Haben Sie in der Vergangenheit jemals eine kalte Lötstelle erlebt? Wie haben Sie das Problem gelöst? Haben Sie Online-Hilfe bekommen?
Die meisten Ingenieure müssen sich dem Problem stellen, unzuverlässige Elektronik aufgrund kalter Lötstellen herzustellen, entweder während der Montage der industriellen Leiterplatten oder beim Prototyping mit neueren Trends (z. B. bei Verwendung der flexiblen Leiterplatten).
Als professioneller Hersteller von Leiterplatten hat WellPCB in der Vergangenheit häufig Bedenken hinsichtlich kalter Lötstellen erhalten. Aufgrund dieser Bedenken haben wir uns getraut, mehr zu diesem speziellen Thema zu recherchieren und Fragen zu beantworten, die PCB-Designer beunruhigen könnten.
Diese Ausgabe enthält eine Sammlung von Informationen zu Kaltlötverbindungen, die Ihnen bei der Entwicklung besserer Leiterplatten helfen können.
1. Eine kalte Lötstelle
1.1 Was ist Löten?
Beim Löten werden elektrische und mechanische Verbindungen auf einer Leiterplatte (PCB) hergestellt, indem elektronische Komponenten mit einer Legierung aus geschmolzenem Blei und Zinn mit der Leiterplatte verbunden werden.
Es ist eine grundlegende Fähigkeit in der Elektrotechnik, da es ein zentraler Bestandteil der Entwicklung und Fehlerbehebung von Schaltkreisen ist.
Das Löten erfolgt häufig mit einer Lötstation oder einem Lötkolben und einem Lötdraht (die Legierung aus Zinn und Blei). Eine subtile Metallspitze (oder ein relevantes metallisches Material) wird an einem gesteuerten Heizelement angebracht, das während des Lötens an eine Stromquelle angeschlossen wird.
Mit der Zeit erwärmt sich die Lötkolbenspitze auf ein Maß, das den Lötdraht zum Schmelzen bringen und zur Herstellung einer Lötstelle beitragen kann. Löten ist die Fähigkeit, die für die Montage elektrischer Komponenten auf Leiterplatten verantwortlich ist.
1.2 Erzählen Sie mir von Lötstellen
Eine Lötstelle ist lediglich ein spezifischer Lötpunkt zum Verbinden einer elektronischen Komponente mit der Leiterplatte. Ein Querschnitt einer idealen Lötstelle sollte ein glattes und glänzendes konkav geformtes geschmolzenes Lot aufweisen, das auf den Stift des zu lötenden Elements klettert, wie in Abbildung 1 unten gezeigt:
Bild 1: Die ideale Lötstelle
Wie Sie der einfachen Erklärung (oder aus Ihrer Erfahrung) entnehmen können, ist gutes Löten eine erworbene Fähigkeit, die viel Übung erfordert. Für die meisten von uns wird diese Fähigkeit mit der Zeit durch wiederholte Projekte und Experimente perfektioniert.
Dieser Lernprozess beinhaltet eine Menge Versuch und Irrtum mit vielen „… montiere das“, „… hebe das auf“.
Darüber hinaus sind Sie selbst dann nie völlig fehlerfrei. Sie werden nur ein bisschen besser als vor dem Training.
Das heißt, jedes Mal, wenn Sie ein Bauteil löten, haben Sie die Möglichkeit, es besser als zuvor zu machen oder aus einem Fehler, den Sie machen, einen besseren Weg zu lernen.
1.3 Häufige Probleme mit Lötstellen
Es gibt verschiedene Fehler, die Sie wahrscheinlich beim Löten machen werden. Einige der häufigsten Lötfehler, die Sie bei der Herstellung von Lötstellen machen können, sind:
1. Eine gestörte Verbindung: Wird gebildet, wenn eine Lötverbindung gestört wird, bevor sich das geschmolzene Lot verfestigt
2. Eine kalte Verbindung: Eine, bei der das Lot nach dem Löten nicht vollständig schmilzt.
3. Eine überhitzte Verbindung: Dieses Problem tritt auf, wenn der Lötdraht trotz Erwärmung nicht schmilzt. Dieser Vorgang führt zu einer Überhitzung des Flussmittels auf der Platine, was das Löterlebnis erschwert.
4. Unzureichende Benetzung: Dieses Problem tritt entweder am Stift oder auf der Platine auf. Dies ist ein Hinweis darauf, dass das Lot auf der Platine und dem Stift nicht ungleichmäßig erhitzt wird. Eine unzureichende Benetzung des Stifts zeigt, dass Sie den Stift stärker als die Platine verbrannt haben. Eine unzureichende Benetzung der Platte kann andererseits auf die Anwendung von zu wenig Benetzungsmaterial hinweisen.
Weitere Informationen zu diesen Themen werden in den anderen vorhergehenden Kapiteln erläutert.
1.4 Was ist nun eine kalte Lötstelle?
Ich bin sicher, Sie können ab jetzt mittlerweile erraten, was eine „kalte Lötstelle“ ist, nicht wahr? Wie bereits erwähnt, ist eine kalte Lötstelle ein Lötstellenproblem, das häufig beim Löten auftritt, wenn das Lot nicht vollständig schmilzt und fließt, um eine ideale Lötstelle zu bilden.
Kalte Lötstellen erscheinen oft stumpf und führen zu einer konvexen Montage an den Stiften und den flexiblen Bereichen der Platine. Manchmal nehmen sie auch grobe Formen an, wie in Bild 2 gezeigt.
Bild 2: eine kalte Lötstelle
Diese kalte Lötstelle entsteht oft, wenn man den Lötdraht vor dem Löten nicht richtig erwärmt. In einigen Fällen kann es auch auftreten, wenn man entweder die Platine oder den Lötstift stört, bevor sich das geschmolzene Lot verfestigt.
In den folgenden Kapiteln werden wir weitere Details zum Erkennen und Reparieren von Kaltlötstellen untersuchen. Wir schlagen auch Praktiken vor, die Ihnen helfen können, das Auftreten von kalten Lötstellen zu minimieren.
2. Erkennung und Prüfung von Kaltlötstellen
2.1 Warum sollten Sie auf kalte Lötstellen prüfen?
Niemand weiß es mehr zu schätzen, wie wichtig es ist, auf kalte Lötstellen zu testen, wie einer, der an großen elektrischen Projekten arbeitet.
Schauen Sie, hier ist eine nervige Phase, auf die ich stoße, wenn ich alleine an elektronischen Projekten arbeite. Ich frage mich, ob sich eine solche Geschichte auch auf Ihre täglichen Arbeitserfahrungen bezieht. Es geht ungefähr so:
Ich arbeite an einem elektrischen Modul für ein größeres Industrieprojekt. Meine Aufgabe ist es, eine der grundlegenden Hardwarekomponenten für das massivere Projekt zu entwickeln. Ich habe bereits die Software und die elektrische Komponente getestet (auf einem normalen Steckbrett) und auf einen Mikrocontroller hochgeladen, der zum Löten bereit ist.
Ich sammle meine „Handwerkszeug“ und mache mich auf den Weg, um das ganze Zeug so schnell wie möglich zu löten. Ungefähr 30 Minuten später bin ich mit dem gesamten Projekt fertig. Von meinem Ende aus sieht alles gut aus (oder so, sollte ich sagen).
Also schalte ich es ein und beginne es zu überwachen. Wissen Sie was? Meine Schaltung funktioniert nicht. „… na ja, vielleicht ist der Widerstand nicht so gut.“ Ich denke, „ich habe es früher vermutet“, der Gedanke kommt mir in den Sinn.
Also ersetze ich den Widerstand durch einen anderen. Es funktioniert jedoch immer noch nicht. Ich überprüfe das Multimeter und beginne mit der Bewertung jeder Komponente. Ich bemerke eine einzelne kalte Lötstelle und repariere sie.
Das Gerät funktioniert, gibt dann aber unerwartete Messwerte aus. Ich rege mich auf und bereit mich auf eine neue Schaltungsuntersuchung mit einem Objektiv vor. Ich entdecke später eine andere kalte Lötstelle (nach ungefähr einer weiteren Stunde oder so) und repariere sie.
Diesmal schaffe ich es, es unter Kontrolle zu bringen (nach einer langen und langwierigen Erfahrung, die Sie manchmal hinter den Zeitplan zurückbringt).
Sehen Sie es? Aus diesem Grund müssen Sie nach kalten Lötstellen suchen. Ohne die Bewertung von Kaltlötstellen besteht die Gefahr, dass eine defekte Elektronik entsteht. Lassen Sie uns einige der Tests untersuchen, die Sie an Schaltkreisen durchführen können, um kalte Lötstellen zu bestimmen.
2.2 Test 1: Sichtprüfung von Kaltlötstellen
Die visuelle Überprüfung auf kalte Lötstellen und deren Befestigung sollte Ihr Hauptschritt bei der Entwicklung von Schaltkreisen sein. Wir hatten bereits beschrieben, wie eine ideale Lötstelle aussehen könnte (in Kapitel 1). In erster Linie kann eine kalte Lötstelle stumpf, weißlich und konvex oder deformiert aussehen.
Ich weiß, das alles sieht eher nach „gesundem Menschenverstand“ aus, nicht wahr? Außerdem fragen Sie sich vielleicht, warum ich es eingeführt habe. Manchmal geht es über das hinaus, was wir mit unseren Augen sehen.
Möglicherweise benötigen Sie eine Vergrößerungslinse und überprüfen die Lötstellen, um die konvexe Form festzustellen und zu sehen, ob das Lot die Lücken gefüllt hat. Sie sollten kein Licht sehen können, das durch die Gelenke fällt.
Die Linsen können Ihnen manchmal helfen, die Verbindungen zu erkennen, an denen das Lot nicht ausreichend erwärmt wurde. Oft scheinen solche Gelenke bei genauer Betrachtung rau zu sein.
Wenn Sie ein Gelenk vermuten, sollten Sie auch versuchen, das am Gelenk montierte Bauteil zu kippen, um festzustellen, ob es sich löst. Sollte so etwas passieren, versuchen Sie es mit den Methoden zu beheben, die wir im folgenden Kapitel besprechen werden.
Es ist auch wichtig sicherzustellen, dass das Lot nicht auf andere Verbindungen gelangt, da dies zu einem Kurzschluss innerhalb des Stromkreises führen kann.
2.3 Test 2: Verwenden eines Multimeters zum Überprüfen von Kaltlötstellen
Bei der Prüfung auf Kaltlötverbindung mit einem Multimeter können Sie zwei Maßnahmen ergreifen, um eine Kaltlötverbindung zu bestimmen. Diese sind:
2.3.1 Prüfung mit Widerstand (Ohm)
Hier schalten Sie zunächst das Multimeter um, um den Widerstand zu messen. Oft wird dies durch das Ohm (Ω) -Symbol angezeigt. Je nach Multimetertyp drehen Sie entweder die Anzeige oder drücken einige Einstellräder, um umzuschalten. Verwenden Sie für dieses Experiment einen Widerstand von ca. 1 kOhm.
Als nächstes verbinden Sie einen Anschluss des Multimeters direkt mit dem anderen Anschluss des Messgeräts. Hier wäre es hilfreich, wenn Sie einen Widerstand von Null Ohm ablesen würden. Mit diesem Schritt überprüfen Sie, ob Ihr Multimeter ordnungsgemäß funktioniert.
Sobald Sie dies festgestellt haben, verbinden Sie die Klemme des Messgeräts über eine Komponente mit einer Verbindung an einem Ende und am anderen Ende an einem anderen Ende. Bei nicht widerstandsfähigen elektrischen Bauteilen sollten Sie eine Null beachten. Jeder Wert über Null kann ein Indikator für eine kalte Verbindung sein.
2.3.2 Prüfung mittels Kontinuität
Schalten Sie mit demselben Multimeter, das wir in Test 2.3.1 verwendet haben, das Maß des Multimeters um, um die Kontinuität zu messen. Schließen Sie die beiden Enden des Multimeters an und beachten Sie, dass das Multimeter piept, um die Kontinuität anzuzeigen.
Bild 3: Foto mit Angabe des Durchgangsetiketts
Wenn Sie zufrieden sind, wiederholen Sie den Vorgang, indem Sie die beiden Enden des Multimeters mit den beiden Enden der Schaltung verbinden. Wenn das Multimeter piept, ist möglicherweise alles in Ordnung. Alles andere ist ein Hinweis auf eine Diskontinuität, die auf eine kalte Lötstelle zurückzuführen sein könnte.
2.4 Denken Sie daran: Lötfehler sind der Weg nach vorne
Kein bestimmtes Gerät kann auf kalte Lötstellen prüfen. Alle oben untersuchten Tests basieren auf Versuch und Irrtum. Diese Tatsache ist der Grund, warum Sie dabei Fehler versäumen sollten. Wenn Sie zu naiv werden, um Fehler mit der Elektronik zu machen, machen Sie schließlich Fehler.
Daher sollten Sie dies alles mutig tun und bereit sein, alles zu korrigieren, was Ihnen begegnet (mit den Methoden in Kapitel 3).
Mit der Zeit werden Sie mit mehr gelösten Fehlern (die Sie machen) ein wenig besser als zuvor. So wie ein Anfänger Fehler macht, machen auch Profis Fehler.
Der einzige Unterschied besteht in der Art der Fehler und der Zeit, die sie zur Behebung der Fehler benötigen. Warum sollten Sie Angst haben?
3. Reparatur der Kaltlötstelle
Kalte Lötstellen treten häufig als gestörte kalte Lötstellen oder nur als kalte Lötstellen auf, da das Lot während des Lötens nicht ausreichend erwärmt wird. Wir beginnen mit:
3.1 Die gestörten Kaltlötstellen
Dies sind die Haupttypen von Kaltlötverbindungsproblemen für Ingenieure. Diese Lötstellen treten auf, wenn entweder das Bauteil oder die Leiterplatte bewegt wird, bevor das geschmolzene Lötmittel korrekt montiert wird.
Sie zeichnen sich durch ein konkav geformtes Aussehen und einen geneigten Stift im Lot aus. Bei genauer Betrachtung erscheinen sie wahrscheinlich auch rau und etwas frostig.
In erster Linie können sie nicht bequem als kalte Lötstellen klassifiziert werden, da diese Art von Verbindung manchmal aus gut geschmolzenem Lot hergestellt werden kann. Sie weisen jedoch eine sehr große Ähnlichkeit mit Standard-Kaltlötverbindungen auf.
Dies liegt außerdem daran, dass das Lot vor der Montage der Elektronik nicht richtig abkühlt.
3.1.1 So lösen Sie störende kalte Lötstellen
Wie oben erwähnt, wird diese Art der Kaltlötverbindung verursacht, wenn man die Platine oder das Element während des Lötens stört. Daher müssen Sie bei Ihrer Lötaufgabe stetig arbeiten, um dieses Problem zu lösen.
Um dies erfolgreich durchführen zu können, muss beim Löten möglicherweise ein dedizierter Tisch fest auf dem Boden montiert werden. Wenn Sie auf engstem Raum arbeiten, können Sie einen Lötschraubstock kaufen und an einer festen Wand in der Nähe einer Lötstation montieren.
3.2 Kalte Lötstellen
In den vorhergehenden Kapiteln haben wir definiert, dass kalte Lötstellen aufgrund unzureichender Erwärmung des Lötmaterials entstehen. Ein solches Problem ist leicht zu beobachten, da es zu Klumpen in der Nähe der Lötstellen führt, während die Komponenten nicht auf der Leiterplatte befestigt werden können.
Aufgrund dieses Problems kann die Verbindung der Verbindung sehr schlecht sein und zu Rissen oder sogar zu einer Trennung der an der Lötverbindung angebrachten Komponenten führen.
Kalte Lötstellen treten häufig auf, wenn die Lötpistole nicht ausreichend mit Strom versorgt wird. Manchmal kann es auch ein Hinweis auf eine „schmutzige“ Spitze der Lötpistole sein.
3.2.1 So lösen Sie Probleme mit Kaltlötstellen
Für Ingenieure, die Lötstationen verwenden, ist der einzige mögliche Grund für Probleme mit der Kaltlötverbindung Schmutz, der sich an der Spitze der Lötpistole ansammelt. Dieses Problem kann auch zu einer Überhitzung der Lötstellen führen.
Daher besteht der erste Schritt zum Lösen kalter Lötstellen darin, die Spitze des Lötkolbens angemessen zu reinigen.
Anschließend müssen Sie die Lötpistole mit einer angemessenen Menge elektrischer Energie versorgen, um den Lötdraht zu erwärmen. In einigen anderen Fällen müssen Sie den Regler Ihrer Lötstation / Heizung nur entsprechend einstellen.
Nachdem Sie die Hitze bestätigt haben, müssen Sie das Lot erneut erwärmen und montieren.
In anderen Fällen können Sie auch bleifreies Lot wie das SN96-Lot mit kurzer Kunststoffübergangszeit kaufen. Diese Art des Schweißens verringert die Wahrscheinlichkeit einer unvollständigen Verbrennung während des Lötens.
In den verbleibenden Kapiteln werden wir die Lötprobleme des Verbindungswiderstands und seine Auswirkungen diskutieren. Dann krönen wir es mit Empfehlungen von Praktiken, die Ihnen helfen könnten, kalte Lötstellen zu vermeiden.
4. Probleme mit der Kaltlötverbindung
4.1 Kaltlötstellen und Widerstand
In Kapitel 2 haben wir den Widerstandstest als Test zum Nachweis einer kalten Lötstelle hervorgehoben. Wir haben das Einzige übersehen, von dem wir weder den Grund noch die möglichen Auswirkungen des Widerstands auf kalte Lötstellen zum Ausdruck gebracht haben.
Es ist nun wichtig zu beachten, dass alle Verbindungen aufgrund der unvollständigen Verbrennung der beim Löten verwendeten Lötmasse aus Blei und Zinnlegierung einen gewissen Widerstand gegen Strom innerhalb des Stromkreises aufweisen.
Die kalten Lötstellen können einen höheren Widerstand gegen den Fluss elektrischer Ladungen aufweisen.
Dieses Problem ist nicht immer sofort erkennbar. Mit der Zeit führt dies jedoch zu einem höheren Stromverbrauch, und bei längerem Gebrauch können sich kalte Lötstellen überhitzen und schließlich zu Fehlfunktionen des Geräts führen.
4.2 Auswirkungen des Widerstands in kalten Lötstellen
Der hohe Widerstand durch kalte Lötstellen ist eine „Zeitbombe“ für die Elektronik. Manchmal sind die Auswirkungen sofort, leicht zu bemerken und leicht zu korrigieren. Gelegentlich sind die Folgen jedoch möglicherweise nicht leicht zu erkennen und können bei der Herstellung defekter Geräte bestehen bleiben.
Hier sind einige der Effekte, die sich aus dem Widerstand durch kalte Lötstellen ergeben können:
Unvollständige Stromkreise: Dieses Problem tritt auf, wenn die kalte Lötstelle die Komponente und den Stromkreis nicht verbindet. Obwohl dieses Problem unerwünscht ist, ist es am einfachsten, es früh genug zu erkennen und zu beheben, da ein Gerät mit diesem Problem nicht funktioniert.
In anderen extremen Fällen kann der Widerstand mit dem Widerstand anderer angeschlossener Widerstände in der Schaltung kombiniert werden, um fehlerhafte Messwerte zu erhalten. In solchen Fällen können Sie die bereits besprochenen Testmethoden und -lösungen anwenden, um dieses Problem zu beheben.
Überhitzungskreise: Überhitzungskreise treten auf, wenn mehrere verschiedene Kaltkreise miteinander verbunden sind. Es ist das am schwersten zu erkennende Problem des Kaltgelenkwiderstands. Meistens funktionieren die Schaltkreise mit diesem Problem in der Testphase und können sogar für den industriellen Einsatz hergestellt werden.
Das Problem ist, dass diese Schaltkreise bei längerem Gebrauch die Schaltkreise für die Elektronik überhitzen und unterbrechen und folglich zu Fehlfunktionen der Geräte führen.
Der beste Weg, um Widerstandsprobleme zu erkennen, die durch kalte Verbindungen verursacht werden, besteht darin, das Multimeter zu verwenden, um diese zu bestimmen, wie in Kapitel 2 erläutert.
Sieben Lötpraktiken, die Sie üben müssen
Hier sind sieben goldene Methoden, mit denen Sie Fälle von Kaltlötstellen in Ihren elektronischen Projekten vermeiden können.
1. Haben Sie die entsprechenden Werkzeuge. Investieren Sie genauer in einen guten Lötkolben. Der Lötkolben ist häufig für die Erwärmung des Lots verantwortlich. Daher ist es wichtig, in einen idealen Lötkolben zu investieren, mit dem Sie die beim Löten verwendete Wärmemenge regulieren und steuern können.
2. Verwenden Sie beim Löten eine minimale Menge Lot.
3. Reinigen Sie regelmäßig die Spitze des Lötkolbens.
4. Verfügen Sie über eine zuverlässige Stromquelle, die die Heizung / Lötpistole beim Löten mit Strom versorgen kann.
5. Verwenden Sie nach Möglichkeit den bleifreien Lötdraht (Material).
6. Geben Sie dem geschmolzenen Lot immer ausreichend Zeit zum Abkühlen. Beeilen Sie sich nicht beim Löten.
7. Beim Löten niemals in Panik geraten. Ich weiß, dass dies für bereits etablierte Ingenieure nicht sehr erwähnenswert ist, aber die meisten Anfänger finden sich aufgrund von Panik mit kalten Lötstellen konfrontiert.
Fazit
Ich habe immer wieder die Notwendigkeit hervorgehoben, dem Lötprozess zu mutig entgegenzutreten, da dies die Hauptursache für eine kalte Lötverbindung ist. Wie wir bereits gesehen haben, müssen Sie einige dieser Fehler immer wieder machen, um ein bisschen besser zu sein als zuvor.
Um mehr über das Löten zu erfahren, können Sie auf unserer Website nach weiteren Informationen suchen.
Für den Fall, dass wir Ihnen eine zuverlässige und professionelle Leiterplatte drucken müssen, können Sie auf unserer Website eine Rechnung oder eine Anfrage stellen.
