Terminologie des Lötens

Flüssigkeiten (einschließlich Metallschmelzen) haben das Bestreben, ihre Oberfläche so weit wie möglich zu reduzieren und würden ohne den Einfluss äußerer Kräfte annähernd die Form einer Kugel annehmen. Diese Eigenschaft bezeichnet man als Oberflächenspannung. Sie beruht auf den Anziehungskräften zwischen den Molekülen der Schmelze, die sich an der Oberfläche als Spannung äußern. Die Oberflächenspannung entspricht der Arbeit, die zu verrichten ist, um die Fläche einer Schmelze bei gleichbleibender Temperatur um eine Einheit zu vergrößern und ist mit der in einer Oberflächeneinheit gespeicherten Gibbsschen freien Energie identisch. Beim Löten betrifft das Phänomen die Grenzfläche einer flüssigen und einer gasförmigen Phase (Luft), eine Oberflächenspannung tritt jedoch auch an den Phasengrenzen flüssig-flüssig, fest-flüssig und fest-fest auf, sofern die Veränderung der Oberfläche mit einer Energietransformation einhergeht. Prinzipiell ist die Oberflächenspannung ein Zusammenwirken der Anziehungskräfte der Moleküle innerhalb der jeweiligen Phasen sowie an der Phasengrenze, praktisch lässt sich jedoch nur die Oberflächenspannung der Schmelze messen. Sie wird nach S. Sugden bestimmt (S. Sugden: J. Chem. Soc., 1922, 121, 858). Die Messung der Oberflächenspannung von Lot mit dieser Methode ist z.B. bei M. A. Carroll, M.E. Warwick, I.T.R.I. Pub. Nr. 690 wie folgt beschrieben: Durch ein Rohr mit dem Radius r, das mit einer kontrollierten Tiefe h in die Metallschmelze (Lot) eingetaucht ist, werden Gasblasen (Argon) eingeleitet. Durch den Gasdruck entsteht zunächst eine kleine Gasblase mit einem relativ großen Krümmungsradius, die dann zu einer Halbkugelblase mit dem gleichen Radius wie das Rohr anwächst. Unter fortgesetztem Druck wird die Blase immer größer, bis sie sich vom Rohr löst und verpufft. Im Ergebnis ist der höchste Druck, unter dem die Blase Bestand hat, derjenige, bei dem sie den kleinsten Radius besitzt. Für diesen Maximaldruck gilt:
Pmax = 2γr+gh (ρ₁- ρ₀)
γ ist die Oberflächenspannung, ρ₁ und ρ₀ sind die jeweiligen Dichten der Schmelze und des Gases, g die Schwerebeschleunigung. Die Abbildung zeigt den auf diese Weise gemessenen Zusammenhang von Oberflächenspannung und Temperatur des Lotes. In der Regel nimmt die Oberflächenspannung mit zunehmender Temperatur ab. Sie hängt außerdem mit dem chemischen Aufbau des jeweiligen Stoffes zusammen. Die Abnahme der Oberflächenspannung bei steigender Temperatur ist auf die Veränderung der Wärmebewegung der Moleküle zurückzuführen. Beim Löten führt die Wirkung der Oberflächenspannung des erkaltenden Lotes zur Selbstausrichtung von Bauteilen auf feinen gedruckten Schaltungen. Als Beispiele für die Oberflächenspannung verschiedener Stoffe in Luft in dyn/cm seien Wasser mit 72,75 (20°C), Quecksilber mit 487 (15°C) und Ethylalkohol mit 22,3 (20°C) genannt. → Gibbssche freie Energie, Selbstausrichtungseffekt.