Lötzinn – Was brauche ich?

Allgemein gesagt ist das Lötzinn eine Metalllegierung, die beim Löten den Zwischenraum der Lötpartner füllt und dabei sowohl eine elektrische als auch mechanische Verbindung herstellt. Da der größte Anteil der Metalllegierung Zinn ist, heißt dieses Metall Lötzinn oder auch Lot.

Lötzinn wird heute in zwei wichtige Gruppen unterteilt. Einmal das Bleihaltige Lötzinn und das Bleifreie. Unter diesen beiden Kategorien gibt es verschiedene weitere Legierungen mit unterschiedlichen Anteilen und auch der Zugabe anderer Metalle.

Bleihaltiges Lötzinn

Das bleihaltige Lötzinn ist der Klassiker unter dem Lötzinn. Es hat allerdings einen großen Nachteil. Denn Blei ist ein giftiges Schwermetall. Deshalb wird es bereits seit Jahren in der Industrie kaum noch verwendet. Im Hobby-Elektronik und dem Rework / Reparatur Bereich wird es heute aber auch noch eingesetzt. Der Grund dafür ist, dass Bleihaltiges Lötzinn eine niedrige Schmelztemperatur hat und besser fließt.

Sn60Pb40 – Der Klassiker unter dem Lötzinn im Hobby-Bereich

Sn60 – also 60% Zinn und Pb40 – also 40% Blei ist der Klassiker unter dem Lötzinn im Hobby-Bereich. Unter 183 °C ist dieses Lot fest und ab 191 °C ist es flüssig. Im Bereich dazwischen ist es mehr oder weniger ein „Brei“. Es fließt sehr schön und bildet glänzende Lötstellen. Ein Nachteil dieses Lötzinns ist, dass hier kalte Lötstellen möglich sind, wenn die Lötstelle während des Übergangs vom flüssigen zum festen Zustand erschüttert oder ein Lötpartner bewegt wird.

Dennoch ist gerade dieses Lötzinn unsere Empfehlung für alle, die im Hobby-Beriech löten (lernen) möchten.

Sn63Pb37 – Spezial-Lötzinn, vor allem im SMD-Rework Bereich

Das Sn63Pb37 Lötzinn besteht aus 63% Zinn und 37% Blei. Dieser kleine Unterschied zum Sn60Pb40 Lötzinn sorgt dafür, dass das Lötzinn eutektisch ist. Eutektisch bedeutet, dass es keinen Übergang zwischen festem und flüssigem Zustand gibt. Das Lötzinn wird schlagartig flüssig, wenn es eine Temperatur von 183 °C erreicht. Ebenso wird es sofort wieder fest, wenn es unter 183 °C fällt.

Genau diese Eigenschaft macht dieses Lot beim SMD Rework bzw. beim Reparieren von Platinen mit SMD Komponenten so beliebt. Ein Nachteil gegenüber dem Sn60Pb40 Lötzinn ist allerdings, dass es nicht so gut fließt. Deshalb ist bei der Arbeit mit dem Sn63Pb37 Lötzinn auch die Zugabe von weiterem Flussmittel nötig.

Dennoch hat sich leider das Sn63Pb37 nicht wirklich am Markt durchsetzen können. Deshalb ist es heute kaum zu bekommen und wenn doch, dann zu hohen Preisen im Vergleich zum Sn60Pb40. Anfängern würden wir von der Nutzung dieses Lötzinns abraten.

SnPb + Cu / Bi / Ag / Au / Bi

Außerdem gibt es verschiedene weitere Metalle, die dem Lötzinn zugegeben werden können, um spezielle Eigenschaften zu erreichen. Dazu schauen wir uns mal die Wirkung dieser Metalle an.

Cu- Kupfer
Kupfer hat selbst eine Schmelztemperatur von 1084,4 °C. Da viele Komponenten in der Elektronik auf Kupfer basieren, verhindert Lötzinn mit Kupfer, die Ablegierung der Bauteile und Platinen ins Lot. Zudem soll die Zugabe von Kupfer die Lebensdauer von kupfernen Lötspitzen erhöhen. Diese Erfahrung konnten wir in der Praxis leider nicht machen, viel mehr wurden die kupfernen Lötspitzen eher mehr angegriffen und die Lebensdauer reduziert. Das Kupfer im Lötzinn erhöht außerdem die Temperaturleitfähigkeit des Lotes, was z.B. bei Verwendung von Bauteilen mit TO-220 und der Leiterplatte als Kühler ein Vorteil sein kann. Wir sind allerdings der Meinung, dass dieser kleine Vorteil in der Praxis eher irrelevant ist.

Bi – Bismuth

Bismuth hat eine Schmelztemperatur von 271,3 °C. Im Lötzinn bzw. mit Zinn zusammen senkt es erheblich die Schmelztemperatur des Lötzinns. Eine mögliche Anwendung ist dasbei das sogenannte Roses Metall, das bereits ab 94 °C flüssig ist. Dazu später in diesem Artikel mehr. Leider sollte Roses Metall nur in Ausnahmefällen zum Einlöten von Bauteilen verwendet werden, da die Verbindung sehr instabil ist und leicht bricht.

Ag – Silber

Auch Silber kann als Zusatz von bis zu 0,5-5% im Lot zugemischt sein. Im Wesentlichen verhindert die Beimischung von Silber die Ablegierung des Silbers von Bauteilen. Vor allem im SMD-Bereich wird Silber verwendet, um die Oxidation der Kontaktflächen zu verhindern. Außerdem erhöht Silber leicht die Leitfähigkeit, es dämpft Signale etwas weniger. In der Praxis dürfte der Effekt aber irrelevant sein.

Au – Gold

Wie beim Silber verhindert die Zugabe von Gold die Ablegierung von goldenen Oberflächen ins Lot. Außerdem erhöht es – wie Silber – die Leitfähigkeit der Lötverbindung. Lötzinn mit Gold wird vor allem im Audio-Bereich bzw. bei Audiophilen gerne verwendet. Im Labor konnten wir kaum Unterschiede gegenüber anderen Loten messen. Aber Audiophile legen trotzdem Wert darauf und meinen einen Unterschied zu hören.

Bleifreies Lötzinn

Der Haupt-Nachteil von bleifreiem Lötzinn ist die erhöhte Schmelztemperatur, außerdem sind die Fließeigenschaften von bleifreiem Lötzinn bei weitem nicht so gut, wie bei bleihaltigen. Ein großer Vorteil ist, dass das giftige Blei in dem Lötzinn nicht mehr enthalten ist. Der typische Schmelzpunkt liegt je nach Legierung zwischen 218 und 230 °C.

Nach den RoHS – Bestimmungen darf im industriellen Elektronik-Bereich seit 2006/2007 kein Bleihaltiges Lötzinn mehr verwendet werden.

Der Hauptbestandteil des bleifreien Lötzinns ist Zinn (Sn) mit 90-100%. Außerdem werden oft weitere Metalle hinzugegeben, wie Silber (Ag), Kupfer (Cu) oder Gold (Au). Genau wie beim bleihaltigen Lötzinn verändern diese Metalle die Eigenschaften des Lötzinns leicht und verhindern die Ablegierung der Lötoberflächen.

Unser Tipp: Wenn Sie bleifrei löten möchten, dann sollten Sie kein handelsübliches bleifreies Lötzinn aus dem Sortiment der Elektronik-Versender kaufen, sondern auf zuverlässige Industrieprodukte zurückgreifen. Denn sonnst verlieren Sie schnell den Spaß am löten. Und da spreche ich aus Erfahrung – wir haben viele Lote von vielen Herstellern ausprobiert, bevor wir das richtige für uns gefunden haben.

Unsere Empfehlung:
SAC305 und SACX Plus 0307 (der günstige Nachfolger des SAC305)

SAC305 ist ein High Tech Lötzinn, bestehend aus 96,5% Zinn, 3% Silber und 0,5% Kupfer. Wir verwenden einen Lötdraht mit 0,4 mm Stärke, einer Flussmittelseele mit 3,3%. Dieses Lötzinn war das erste nach vielen Tests, das uns davon überzeugt hat, tatsächlich bleifrei zu löten. Das Lötzinn hat hervorragende Fließ- und Benetzungseigenschaften und die Lötstellen sehen durch das enthaltene Silber nicht Stumpf und Matt aus, wie bei anderen Loten, sondern glänzend silbern. Ein Nachteil ist der relativ hohe Preis dieses Lötzinns, der aber für Privat- und Hobby Elektroniker wegen des geringen Verbrauchs keine große Rolle spielen sollte.

SACX Plus 0307 ist ein günstiger Nachfolger des SAC305. Der Unterschied ist, dass in dem Lötzinn kein Silber enthalten ist. Das senkt den Preis des Lötzinns erheblich. SACX Plus 0307 besteht aus 99,3% Zinn und 0,7% Kupfer. Dieses Lötzinn bietet nahezu die gleichen Eigenschaften bezüglich Fluss, Zugfestigkeit, Erschütterungen, etc. wie das SAC305. Einige meinen sogar, dass dieses Lötzinn sogar besser fließt, als das SAC305.

Für welches Lötzinn man sich entscheidet, ist deshalb reine Geschmackssache. Beide Produkte sind aber deutlich besser, als das klassische Sn99Cu1 bleifreie Lötzinn aus dem Versandhandel.

Welche Dicke sollte mein Lötdraht haben?

Am Markt gibt es zahlreiche Spulen mit Lötdraht in verschiedensten Stärken erhältlich. Leider neigen Anfänger dazu, zur goldenen Mitte zu greifen, wenn Sie Lötdraht kaufen. Oft werden dann Stärken von 1mm gekauft – weil es eine „runde Zahl“ ist. Stärken von 0,25mm werden dann aus Unwissenheit als Lötdraht für extrem feine Arbeiten abgestempelt.

Gerade bei Anfängern rate ich (und auch Andere) dazu, einen möglichst dünnen Lötdraht zu verwenden. Gerade für einen Anfänger ist es extrem schwer, mit einem dicken Draht die richtige Menge des Lötzinns zu dosieren. Hat man einen dicken Lötdraht, dann gibt man oft zu viel Lötzinn auf die Lötstelle und muss es dann oft wieder entfernen. Haben Sie jetzt einen 0,25mm dickes Lötdraht, dann brauchen Sie etwa 1-2cm eines solchen Lötdrahtes zum Löten einer Verbindung, während es bei 1mm dickem Draht nur wenige mm sind. Die Dosierung ist also viel einfacher.

Unsere Empfehlung – vor allem bei Anfängern – ist ein Lötdraht von 0,25 bis 0,5mm. Maximal 0,75mm im Durchmesser.

Viele werden sich jetzt denken, dass der Unterschied zwischen 0,75mm und 1mm nicht so groß ist. Schauen wir uns mal die Mathematik dazu an. Die Fläche eines Kreises wird mit der Formel $A = \pi * r^2$ berechnet. Dabei ist der Radius r die Hälfte des Durchmessers: $r = \frac{d}{2} \Rightarrow A = \pi * \left( \frac{d}{2}\right) ^2$ . Schon auf den ersten Blick sieht man, dass die Fläche quadratisch vom Radius bzw. Durchmesser bestimmt wird. Aber schauen wir uns mal ein paar Zahlenbeispiele an:

$d = 0,75 \Rightarrow A = \pi * \left( \frac{0,75}{2}\right) ^2 \Rightarrow A = 0,44$

$d = 1 \Rightarrow A = \pi * \left( \frac{1}{2}\right) ^2 \Rightarrow A = 0,79$

Wie man nun an den Zahlenbeispielen sehen kann, hat man eine fast doppelt so große Fläche.

Dazu ergänzend möchte ich noch erwähnen, dass wir in der Praxis nicht mit Flächen, sondern mit Volumen löten. Das Volumen eines Zylinders (ein Ausschnitt aus dem Lötdraht) ist jedoch die Grundfläche multipliziert mit der Höhe bzw. Länge. Dieser Faktor ist jedoch für die Betrachtung der Lötzinn-Menge in Abhängigkeit des Durchmessers des Lötdrahtes, irrelevant.

Roses Metall

Roses Metall ist eine Speziallegierung mit einem sehr niedrigen Schmelzpunkt. Es ist bereits bei einer Temperatur von 94 °C flüssig. In der Elektronik wird es vor allem beim Rework (also bei Reparaturarbeiten) verwendet. Beim entlöten von Bauteilen hat man oft das Problem, dass große Masseflächen vorhanden sind, die Wärme ableiten. Oder man Bauteile zum Entlöten hat, die eine längere Wärmezufuhr nur schlecht vertragen.

Hier verwendet man dann Roses Metall. Das Roses Metall gibt man auf die Lötstelle, die man auslöten möchte in relativ großer Menge. Roses Metall verbindet sich dann mit dem bereits vorhandenen Lot und senkt dessen Schmelztemperatur weit runter. Typisch ist eine Temperatur von ca. 130°C. Erwärmt man das Bauteil nun mit Heißluft auf ca. 130 °C, dann kann man es direkt abnehmen. Ohne Roses Metall müsste man das Bauteil bei bleifreiem Lot auf ca. 230 °C (und mehr) erhitzen.

Mit Roses Metall kann man mit einem einfachen Lötkolben und exzessiver Zugabe des Roses Metall auch größere Chips mit vielen Pins entlöten.

Hat man größere Masseflächen, wie z.B. bei der aktuellen Playstation 4 beim HDMI-Anschluss, dann muss man sowohl beim Auslöten des alten Steckers als auch beim Einlöten eines neuen entweder einen Preheater verwenden, der die ganze Platine von unten aufheizt oder Roses Metall.

Roses Metall hat allerdings das Problem, dass Verbindungen leicht brechen können. Wir selbst verwenden Roses Metall im Labor nur zum Auslöten von Bauteilen. Danach entfernen wir es.