CH621076A5

CH621076A5 -

Info

Publication number: CH621076A5
Application number: CH123178A
Authority: CH
Inventors: Saul W Chaikin
Original assignee: Weltsch Dan A
Priority date: 1977-05-03
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1981-01-15
Also published as: US4137369A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lotabsaugdocht in Form einer aus verzinnten Kupferdrähten geflochtenen, eine Beschichtung aus einem Flussmittel aufweisenden Litze und auf ein Verfahren zur Entfernung von Lot von einer gelöteten elektrischen Verbindung.

Seit längerer Zeit gelangen zur Entfernung von Lot von gelöteten elektrischen Verbindungen geflochtene metallische Lotabsaugdochte zum Einsatz. Beispielsweise ist es für den Ersatz einer elektrischen Komponente in einer gedruckten Schaltung notwendig, für die Entfernung der Komponente das Lot zu schmelzen, das die Komponente elektrisch und mechanisch mit der gedruckten Schaltung verbindet, und das geschmolzene Lot zu entfernen. Dies erfolgt, indem die gelötete Verbindung erhitzt wird, beispielsweise mit einem Lötkolben oder einer Lötpistole, und der Tropfen des geschmolzenen Lotes mit der Spitze des geflochtenen Lotabsaugdochtes in Berührung gebracht wird. Das geschmolzene Lot fliesst dann durch Kapillarwirkung längs des Absaugdochtes von der Lötstelle weg. Zur Entfernung von Metalloxiden und anderen Verunreinigungen von der auszulötenden Lötstelle ist die metallische Litze normalerweise mit einem Flussmittel, beispielsweise auf Basis von Kolophonium, beschichtet.

Ein wirksamer, mit einem Flussmittel beschichteter Lotabsaugdocht soll zweckmässigerweise die folgenden Eigenschaften aufweisen:

1. Bei Aufpressen des Dochtes mit einem heissen Lötkolben auf die auszulötende Lötstelle soll das Lot schnell schmelzen, das Metall der Litze benetzen und in die Litze fliessen.

2. Bei Entfernung der das Lot enthaltenden Litze von der Lötstelle sollen keine Lotrückstände auf der Lötstelle zurückbleiben.

3. Etwas von dem Flussmittel aus der Flussmittelschicht fliesst auf die Lötstelle und verbleibt dort als Rückstand, der jedoch nur eine schwach bräunliche und keinesfalls eine dunklere oder gar braune Färbung aufweisen soll.

4. Der auf der Lötstelle verbleibende Rückstand soll nicht korrodierend und elektrisch nicht leitend sein.

5. Um für das Auslöten jeder neuen Lötstelle den Einsatz eines frischen, unverbrauchten Teils des Lotabsaugdochtes wirksam sicherzustellen, soll eine klare Grenzlinie zwischen verbrauchtem Lotabsaugdocht, der bereits Lot aufgesogen hat, und frischem, unverbrauchtem Lotabsaugdocht erkenntlich sein.

Ein bereits im Gebrauch stehender Lotabsaugdocht besteht aus einer mit Flussmittel auf Kolophoniumbasis beschichteten, aus Kupferdrähten geflochtenen Litze. Solange die Kupferdrähte sauber sind, erfüllt dieser Lotabsaugdocht die vorstehenden Anforderungen gut. Falls die Kupferdrähte jedoch mit Metalloxid verschmutzt sind, entweder durch ungenügende Reinigung der Kupferdrahtlitze vor der Beschichtung mit dem Flussmittel oder durch Alterung der mit dem Flussmittel beschichteten Kupferdrahtlitze, benetzt das geschmolzene Lot bei der Anwendung die Kupferdrahtlitze nur träge, da die Verschmutzung vorerst durch Einwirkung des Flussmittels chemisch entfernt werden muss. Ausserdem hinterlässt das mit Kupferoxid beladene Flussmittel einen braun gefärbten Rückstand in Form der aus der Kupferverunreinigung und dem Flussmittel auf Kolophoniumbasis gebildeten chemischen Verbindung auf der ausgelöteten Lötstelle.

Die Probleme im Zusammenhang mit der Verwendung von Kupferdrahtlitzen wurden behoben, indem die Kupferdrähte der Litze durch Eintauchen vor dem Verflechten in geschmolzenes Zinn mit einer dünnen Zinnbeschichtung versehen wurden. Eine derartige Litze aus verzinnten Kupferdrähten ist in der US-PS 3 715 797 beschrieben.

Zinn ist gegen Verschmutzung durch Alterung besser beständig als Kupfer und auch leichter durch geschmolzenes Lot benetzbar, da Zinn eine Komponente von Lot darstellt. Ausserdem ergibt die Reaktion von Zinnoxid-Verschmutzung mit Kolophonium keine Produkte, welche den Rückstand des Flussmittels auf Kolophoniumbasis anfärben. Da jedoch sowohl Zinn wie auch Lot beide silberglänzende Metalle sind, ist die Grenzlinie zwischen dem verbrauchten Teil des Lotabsaugdochtes und frischen, unverbrauchtem Lotabsaugdocht nicht so klar ersichtlich wie bei der Verwendung von Litze aus unverzinnten Kupferdrähten. In der vorstehend genannten Patenschrift wird angeregt, das Problem dieser Abgrenzung bei Verwendung einer Litze aus verzinnten Kupferdrähten durch Anfärbung oder anderweitige Farbgebung der Zinnbeschichtung zu lösen, so dass das aufgesogene Lot die Farbe deckt und der verbrauchte Teil des Lotabsaugdochtes durch Farbkontrast erkenntlich wird. In der Praxis ist dies jedoch schwer ausführbar, da alle bekannten Methoden zur Anfärbung von Metallen die Bildung eines Oberflächenfilms umfassen, der die Benetzung mit geschmolzenem Lot behindert. Aluminiumoberflächen können beispielsweise durch Anodisierung unter Bildung einer porösen, farbstoffaufnehmenden Oxidoberfläche gefärbt werden, wodurch die Oberfläche jedoch gegen Benetzung mit geschmolzenen Metallen höchst beständig wird. An der Oberfläche von Zinn bildet sich unter Einwirkung der Atmosphäre eine dünne Schicht von Zinnoxid, die jedoch, wenn sie nicht zu dick ist, keine bedeutende Behinderung der Benetzung durch geschmolzenes Lot darstellt. Diese Oxidschicht wird entweder durch chemische Reaktion mit dem Flussmittel auf Kolophoniumbasis entfernt oder zerreisst beim Schmelzen des Zinns. Zur Erzielung einer guten Benetzung durch geschmolzenes Lot ist es wesentlich, die Zinnoxidschicht zu entfernen oder zu untergehen. Es wurde bisher mit Ausnahme von goldfarbenem metallischem Gold oder kupferfarbenem metallischem Kupfer keine gefärbte Substanz gefunden, die für die Anfärbung einer Zinnoberfläche und Überdeckung der Anfärbung durch aufgesogenes, geschmolzenes Lot verwendet werden kann.

Es wurde nun gefunden, dass die Einarbeitung eines Färbemittels in die Flussmittelschicht eine klar ersichtliche Grenzlinie zwischen dem verbrauchten Teil eines Lotabsaugdochtes,

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der aufgesogenes Lot enthält, und frischem, unverbrauchtem Lotabsaugdocht ergibt.

Unter Hitzeeinwirkung wird die Färbung des in der Flussmittelschicht enthaltenen Färbemittels zerstört oder verändert, so dass sich eine klar ersichtliche Grenzlinie zwischen dem verbrauchten Teil des Lotabsaugdochtes und frischem, unverbrauchtem Lotabsaugdocht, dessen Färbung unverändert bleibt, ergibt. Durch den für die Anfärbung der Flussmittelschicht benötigten geringen Mengenanteil Färbemittel wird der Flussmittelrückstand weder korrodierend noch elektrisch leitend. Im Gegensatz zu Anfärbung der Zinnbeschichtung führt der Zusatz von Färbemittel zum Flussmittel nicht zu einer wesentlichen Veränderung der chemischen, physikalischen und metallurgischen Wechselwirkungen zwischen Zinn, Flussmittel und Lot und wirkt nicht durch einen Überdeckungsmechanismus, da das Färbemittel in bezug auf die Flussmittelschicht eine geringfügige Komponente darstellt und sich nicht auf der Oberfläche des Zinns befindet. Das Ziel, das geschmolzene Zinn mit einer Kupferdrahtlitze in Berührung zu bringen, deren Kupferdrähte verzinnt sind, besteht darin, die Benetzbarkeit zu fördern, was durch die vorliegende Erfindung erreicht wird, nach der Anregung in der vorstehend genannten US-Pa-tentschrift jedoch verlorengeht.

Als Färbemittel haben sich Farbstoffe verschiedener Farbstoffklassen einer Anzahl verschiedener Hersteller als brauchbar erwiesen. Da für die Bestimmung der Leistung eines Lotabsaugdochtes keine anerkannte Standard-Prüfmethode vorhanden ist, wurde ein Beurteilungssystem entwickelt, in welchem zwei Faktoren ermittelt werden, nämlich die Saugfähigkeit für geschmolzenes Lot und die sichtbare Färbung des auf der ausgelöteten Lötstelle verbleibenden Rückstandes. Die Beurteilung wird in Kennzahlen von 1-5 ausgedrückt, wobei die höchste Zahl für jeden Faktor die beste Saugfähigkeit bzw. den am wenigsten sichtbaren Rückstand bezeichnet.

Die Leistung wurde auf Tafeln mit gedruckten Schaltungen und aufgelöteten Komponenten, deren Anschlüsse in durchgehenden Bohrungen verlötet waren, geprüft, wobei die Entfernung des Lots von der auszulötenden Lötstelle mittels des jeweils zu prüfenden Lotabsaugdochtes durch einen erfahrenen Fachmann erfolgte.

Die Kennzahlen für die Saugfähigkeit entsprechen dem folgenden Schema:

5 = am besten: Das gesamte geschmolzene Lot benetzt den Absaugdocht und wird sehr schnell von der Tafel entfernt, wobei alle durchgehenden Bohrungen von Lot befreit werden;

4 = überdurchschnittlich: Das geschmolzene Lot benetzt den

Absaugdocht und wird annehmbar schnell von der Tafel entfernt, wobei einige der durchgehenden Bohrungen jedoch nicht vollständig von Lot befreit werden;

3 = durchschnittlich: Das geschmolzene Lot benetzt den Ab saugdocht langsam, wird langsam entfernt, und die meisten durchgehenden Bohrungen werden nicht von Lot befreit;

2 = unterdurchschnittlich: Das geschmolzene Lot wird kaum entfernt und die durchgehenden Bohrungen werden nicht von Lot befreit;

1 = schlecht: Das Lot wird selbst im geschmolzenen Zustand weder von der Tafel noch aus den durchgehenden Bohrungen entfernt.

Die Kennzahlen für den sichtbaren Rückstand auf der Tafel im bearbeiteten Bereich entsprechen dem folgenden Schema:

5 = am besten: kaum oder höchstens sehr schwach sichtbarer

Fleck;

4 = überdurchschnittlich: schwach bräunlicher Fleck;

3 = durchschnittlich: hellbrauner oder schwach gefärbter

Fleck;

2 = unterdurchschnittlich: brauner oder mittel gefärbter Fleck;

1 = schlecht: dunkelbrauner oder dunkel gefärbter Fleck.

Vom Hersteller gelieferte, geflochtene Drahtlitzen sind s üblicherweise mit Öl aus dem Flechtvorgang und verschiedenen Verunreinigungen verschmutzt. Reinigung vor der Beschichtung mit dem Flussmittel verhalf zur Erzielung der besten Leistung und zur Förderung einer gleichmässigen Beschichtung der Litze mit einer Lösung des Flussmittels, wobei io jedes auf die Entfernung der genannten Verunreinigungen gerichtete Reinigungsverfahren wirksam war. Es gelangte eine 0,5gewichtsprozentige wässrige Lösung des handelsüblichen Haushaltwaschmittels «Tide», sowohl mit wie auch ohne gleichzeitige Einwirkung von Ultraschall auf die Waschflotte, zum 15 Einsatz. Eintauchen in verschiedene organische Lösungsmittel, wie Methylen-dichlorid, Trichloräthylen, Toluol, mit oder ohne Einwirkung von Ultraschall, erwies sich auch als wirksam.

Nach der Reinigungsbehandlung wurde die Litze in eine einen Farbstoff enthaltende Lösung eines Flussmittels auf Ba-20 sis von Kolophonium in einem organischen Lösungsmittel getaucht, dann aus der Flussmittellösung entfernt, abtropfen gelassen und schlussendlich zur Entfernung des Lösungsmittels in Luft oder Wärme getrocknet. Nach dem Trocknen zeigte die mit dem Flussmittel beschichtete Litze leuchtende Färbung, 25 war leicht handhabbar und nicht übermässig klebrig.

Aus praktischen Überlegungen wurde das verwendete Flussmittel auf ein solches auf Basis von Kolophonium eingeschränkt, das in Form eines wasserhellen, in einem verträglichen Lösungsmittelgemisch gelösten Kolophoniums im Handel 30 erhältlich ist. Derartige Flussmittellösungen auf Basis von Kolophonium werden von einer Anzahl verschiedener Hersteller angeboten und unterscheiden sich hauptsächlich in bezug auf die Anwesenheit und Art eines Aktivators zur Anregung der Flussmittelwirkung. Im vorliegenden Fall wurden Flussmittel-35 Zubereitungen der Kester Solder Company in Chicago verwendet, nämlich aktiviertes Kolophonium-Flussmittel Nr. 197 und nichtaktiviertes Kolophonium-Flussmittel Nr. 135.

Als Färbemittel wurden Farbstoffe der DuPont Corporation, Allied Chemical Company and BASF Wyandotte Corpo-40 ration geprüft. Diese stellten den vollen Bereich von erhältlichen Farben dar und waren von verschiedenen Farbstoffklassen. Es ist wichtig, dass der Farbstoff im Lösungsmittel des Flussmittels genügend löslich ist, um eine genügend intensive, gleichmässige Färbung der Flussmittelschicht des Lotabsaug-45 dochtes zu gewährleisten.

Für die Prüfung von verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemässen Lotabsaugdochtes wurde aus verzinnten Kupferdrähten geflochtene Litze vor der Beschichtung durch Eintauchen während 30 s in eine 0,5gewichtsprozentige wäss-50 rige Lösung von «Tide», anschliessendes Spülen während 1 min in Wasser und danach während 30 s in Methanol unter gleichzeitiger Einwirkung von Ultraschall auf alle drei Behandlungsflotten gereinigt.

Abschnitte der so vorgereinigten Litze wurden dann in eine 55 Flussmittellösung der nachstehenden Zusammensetzung getaucht:

g

60 .

Kolophonium-Flussmittel Nr. 197 von Kester 25,0

Methanol 23,2

Farbstoff bzw. Farbstoffgemisch 0,84

«Tergitol» NP 0,02

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Normalerweise wurde der Fabrstoff bzw. das Farbstoffgemisch zuerst im Gemisch von Methanol und dem Oberflächen

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aktiven Mittel «Tergitol» gelöst und die erhaltene Farbstofflösung dann mit der flüssigen Flussmittelzubereitung vermischt.

In Tabelle I sind die verwendeten Farbstoffe und die mit den damit hergestellten Ausführungsformen des Lotabsaugdochtes erzielten Prüfresultate nach dem vorstehend erläuterten Beurteilungsschema angeführt.

Tabelle I

Farbstoff bzw. Farbstoffgemisch

Prüfresultate

Saug- sichtbarer fähigkeit Rückstand

«Iosol» gelb, Allied Chemical* 5 V4 Echtrot B + 3/4 Echtorange

GS gewichtsmässig, duPont 5

Echtblau ARN, duPont 5

Echtblau MBSN, duPont 5

Kristallviolett FN, BASF 5

«Neozapon» Feuerrot BL, BASF 5

* ohne «Tergitol» NP

1 4 4 1 1

Falls ein Indikator für Flussmittelrückstand erwünscht ist, sind Farbstoffe, die eine schlechte Beurteilungsnote des sichtbaren Rückstandes ergeben, sogar ein ausgesprochener Vorteil.

Um zu ermitteln, ob Zerstörung oder Veränderung der s Färbung durch Hitzeeinwirkung erfolgt, beispielsweise Entfärbung durch Erhitzung, oder auf eine andere Einwirkung zurückzuführen ist, wurden Lösungen in Kolophonium-Flussmittel Nr. 135 von Kester, enthaltend 2,3 Gewichtsprozent von verschiedenen zu prüfenden Farbstoffen, hergestellt. Von je-io der dieser gefärbten flüssigen Flussmittelzubereitungen wurde ein Tropfen auf einem Mikroskop-Glasträger aufgebracht und luftgetrocknet. Zur Nachahmung der Hitzeeinwirkung beim Auslöten wurden die Glasträger in einem Ofen während 2 min bei 260° C hitzebehandelt und danach die Färbung des Trop-is fens mit derjenigen auf einem gleichen, jedoch nicht hitzebehandelten Glasträger verglichen. Die verwendeten Farbstoffe und die erhaltenen Vergleichsresultate sind in Tabelle II zu-sammengefasst.

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Tabelle II

Farbstoff

Färbung, vor und nach der

Hitzebehandlung vor nach

Aus Tabelle I ist ersichtlich, dass die Saugfähigkeit des Lotabsaugdochtes mit den verschiedenen Farbstoffen einheitlich die beste Beurteilungsnote ergibt, die Beurteilung des auf der ausgelöteten Lötstelle verbleibenden sichtbaren Rückstandes jedoch in weitem Bereich zwischen der Note 4 = überdurchschnittlich und der Note 1 = schlecht schwankt.

Alle geprüften Farbstoffe funktionierten befriedigend im Sinne der Erfindung, d. h. sie ergeben eine klar erkenntliche Grenzlinie zwischen dem verbrauchten Teil des Lotabsaugdochtes, der geschmolzenes Lot aufgesogen hatte, und dem frischen, unverbrauchten Lotabsaugdocht. Für Anwendungsbereiche, in denen die Färbung des Rückstandes bedeutungslos ist, oder wenn bekannt ist, dass der Rückstand ohnehin entfernt wird, sind auch die Ausführungsformen mit den schlechten Beurteilungsnoten des sichtbaren Rückstandes befriedigend.

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Flussmittel ohne Farbstoff- farblos zusatz

Echtrot B, duPont purpur

Echtorange GS, duPont gelborange

30 Echtblau ARN, duPont dunkelblau

Echtblau MBSN, duPont türkis

«Iosol »-Rot, Allied Chemical rot schwach hellgelb rötlichbraun gelborange schwach hellgrün hellgrün dunkelrot

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Alle die in Tabelle II angeführten Farbstoffe ergeben eine erkenntliche Grenzlinie zwischen dem verbrauchten Teil des Lotabsaugdochtes, der geschmolzenes Lot aufgesogen hat, und frischem, unverbrauchtem Lotabsaugdocht, wobei durch die 40 Hitzeeinwirkung einige der Färbungen dunkler, einige heller, einige verändert werden und einige unverändert bleiben.

Claims

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1. Lotabsaugdocht in Form einer aus verzinnten Kupferdrähten geflochtenen, eine Beschichtung aus einem Flussmittel aufweisenden Litze, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussmittelschicht ein Färbemittel enthält.

2. Lotabsaugdocht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Färbemittel ein Farbstoff ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Lotabsaugdocht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbstoff bei der Temperatur von geschmolzenem Lot thermisch unstabil ist.

4. Lotabsaugdocht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussmittelschicht auf Basis von Kolophonium aufgebaut ist.

5. Lotabsaugdocht nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussmittelschicht ausserdem ein oberflächenaktives Mittel enthält.

6. Verfahren zur Entfernung von Lot von einer gelöteten elektrischen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, dass man das Lot der Lötstelle schmilzt und dann mit einer aus verzinnten Kupferdrähten geflochtenen und mit einem ein Färbemittel enthaltenden Flussmittel überzogenen Kupferlitze in Berührung bringt, wobei das geschmolzene Lot der Lötstelle von der Kupferlitze aufgesogen wird, längs der Kupferlitze fliesst und im ganzen Fliessbereich die Färbung des in der Flussmittelschicht enthaltenen Färbemittels zerstört oder verändert, so dass der verbrauchte Teil des Absaugdochtes klar erkenntlich ist.