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Laserlöten Löten mit Laserlicht löst die Probleme beim Mikrofügen

Autor / Redakteur: Yusaku Kono / Peter Königsreuther

Eine heiße Metallspitze und etwas Lötzinn – fertig ist der Lötkontakt, denkt man. Doch wenn Elektronikkomponenten zu klein und damit empfindlicher sind, schlägt die Stunde des Laserlötens.

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Elektronikkomponenten werden immer filigraner. Wann der herkömmliche Lötprozess lieber vom schonenderen Laserlöten abgelöst werden sollte, können die Experten von Japan Unix verraten.
Elektronikkomponenten werden immer filigraner. Wann der herkömmliche Lötprozess lieber vom schonenderen Laserlöten abgelöst werden sollte, können die Experten von Japan Unix verraten.
(Bild: Japan Unix)

Löten ist eine der ältesten Techniken der Menschheit: Schon unsere Vorfahren vor 7000 Jahren fügten mit geschmolzenem Lot Teile aus Gold, Silber und Kupfer zusammen. So entstand später etwa die berühmte Goldmaske des ägyptischen Pharaos Tutanchamun. Auch heute wird überall gelötet – allein für Leiterplatten kommt der klassische Lötkolben jedes Jahr millionenfach zum Einsatz. Die bewährte Methode bekommt jedoch zunehmend Konkurrenz durch das Laserlöten. Mit ihm lassen sich Lötstellen schneller, präziser und in hoher Qualität ausführen. Die Technologie ist relativ jung: Das erste Laserlötsystem wurde 2002 von Japan Unix vorgestellt.

Kontaktlose und präzise Verbindungsalternative

Statt eine heiße Metallspitze auf die Lötstelle zu setzen, erhitzt beim Laserlöten ein Laserstrahl den Kontaktpunkt auf der Leiterplatte. In die erhitzte Stelle wird ein Draht mit Lötzinn eingeführt, dieses schmilzt und stellt nach dem Erkalten eine mechanische und elektrische Verbindung her. Im Gegensatz zum Kolbenlöten ist das Laserlöten also eine kontaktlose Methode.

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Das vermeidet mechanische Schäden an empfindlichen Bauteilen und ermöglicht das Löten auch von extrakleinen Bauteilen, etwa bei der Herstellung von empfindlichen Sensoren oder eng bestückten Leiterplatten. Denn der Parameter des Lasers lässt sich deutlich feiner einstellen als selbst die kleinste Lötspitze. Ein weiterer Vorteil: Das Verfahren arbeitet nahezu verschleiß- und wartungsfrei, es benötigt zum Beispiel keine neuen Lötspitzen – und spart so Kosten.

Die Sache mit der Temperaturübertragung

Ob Kolben- oder Laserlöten: Die richtige Löttemperatur ist entscheidend dafür, dass das Lot optimal zwischen die Kontakte von Leiterplatte und Bauteilanschluss fließt und sich mit diesen verbindet. Bei korrekter Ausführung fließt erst das Flussmittel in die Lötstelle und entfernt Schmutz und Oxide, dann folgt die metallische Komponente des Lots, wobei die Atome von Kontaktstelle und Lot ineinanderdiffundieren.

Ist die Temperatur zu hoch, stoppt dies die Selbstreinigung der Lötstelle, es entstehen gröbere „Finger“ intermetallischer Verbindungen, die Haltbarkeit der Lötstelle leidet. Zu viel Hitze kann außerdem zu unsichtbaren, im Lauf der Zeit aber fatalen Rissen in der Leiterplatte führen. Wärmeübertragung ist also ein zentraler Faktor und hier gibt es große Unterschiede zwischen den beiden Verfahren.

Beim Lötkolben fließt die Hitze durch Wärmeleitung aus der Spitze in das Metall des Kontaktpunktes und in die umliegenden Bereiche der Leiterplatte sowie in den Draht mit dem Lot. Beim Laserlöten entsteht die Hitze dagegen erst, wenn das Licht auf die Oberfläche des Metalls trifft. Ein physischer Kontakt findet nicht statt.

Das erschwert zwar einerseits zunächst die Temperaturmessung, andererseits steht jedoch die Hitze, die das Laserlicht auf der Oberfläche erzeugt, sofort zur Verfügung und steigt annähernd linear über die gesamte Fläche, auf die der Laser trifft, an.

Mehr noch: Die Intensität des Lichtstrahls lässt sich während des Lötens variieren und optimal an die drei Phasen des Lötvorgangs – Vorheizen der Lötstelle, Heizen beim Einfüllen des Lots, Nachheizen – anpassen. Der Lohn ist eine nach dem Abkühlen perfekt geformte Lötstelle mit hoher Festigkeit und langer Haltbarkeit.

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