Die Erfindung betrifft eine Lotpaste und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, mit der
Weichlötungen an elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen ausgeführt werden
können, ohne ionogene Rückstände zu hinterlassen.
The invention relates to a solder paste and a method for its production, with the
Soft soldering on electrical and / or electronic components can be carried out
can without leaving ionic residues.
Zur Herstellung einwandfreier Weichlotverbindungen und zur Vermeidung von
Lötfehlern ist es erforderlich, sowohl von den Lotpulverteilchen als auch von den zu
verbindenden Oberflächen die störenden Metalloxidschichten im Laufe des
Lötprozesses zu entfernen und eine Reoxydation zu vermeiden. Dies wird in bekannter Weise
durch den Einsatz von sogenannten Aktivatoren gelöst, die die Metalloxide in
Metallverbindungen überführen. Üblicherweise werden hierzu organische Säuren oder
Basen eingesetzt. Der Nachteil dieser Arbeitsweise besteht darin, daß nach dem
Lötprozeß sowohl Reste der Aktivatoren als auch die bei der Aktivierung entstandenen
Metallverbindungen vorhanden sind. Diese ionogenen Rückstände können einmal in
Folge der Senkung des Oberflächenwiderstandes Kurzschlüsse hervorrufen und zum
anderen durch Einwirkung von Feuchtigkeit zu Korrosionserscheinungen führen.
To produce flawless soft solder connections and to avoid
Soldering defects are required, both from the solder powder particles and from the to
connecting surfaces the disruptive metal oxide layers in the course of
Remove the soldering process and avoid reoxidation. This is done in a known manner
solved by the use of so-called activators, which in the metal oxides
Transfer metal connections. Usually organic acids or
Bases used. The disadvantage of this way of working is that after
Soldering process both residues of the activators as well as those created during activation
Metal connections are present. These ionic residues can be found once in
Result of the lowering of the surface resistance cause short circuits and to
lead to corrosion by exposure to moisture.
Folgende Varianten zur Lösung des Problems sind bekannt gemacht worden:
- - Anwendung von speziellen Bindersystemen, die zur Einkapselung der ionogenen
Rückstände führen, z. B. Lotpasten auf Basis Epoxiharze (siehe M. Läntzsch:
Elektronikforum 04/1998). Nachteilig ist der aufwendige Lötprozeß und daß das
Rückständeproblem nicht grundsätzlich gelöst ist.
- - Verzicht auf den Aktivatoreinsatz durch den Einsatz extrem oxidfreier Lotpulver
und vorher gereinigter Oberflächen. Hierfür ist eine aufwendige Vorbehandlung
erforderlich; die Gefahr der Reoxydation beim Löten an Luft bleibt jedoch
bestehen.
- - Verwendung von Lotpasten mit mehreren Komponenten, die im Lötprozeß durch
ihre Wirkungen miteinander die Reinigung der verwendeten Komponenten
ermöglichen. In DE 42 17 445 wird ein aus zwei Komponenten bestehendes
Flußmittel und seine Verwendung für eine Lotpaste beschrieben, in dem u. a. auch
Ameisensäure enthalten ist. Diese und auch andere der verwendeten
Bestandteile haben jedoch auf Grund der relativ hohen Dampfdrücke die nachteilige
Eigenschaft, bereits vor dem Lötprozeß aus der Lotpaste auszudampfen und
daher ohne Wirkung im Lötprozeß zu sein.
- - Löten unter solch einer reduzierenden Atmosphäre, die die Oxide in Metalle
überführt, z. B. durch Löten in H2- oder CO-Atmosphäre. Beschrieben ist ein
derartiger komplizierter und daher kostenaufwendiger Lötprozeß in US 4919729.
- - Kombination des Einsatzes oxidarmen Lotpulvers mit flüchtigen bzw.
zersetzlichen Bindemitteln und Vornahme des Lötens unter Wechselwirkung mit einer
reduzierende Aktivatoren enthaltenen Umgebung. Ein derartiges Lötverfahren und
die dazu verwendete Lotpaste beschreibt DE 198 02 401 A1. Insbesondere die
gewollte Wechselwirkung zwischen der Lotpaste und den Verfahrensparametern
gestaltet den Lötprozeß sehr aufwendig. Ein Beispiel dieser Erfindung sieht die
Verwendung von Ameisensäure als dampfförmigen Aktivator in einem Azeotrop
vor. Für dessen Einsatz sind besondere Vorrichtungen erforderlich, wie sie z. B.
in DE 38 13 931 dargestellt ist. Die Verwendung an offener Atmosphäre ist
ausgeschlossen.
- - Anwendung von reaktiven Atmosphären, die zu flüchtigen oder leicht
zersetzlichen Endprodukten führen. Ein sogenanntes Schutzgaslötverfahren nach diesem
Prinzip ist dargestellt in DE 38 13 931. Der Nachteil dieses aufwendigen
Lötverfahrens besteht darin, daß die gesamte Baugruppe der Einwirkung der aggressiven
Säuredämpfe ausgesetzt ist. Dies führt u. a. dazu, daß die aufgebrachten
Lötstopplacke, die zur Einhaltung der Lötgeometrien benötigt werden, angegriffen
werden und es dadurch zu nicht tolerierbaren Lötfehlern kommt.
Die Anwendung des Verfahren an offener Atmosphäre ist ebenfalls
ausgeschlossen.
The following variants for solving the problem have been announced:
- - Application of special binder systems that lead to the encapsulation of the ionogenic residues, e.g. B. solder pastes based on epoxy resins (see M. Läntzsch: Electronics Forum 04/1998). The disadvantage is the complex soldering process and that the residue problem is not fundamentally solved.
- - The activator is not used due to the use of extremely oxide-free solder powder and previously cleaned surfaces. This requires extensive pretreatment; however, the risk of reoxidation when soldering in air remains.
- - Use of solder pastes with several components, the effects of which enable the cleaning of the components used in the soldering process. DE 42 17 445 describes a flux consisting of two components and its use for a solder paste, which also contains formic acid. However, due to the relatively high vapor pressures, these and also other of the components used have the disadvantageous property that they evaporate out of the solder paste before the soldering process and therefore have no effect in the soldering process.
- - Soldering under such a reducing atmosphere that converts the oxides into metals, e.g. B. by soldering in H 2 or CO atmosphere. Such a complicated and therefore costly soldering process is described in US 4919729.
- - Combination of the use of low-oxide solder powder with volatile or decomposable binders and carrying out the soldering in interaction with an environment containing reducing activators. Such a soldering process and the solder paste used for this purpose are described in DE 198 02 401 A1. In particular, the intended interaction between the solder paste and the process parameters makes the soldering process very complex. An example of this invention provides the use of formic acid as a vapor activator in an azeotrope. For its use special devices are required, such as. B. is shown in DE 38 13 931. Use in an open atmosphere is excluded.
- - Use of reactive atmospheres that lead to volatile or easily decomposable end products. A so-called protective gas soldering process according to this principle is shown in DE 38 13 931. The disadvantage of this complex soldering process is that the entire assembly is exposed to the action of the aggressive acid vapors. This leads, among other things, to the fact that the applied solder resists, which are required to maintain the soldering geometries, are attacked and this leads to intolerable soldering errors.
The use of the process in an open atmosphere is also excluded.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine Lotpaste bereitzustellen, bei der im
Flußmittel enthaltene Aktivatoren dafür sorgen, daß nach dem Lötprozeß auf den
gelöteten elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen keine ionogenen
Rückstände verbleiben.
The present invention aims to provide a solder paste in which
Activators containing flux ensure that after the soldering process on the
soldered electrical and / or electronic components no ionogenic
Residues remain.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lotpaste zur Verfügung zustellen, mit der im
Lötprozeß durch autogene Abläufe Oxidschichten sowohl vom Lotpulver als auch von
den Oberflächen der zu verbindenden Bauteile beseitigt werden können. Das soll
geschehen durch den Einsatz solcher Aktivatoren, die zum einen die störenden
Metalloxide entweder zu Metall reduzieren oder in Verbindungen überführen, die
unterhalb der Löttemperatur flüchtig oder zersetzlich sind unter Bildung nichtionogener
Rückstände und die zum anderen beim Erreichen der Löttemperatur selbst
rückstandslos flüchtig sind, wodurch überschüssige Mengen an Aktivatoren beseitigt
werden.
The object of the invention is to provide a solder paste with which
Soldering process through oxyfuel processes Oxide layers of both the solder powder and
the surfaces of the components to be connected can be eliminated. It has to be
happen through the use of such activators, on the one hand the disruptive
Metal oxides either reduce to metal or convert them into compounds that
below the soldering temperature are volatile or decomposable to form nonionic
Residues and the other when reaching the soldering temperature itself
are completely volatile, which eliminates excess amounts of activators
become.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, das aus für das Weichlöten geeigneten Lotpulvern
Lotpasten hergestellt werden, bei denen das verwendete Flußmittel feste Aktivatoren
in Form von festen chemischen Verbindungen der Ameisensäure enthält. Derartige
Verbindungen können Ammoniumformiat oder Formylhydrazin sein. Sie reduzieren
die Metalloxide oder überführen diese in zersetzliche oder flüchtige Spezies. Ihre
Überschußanteile zerfallen rückstandslos bereits unterhalb der Löttemperatur. Diese
Aktivatoren sind für alle Werkstoffe geeignet, die selbst für das Weichlöten geeignet
sind. Ihre Verwendung ermöglicht das Löten an Luft ohne Schutzgas oder
Fremdaktivierung, benötigt keine Vorbehandlung der zu verbindenden Teile und führt zu
Lötverbindungen, die frei von ionogenen Rückständen sind. Ferner sind keine speziellen
Flußmittelsysteme erforderlich. Die Flußmittel können je nach gewünschter
Verarbeitungsweise und verlangtem Anwendungszweck aus einem Gemisch von Binder,
Lösungsmitteln und Zusätzen (z. B. Thixotropiermittel) bestehen, um die
erforderlichen Eigenschaften der herzustellenden Lotpasten, wie Druckbarkeit, Naßklebekraft
und Lagerbeständigkeit zu gewährleisten. Diese Eigenschaften werden in keiner
Weise durch den Zusatz der erfindungsgemäßen Aktivatoren nachteilig beeinflußt.
Der Gehalt der erfindungsgemäßen Aktivatoren in den Flußmitteln kann in einem
weiten Bereich schwanken. Vorzugsweise wird mit Gehalten von 1-5 Ma-%
gearbeitet.
The object is achieved by using solder powders suitable for soft soldering
Solder pastes are made in which the flux used is solid activators
contains in the form of solid chemical compounds of formic acid. such
Compounds can be ammonium formate or formyl hydrazine. You reduce
the metal oxides or convert them into decomposable or volatile species. Your
Excess parts disintegrate without residue even below the soldering temperature. This
Activators are suitable for all materials, even suitable for soft soldering
are. Their use enables soldering in air without protective gas or
External activation, does not require any pretreatment of the parts to be connected and leads to
Solder connections that are free of ionic residues. Furthermore, there are no special ones
Flux systems required. The flux can vary depending on the desired
Processing method and required application from a mixture of binder,
Solvents and additives (e.g. thixotropic agents) exist to make the
required properties of the solder pastes to be produced, such as printability, wet adhesive strength
and to ensure shelf life. These properties are in none
Way adversely affected by the addition of the activators of the invention.
The content of the activators according to the invention in the flux can be in one
fluctuate wide range. Preferably with levels of 1-5% by mass
worked.
Anwendungsbeispielexample
Zur Herstellung von 120 g eines Flußmittels wurde der Binder Foral AX-E
(Handelsname der Fa. Hercules) in einem Gemisch von 2-Methyl-2,4-Pentandiol und
Triethylenglykol gelöst. Nach Zusatz von 3 g Ammoniumformiat und entsprechender
Einarbeitung wurde soviel amidmodifiziertes, hydriertes Rizinusöl-Thixotropiermittel
zugefügt, daß die Viskosität des Flußmittels nach einer Reifezeit von 14 d im Bereich
100-130 [Pas] lag (gemessen mit dem Brookfield-Viskosimeter).
For the preparation of 120 g of a flux, the binder Foral AX-E
(Trade name of Hercules) in a mixture of 2-methyl-2,4-pentanediol and
Triethylene glycol dissolved. After adding 3 g of ammonium formate and the like
So much amide-modified, hydrogenated castor oil thixotropic agent was incorporated
added that the viscosity of the flux after a ripening time of 14 d in the range
100-130 [Pas] was (measured with the Brookfield viscometer).
Zur Herstellung von 1 kg einer bleifreien Lotpaste wurden 100 g des Flußmittels
vorgelegt und ca. 900 g eines SnAg3,5-Lotpulvers (3-Korn) eingerührt. Die Viskosität
der Paste wurde im Bereich von 500-550 [Pas] eingestellt.
100 g of the flux was used to produce 1 kg of a lead-free solder paste
submitted and stirred in about 900 g of a SnAg3.5 solder powder (3-grain). The viscosity
the paste was set in the range of 500-550 [Pas].
Nach einer Standzeit von 8 d ließ sich diese Paste einwandfrei verarbeiten. Zum Test
wurden Leiterplatten bedruckt und anschließend in einem Reflow-Ofen bei 250°C
gelötet. Man erhielt einwandfreie Lötstellen. Der Test auf ionogene Rückstände
(Elutionstest gemäß MIL-P-28809) ergab Werte weit unter dem Grenzwert von
1,3 µg NaCl/cm2.
After a standing time of 8 d, this paste could be processed perfectly. For the test, printed circuit boards were printed and then soldered in a reflow oven at 250 ° C. Flawless solder joints were obtained. The test for ionic residues (elution test according to MIL-P-28809) showed values well below the limit of 1.3 µg NaCl / cm 2 .