwerk und keine Zauberei.

Kurzer Rückblick: Schon vor mehr als 5000 Jahren wurden im alten Ägypten und in den hellenistischen Stadtstaaten Metalle, vorrangig Gold und Silber, miteinander verbunden. Vor 4000 Jahren fand die heute als Weichlöten bekannte Methode weite Verbreitung. Immerhin waren die alten Römer damit sogar in der Lage, bis zu 400 Kilometer lange Wasserleitungen aus Bleirohren zusammenzufügen. Man spricht bei Temperaturen bis 450 °C von Weichlöten und darüber von Hartlöten. Die moderne Weichlöttechnik begann mit der Erfindung des ersten elektrischen Lötkolbens durch Ernst Sachs, der dafür 1921 auch ein Patent erhielt und in Berlin die Firma Ersa für elektrische Lötkolben gründete.

Aufgrund der industriellen Lötverfahren in der Elektronikfertigung kommt Handlöten heute nur noch bei Einzelstückbau, Nachbestückung, Reparatur und Wartung vor. Und natürlich im Do-it-yourself-Bereich, der seit rund zwei Jahren wieder enorm an Bedeutung zunimmt.

Ausrüstung: Was Sie zum Löten brauchen

Wer mit dem Löten beginnen will, braucht einen Handlötkolben oder eine Lötstation, die Temperaturen zwischen 320 und 360 °C liefern. Zum häufigen Löten von Bausätzen und Schaltungen ist eine temperaturgesteuerte Lötstation am besten geeignet. Zum einen wird die eingestellte Temperatur in einem engen Bereich kontrolliert, und zum anderen ist die Bedienung gerade für Anfänger komfortabel. Um metallische leitfähige Verbindungen herzustellen, dient das Lot. Dabei handelt es sich um eine Legierung mit niedrigen Schmelzpunkt (180 bis 230 °C). In der Regel enthält der Lotdraht in seiner Mitte als sogenannte Seele bereits das Flussmittel. Dies sind Baumharze wie Kolophonium oder künstliche Harze, die zum Benetzen der Lötstelle und zum Binden von Oxidprodukten sowie Verschmutzungen wichtig sind. Zum Löten wird der heiße Lötkolben zusammen mit dem Lotdraht mit ruhiger Hand an die Lötstelle gebracht. Das sich schnell verflüssigende Lötzinn stellt dann innerhalb sehr kurzer Zeit die Verbindung her. Die gesamte Lötstelle muss gut benetzt und mit genügend Zinn versorgt sein. Das ist erkennbar daran, dass nach dem Abkühlen die Konturen der verbundenen Teil noch erkennbar sind, das Lot jedoch Leiterbahn und Pin völlig umschließt und die Oberfläche nicht porös, körnig oder brüchig ist.

Die heute verwendeten bleifreien Lote führen zu glatten, leicht matten Oberflächen an der Lötstelle. Während der Übergangsphase vom flüssigen in den erstarrten Zustand darf die Lötstelle keinesfalls bewegt werden. Praktikertipp: Anblasen der Lötstelle verkürzt die Abkühlzeit. Sogenannte „kalte Lötstellen“, die keinerlei Zuverlässigkeit aufweisen, sondern nur schlecht zusammengefügte Verbindungen sind, die bei der geringsten Bewegung versagen, müssen unbedingt vermieden werden. Im Idealfall dauert ein Lötvorgang maximal zwei bis drei Sekunden, optimal wäre etwa eine Sekunde. Dafür ist aber viel Übung nötig. Zeiten über vier bis fünf Sekunden weisen auf einen schlecht vorgeheizten Lötkolben oder eine zu niedrig eingestellte Lötstation hin und müssen unbedingt vermieden werden. Zu lange Lötzeiten können außerdem erhebliche Schäden zur Folge haben. Ablösen der Kupferleiterbahn von der Leiterplatte (Delamination) und Defekte an der Schaltung durch überhitzte Bauelemente werden durch kurzes, flottes Löten vermieden. Weil sich zudem gegen elektrostatische Entladung äußerst empfindliche Halbleiter wie MOS-ICs auf Baugruppen befinden, müssen Lötgeräte gut geerdet sein (ESD-sicher) und eine antistatische Arbeitsumgebung sowie ein Potenzialausgleich hergestellt werden. Auch die Hände entladen oder per hochohmigem Band erden. Für einzelne Arbeiten in empfindlichen Schaltungen können Praktiker auch kurz Lötkolben oder Lötstation vom Netz trennen und rasch kleine Lötarbeiten durchführen. Die in der Lötkolbenspitze gespeicherte Wärmeenergie reicht dafür im Allgemeinen aus.

Die besten Verwendungsmöglichkeiten für den Raspberry Pi

Kalte Lötstelle: Schlechte Verbindungen entstehen, wenn das noch weiche Lot erschüttert wird oder nicht heiß genug war und die Kontakte nicht benetzt hat.
Vergrößern Kalte Lötstelle: Schlechte Verbindungen entstehen, wenn das noch weiche Lot erschüttert wird oder nicht heiß genug war und die Kontakte nicht benetzt hat.
© Coronium, CC-BY-SA-3.0, GFDL

Check: Gute und schlechte Lötstellen

Woran erkennt man nun eine gute und zuverlässige Lötstelle? Eine der wichtigsten Bedingungen für ordentliche Lötstellen ist die gründliche Vorbereitung von Material und Werkzeug für eine fehlerfreie Arbeit. Das heißt also: Leiterbahn oder Lötstelle sowie der Baueilanschluss (Pin) müssen tadellos sauber sein, mithin keinerlei Reste von Verschmutzung, Spuren von Kontaktreinigungsmitteln (Ölen) und natürlich Oxidprodukten aufweisen. Zwar löst das Flussmittel Verschmutzungen und Oxide mit auf, doch wäre es für das Ergebnis fatal, nicht gut vorbereitet zu arbeiten. Auch die Lötkolbenspitze muss sauber sein, darf also nicht verzundert sein.

Hat man früher Kupferspitzen immer wieder kurz zum Reinigen abgefeilt, so muss man heute die verchromte Oberfläche der allgemein verwendeten Dauerspitzen nur kurz an einem kleinen feuchten Schwämmchen oder Metallgespinst abwischen.

Auslöten: Bauelemente von Platinen entfernen

Muss man vorher Bauteile auslöten, kann man im Falle von zweipoligen diskreten Komponenten wie Kondensatoren oder Widerständen das an der Lötstelle aufgeschmolzene alte Zinn per Pumpe absaugen. Bei ICs (Integrated Circuits) und vieladrigen SMDs (Surface Mount Devices, oberflächenmontierte Elektronik-Komponenten) bedient man sich im Allgemeinen spezieller Lötwerkzeuge, die dieser Bauform angemessen sind. Es geht mit einigem Geschick bei geringer Anschlusszahl auch noch mit spezieller Auslötlitze, die das Lot an jedem Pin einzeln aufsaugt. Zum Einlöten von SMDs ist höchste Präzision nötig. Denn dabei muss das Bauteil erst exakt und völlig plan auf den Lötpunkten platziert sein und dann fehlerfrei verlötet werden – ohne Überhitzung durch die Lötspitze und ohne Brückenbildung zu den nächsten Komponenten in der oft engen Schaltung.

Beim Löten entstehen wegen des Flussmittels gesundheitsschädliche Dämpfe. Kleine Lötarbeiten sollte man deshalb bei guter Belüftung oder neben einem Tischventilator ausführen. Wer allerdings regelmäßig lötet, sollte in eine Lötrauchabsaugung investieren, die es in kleiner, kostengünstigen Ausfertigung schon ab 30 Euro für den Hobbybereich gibt . Nach Lötarbeiten muss man immer die Hände gut waschen. Rückstände von Lötarbeiten sind Sondermüll und gehören nicht in die schwarze Tonne zum Restmüll.

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Bleifrei: Lötdraht, der ab Juli 2006 im Handel ist, muss frei von Bleilegierungen sein. Nur bei Restbeständen gibt noch bleihaltige Lotdrähte.
Vergrößern Bleifrei: Lötdraht, der ab Juli 2006 im Handel ist, muss frei von Bleilegierungen sein. Nur bei Restbeständen gibt noch bleihaltige Lotdrähte.

Giftige Dämpfe Blei wurde verbannt

Weichlöten beruht darauf, dass eine auf dem Metall Zinn beruhende Legierung mit niedrigerem Schmelzpunkt (Liquidus von Bleifreilot zwischen 180 bis 230 ºC) andere metallische Werkstücke (beispielsweise Kupferleiterbahn und Bauteilanschluss) sicher verbindet. Die früher verwendeten Bleilote (SnPb) hatten einen Schmelzpunkt von etwa 185 ºC, doch seit Juli 2006 dürfen in der üblichen Konsumelektronik solche Lote grundsätzlich nicht mehr verwendet werden. Dieser EU-Direktive mit der Abkürzung RoHS (Reduction of Hazardous Substances) haben sich praktisch alle Industrieländer zügig angeschlossen. In der Folge gibt es heute einige verschiedene Hauptgruppen bleifreier Zinnlote als Bleifrei-Ersatz: SnAg (Zinn-Silber mit höherer Aufschmelztemperatur und schlechterer Benetzung); SnCu (Zinn-Kupfer, wird in der automatischen Fertigung selten verwendet); SnZn (Zinn/Zink, Korrosionsprobleme); SnAgBi (Zinn-Silber- Bismuth, schwierig niedrig schmelzende Phase und sehr korrosionsanfällig). Zum üblichen Handlöten verwendet man meist universelle Lotdrähte aus einer Legierung von Zinn, Silber und/oder auch noch Kupfer (SnAgCu) für einen Temperaturbereich zwischen 217 und 227 ºC.

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