Lötstelle

Gute und schlechte Lötstellen

Warum Lötstellen versagen

Bei Chips mit Lötkugeln unter dem Gehäuse, also BGA-Bausteinen, sind gerissene Lötstellen von außen nicht sichtbar.

Wie Lötstellen repariert werden

Einzelne Lötstellen werden mit Flussmittel und frischem Lot unter dem Mikroskop neu gesetzt. Bei BGA-Chips ist meist ein Reballing nötig. Ein reiner Reflow, bei dem nur erhitzt wird, hilft oft nur kurzzeitig.

Bleihaltiges und bleifreies Lot

Seit 2006 müssen Elektronikgeräte in der EU weitgehend bleifrei gelötet werden. Bleifreies Lot besteht meist aus Zinn mit kleinen Anteilen Silber und Kupfer. Es schmilzt bei höherer Temperatur und ist etwas spröder als das frühere bleihaltige Lot. Ein Teil der bekannten Serienfehler bei Konsolen und Laptops aus dieser Zeit wird auf gerissene bleifreie Lötstellen zurückgeführt.

Wie Lötstellen geprüft werden

Sichtbare Lötstellen werden unter dem Mikroskop kontrolliert. Für Lötstellen unter Chips gibt es in der Industrie Röntgengeräte, die X-Ray-Inspektion. In der Reparatur werden sie meist über Messungen geprüft, etwa mit einer Diodenmessung gegen Masse, die zeigt, ob ein Kontakt verbunden ist.

Was eine Lötstelle im Inneren zusammenhält

Eine Lötstelle ist nicht einfach Metall, das auf einem anderen Metall klebt. Beim Löten verbindet sich das Zinn im Lot mit dem Kupfer des Pads und bildet an der Grenzfläche eine dünne Schicht aus einer neuen Verbindung. Diese intermetallische Schicht ist es, die die Lötstelle fest verankert.

Die Schicht muss eine gewisse Dicke haben, damit die Verbindung hält. Wird sie zu dick, etwa durch zu langes oder zu häufiges Erhitzen, wird die Lötstelle spröde. Deshalb gilt: so heiß wie nötig, so kurz wie möglich. Jeder zusätzliche Lötvorgang belastet die Verbindung.

1. Benetzen Das flüssige Lot breitet sich auf dem sauberen Pad aus.
2. Verbinden An der Grenzfläche entsteht eine feste metallische Verbindung.
3. Erstarren Das Lot kühlt ab und hält das Bauteil.

Benetzung: das Zeichen einer guten Lötstelle

Ob eine Lötstelle gut ist, erkennt man an der Benetzung. Das Lot sollte sich wie ein flacher Hügel an Pad und Anschluss anschmiegen und sanft auslaufen. Der Winkel zwischen Lot und Pad ist klein.

Schlechte Benetzung entsteht meist durch Oxide, Schmutz oder zu wenig Wärme. Das Lot liegt dann nur auf, statt sich zu verbinden. Solche Stellen sehen manchmal ordentlich aus, halten aber kaum.

Bei bleifreiem Lot ist die Oberfläche etwas matter als bei bleihaltigem, ohne dass die Lötstelle schlecht ist.

Warum Lötstellen mit der Zeit ermüden

Bauteile und Platine dehnen sich bei Wärme unterschiedlich stark aus. Ein Chip aus Silizium und Kunststoff verhält sich anders als die Platine aus Glasfaser und Kupfer. Bei jedem Erwärmen und Abkühlen entstehen dadurch winzige Kräfte in den Lötstellen.

Über Tausende Zyklen hinweg können diese Kräfte feine Risse erzeugen. Man spricht von Materialermüdung. Besonders betroffen sind Geräte, die stark warm werden, etwa Spielkonsolen und Laptops mit leistungsstarken Grafikchips. Aber auch Smartphones, die häufig beim Spielen oder Laden heiß werden, sind nicht davor geschützt.

Hersteller testen ihre Geräte deshalb mit Temperaturwechseltests, die Jahre der Nutzung in wenigen Wochen nachstellen.

Symptome einer defekten Lötstelle

Defekte Lötstellen verursachen oft Fehler, die schwer zu fassen sind. Sie treten auf, verschwinden wieder und lassen sich nicht immer gezielt auslösen. Gerade dieses unregelmäßige Verhalten ist ein typischer Hinweis.

Bei Buchsen und Steckern sind die Lötstellen besonders belastet, weil bei jedem Einstecken Kraft auf sie wirkt. Eine wackelnde Ladebuchse ist deshalb häufig ein Fall für neue Lötstellen oder eine neue Buchse.

Lötbrücken und ihre Folgen

Eine Lötbrücke entsteht, wenn Lot zwei Kontakte verbindet, die nicht verbunden sein sollen. Auf eng bestückten Platinen passiert das schnell, wenn zu viel Lot verwendet wird oder das Flussmittel nicht ausreicht. Die Folge ist ein Kurzschluss zwischen zwei Leitungen.

Je nachdem, welche Leitungen verbunden sind, startet das Gerät nicht, eine Funktion fällt aus oder Bauteile werden heiß. Lötbrücken lassen sich mit Flussmittel und einer sauberen Lötspitze meist leicht entfernen. Das Lot zieht sich dann von selbst auf die beiden Kontakte zurück. Unter Chips sind Brücken dagegen nur durch Ablöten zu beheben.

Was eine Reparatur dauerhaft macht

Eine gute Reparatur ersetzt die defekte Lötstelle nicht nur, sondern beseitigt auch die Ursache. Bei einer Buchse heißt das, die mechanischen Halterungen sauber zu verlöten. Bei einem Chip bedeutet es, alte Lötkugeln vollständig zu entfernen und neue aufzubringen, statt das alte Lot nur aufzuschmelzen.

1. Altes Lot entfernen Oxidiertes und ermüdetes Lot wird restlos beseitigt.
2. Pads reinigen Saubere Flächen sorgen für gute Benetzung.
3. Frisch verlöten Neues Lot mit Flussmittel bei passender Temperatur.
4. Ursache angehen Lüfter reinigen, Wärmeleitpaste erneuern, Belastung verringern.

Wer nur das Symptom behandelt, erlebt den gleichen Fehler oft nach kurzer Zeit wieder. Deshalb prüfen wir bei jeder Lötreparatur auch, was zum Ausfall geführt hat.

Typische Lötstellen-Probleme nach Gerät

Je nach Gerät sind andere Lötstellen besonders belastet. Wer weiß, wo die Schwachstellen liegen, kann Fehler schneller eingrenzen.

Bei Konsolen sind die großen Chips wegen der Hitze besonders gefährdet. Bei Smartphones dagegen spielt mechanische Belastung eine größere Rolle, etwa durch Biegen in der Hosentasche oder Stürze auf eine Ecke.

Lötstellen unter dem Mikroskop

Auf modernen Platinen sind viele Lötstellen nur unter Vergrößerung sichtbar. Unter dem Mikroskop zeigen sich Details, die mit bloßem Auge verborgen bleiben: feine Risse, Lötbrücken, Korrosion oder fehlendes Lot.

Für Lötstellen unter Chips reicht auch das Mikroskop nicht. Hier helfen Messungen und Erfahrung. Fehler, die nur bei Druck auftreten, lassen sich manchmal eingrenzen, indem man gezielt auf einzelne Bereiche der Platine drückt und das Verhalten beobachtet.

Zusammengefasst ist die Lötstelle die kleinste und zugleich wichtigste Verbindung in jedem Gerät. Hält sie nicht mehr, entstehen Fehler, die oft schwer zu finden sind. Mit Erfahrung, Mikroskop und Mikrolöten setzen wir defekte Lötstellen neu und machen dein Gerät wieder zuverlässig.

In der Industrie werden Lötstellen nach festgelegten Qualitätsstandards beurteilt. Diese beschreiben genau, wie eine gute Lötstelle aussehen muss, wie viel Lot erlaubt ist und welche Fehler nicht akzeptabel sind. Auch in der Reparatur orientieren wir uns an diesen Kriterien.

Häufige Fragen