Die Lötbarkeit ist definiert als die Fähigkeit eines Metalls, von einem
geschmolzenem Lot benetzt zu werden. Die Messung der Lötbarkeit kann auf
verschiedene Arten durchgeführt werden. Eine Benetzungswaage mißt und zeichnet
die Benetzungskraft als Funktion der Zeit auf. Während es sich hierbei um
einen quantitativen Test handelt, kommt es zu Komplikationen wenn man die
Ergebnisse mit den tatsächlichen Lötpraktiken vergleicht. Zusätzlich ist
ein teueres Laborgerät erforderlich. Ein häufig angewendeter qualitativer
Test ist der Lotbadtauch-und beobachtungstest. Dieser Test verwendet
einen Lotbehälter, ein Mikroskop im unteren Leistungsbereich und schließt
unter Umständen die Alterung im Dampf der Prüflinge mit ein. Das Verfahren
für die Verwendung dieses Test zur Lötbarkeitsüberprüfung von Drähten ist
sehr gut beschrieben in den American National Standards ANSI/J-STD-002
und MIL-STD-202 Method 208. Der NEMA Standard WC65 beschreibt
Lötbarkeitsangelegenheiten und Empfehlungen in Verbindung mit silber-,
nickel- und zinnbeschichteten Leitern.
Der Lottauch-und beobachtungstest ist ein
allgemeiner Indikator der Oberflächensauberkeit und des Vorhandenseins
von Oberflächenoxidation. Er ist ebenfalls ein guter Indikator der Lötbarkeit
des Leiters während der Betriebsnahme. Das allgemeine Akzeptanzkriterium
für den Tauch-und Beobachtungstest ist eine mindestens 95% Benetzung.
Es gibt einige Begrenzungen beim MIL-STD-202/208.
Die Methode erlaubt lediglich ein Testverfahren für alle Leiterarten. Es
berücksichtigt nicht die verschiedenen Materialeigenschaften der
verschiedenen Beschichtungsmaterialien. Die Methode wendet ein visuelles
Akzeptankriterium an, das sehr subjektiv ist und das Verfahren kann
scheitern, einheitliche Ergebnisse für die Korrelation zwischen
Lötbarkeit und Haltbarkeit zu geben.
Leiterlötbarkeit
Ein Material zeigt eine gute Lötbarkeit, wenn seine Oberfläche einen
Verbund mit dem geschmolzenen Lot eingehen kann. Die meisten reinen
Metalle und Legierungen können sich rasch mit dem Lot verbinden,
allerdings können dies Oberflächenoxidation, Verunreinigungen und die
Bildung von intermetallischen Verbindungen verhindern. Über die Zeit,
wenn Oxidschichten dicker werden und intermetallische Formationen
zunehmen, nimmt die Lötbarkeit ab.
Die Dicke und Haftung der Oxidschicht hängt vom
Metall oder der Legierung ab. Lotflußmittel mit Reduktionsmitteln werden
zu Hilfe genommen, um die Oxidschicht aufzubrechen und das löten zu
ermöglichen. Dickere und stabiliere Oxide benötigen aktiviertere
Flußmittel, um eine Lötbarkeit möglich zu machen. Intermetallische
Verbindungen haben sehr stabile Oxide und brauchen daher die
aktiviertesten Flußmittel zum Erhalt einer guten Lötbarkeit. Edelmetalle
wie Silber und Gold können rasch gelötet werden ohne Verwendung von
Flußmitteln.
Lötbarkeit und Haltbarkeit
Die Lötbarkeit nach Lagerung ist wichtig für viele Anwendungen. Nachdem
die Alterung die Lötbarkeit verringert, wurden Methoden entwickelt zur
Vorhersage der Lötbarkeit nach längerer Lagerung. Die MIL-STD-202
Methode 208 wurde ursprünglich entwickelt für Anschlüsse, Zentriernocken
und Bleihammer. Diese Methode wurde erweitert auf isolierte Leiter und
dahingehend verändert, um die Alterung im Dampf der beschichteten
Prüflinge mit einzuschließen. Die Alterung im Dampf wird als künstliche
Umgebung verwendet, um den natürlichen Alterungsprozeß zu stimulieren und
zu beschleunigen. Allerdings und aufgrund der kombinierten Effekte der
Variablen der verschiedenen Leiterbeschichtungen, der Legierungsbasismetalle,
der Unterschichten und Lagerungsumgebungen ist es nicht möglich, die
maximale Lagerungszeit irgendeines beschichteten Leiters genau
vorherzusagen.
Zinnbeschichtung
ASTM B 33 definiert die Parameter für verzinnte
Leiter. Verzinnte Kupferoxide bilden sich rasch bei normalen
Lagerbedingungen (50 - 100º F). Kupfer-Zinn intermetallische Verbindungen
bilden sich auch bei Zimmertemperatur, sind sehr spröde und verhindern
die Lötbarkeit. Diese beiden Phänomene tragen zur Verschlechterung der
Lötbarkeit von verzinntem Kupfer über die Zeit bei. Die Erhöhung der
Zinnschichtdicke über das in der ASTM B 33 geforderte Maß wurde als
Lösung zur erhöhten Haltbarkeit vorgeschlagen. Dies mag für massive
Leitungsdrähte akzeptabel sein, aber es ist nicht erstrebenswert für
verlitzte Leiter. Eine dickere Zinnschicht führt zu einem höheren
elektrischen Widerstand und kann zum Aneinanderkleben der Litzendrähte
führen.
Nickelbeschichtung
ASTM B 355 definiert die Parameter für vernickelte
Leiter. In der Vergangenheit wurden vernickelte Leiter selten für
Anwendungen benutzt, die gelötete Anschlüsse benötigten, allerdings
werden sie aufgrund der ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit von
Nickel immer öfter für allgemeinere Anwendungen spezifiziert. Nickel bildet
ein sehr zähes Oxid, das ein sehr aktiviertes Flußmittel zum Löten
benötigt.
Silberbeschichtung
ASTM B 298 definiert die Parameter für versilberte
Leiter. Ein Flußmittel ist gewöhnlich nicht nötig zum Löten von
versilberten Leitern. Im Gegensatz zu Zinn bildet Silber keine
intermetallische Verbindung und seine Haltbarkeit ist ausgezeichnet bei
einer standardgemäßen schwefelfreien Schutzverpackung und
Lagerbedingungen. Silber bietet die beste Lötbarkeits- und
Haltbarkeitsleistung von allen standardbeschichteten Materialien.
Das übliche bewährte Verfahren zur
Maximierung der Lötbarkeit aller beschichteten Leiter ist die Lagerung
des Leiter oder des Drahtes in angemessener Verpackung zur Minimisierung
des Lufteintritts, bevorzugterweise in einer klimakontrollierten
Umgebung.
Wenn und wo Lötbarkeit gefordert ist,
sollte der beschichtete Draht nach längerer Lagerung nochmals auf die
Lötbarkeit geprüft werden.
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