DE102009053666B4

DE102009053666B4 - Lötverfahren und Verbundbauteile, die mittels dieses Verfahrens verbunden sind

Info

Publication number: DE102009053666B4
Application number: DE102009053666.3A
Authority: DE
Inventors: Arata Tatsumi
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2029-11-18
Also published as: DE102009053666A1; JP5349918B2; JP2010120034A

Abstract

Lötverfahren, bei dem: an den jeweiligen Oberflächen von Bauteilen aus einer dispersionsverstärkten Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder aus sauerstofffreiem Kupfer eine Kupferplattierungsschicht durch Plattieren gebildet wird, auf dieser Kupferplattierungsschicht eine zweite Plattierungsschicht aus einem zweiten Metall durch Plattieren gebildet wird, und die Bauteile, auf denen die Kupferplattierungsschicht und die zweite Plattierungsschicht gebildet wurden, aneinander angelegt, und durch Wärmebehandlung miteinander verbunden werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bestrifft Verfahren zum Verbinden von Metallen, insbesondere zum Verbinden einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung o. ä. mittels Lötverfahrens, sowie Verbundbauteile, die mittels dieses Verbindungsverfahrens verbunden werden.
Technischer Hintergrund
Es gibt Bauteile (z. B. Rotoren), die dadurch gebildet werden, dass eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen aufweisende magnetische Siliziumstahlbleche (zweite Komponente) mittels Durchgangsstäben (erste Komponente), die in die Durchgangsbohrungen gesteckt werden, geschichtet werden, und an beiden Enden Endringe (dritte Komponente) als Anschläge angeordnet werden, und die Endringe mit den genannten Durchgangsstäben durch Löten verbunden werden (in dieser Beschreibung im folgenden einfach „gelötet werden” genannt). Ein solches Bauteil ist beispielhaft in 7 gezeigt. 7 zeigt ein Bauteil, bei welchem eine Vielzahl von geschichteten Siliziumstahlblechen mittels Durchgangsstäben geschichtet wurden, und an dessen Enden Endringe platziert und verbunden wurden.
Beim Ausbilden eines Bauteils, wie in 7 gezeigt, wird der Werkstoff entsprechend dem Verwendungszweck gewählt, aber bei allgemeinen Bearbeitungen werden für die Endringe 203 und die Durchgangsstäbe 202, aus Kostengründen, und wegen der leichten Verarbeitbarkeit häufig Aluminiumgussstücke verwendet, die mittels Gussformen einstückig gefertigt werden. Aber wird ein solches Bauteil 200 für Hochgeschwindigkeitsumdrehungen von 20.000 bis 30.000 min^–1 verwendet, so kann sich das Aluminiumgussstück wegen Mangel an Festigkeit verformen. Daher wird, wenn dieses Bauteil für solche Hochgeschwindigkeitsumdrehungen verwendet wird, als Material für den Endring 203 und den Durchgangsstab 202 ein anderer, hochfester Werkstoff als Aluminium benötigt. Zudem gibt es Fälle, in denen ein niedriger elektrischer Widerstand für das Bauteil 200 erforderlich ist.
Wenn das Bauteil für Hochgeschwindigkeitsumdrehungen, wie oben beschrieben, eingesetzt wird, und dabei ein niedriger elektrischer Widerstand benötigt wird, so kommen als Werkstoffe für den Endring 203 und den Durchgangsstab 202 sauerstofffreies Kupfer und dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder mit darin dispergiertem zweitem Element (in dieser Beschreibung wird dispersionsgehärtetes bzw. dispersionsverstärktes Kupfer mit darin dispergierten Keramikteilchen bzw. partikeln oder darin dispergiertem zweitem Element im folgenden auch als ”dispersionsverstärktes Kupfer” bezeichnet) in Betracht, für welche aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierungen (”oxide dispersion strengthened copper alloy”, im folgenden auch als ”ODS-Kupferlegierungen” bezeichnet) ein typisches Beispiel sind. Aber, welchen von diesen Werkstoffen man auch immer verwenden mag, ist es schwierig, mit diesen Werkstoffen zum Beispiel den Endring 203 durch Gießverfahren zu fertigen. Daher, um Bauteile aus diesen Werkstoffen zu fertigen, wird es notwendig, an den beiden Enden der geschichteten Siliziumstahlbleche die aus Blechen aus diesen Werkstoffen gefertigten Endringe 203 mittels Lots zu schichten, und sowohl die Endringe 203 aneinander und als auch die Endringe 203 und die Durchgangsstäbe 202 miteinander zu verlöten.
Jedoch, wenn man als Werkstoff für den Endring 203 sauerstofffreies Kupfer verwendet, so wird das sauerstofffreie Kupfer durch das Löten im Ofen erweicht, so dass die gewünschte Festigkeit nicht gewährleistet werden kann. Andererseits, wird als Werkstoff für den Endring 203 eine aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierung verwendet, so tritt keine Erweichung durch das Löten im Ofen auf. Beim Löten von Blechen aus einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung kann die Löttemperatur auf max. 830°C begrenzt werden, um den Magnetismus der geschichteten Siliziumstahlbleche 201 aufrechtzuerhalten. Zu den Loten, die diese Bedingung erfüllen, gehört Silberlot (ein Hartlot, welches im Wesentlichen aus Silber, Kupfer und Zink besteht; auch sogenanntes Aktivsilberlot gehört zu dieser Lotsorte. Diese Lotsorte wird im Folgenden als Ag-Lot bezeichnet). Aber beim Löten von aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierungen mittels Ag-Lots besteht das Problem, dass Silber im Lot zur Erosion (Lösen von Grundmetallen in die Lotschmelze und Diffusion der Lotbestandteile auf den Grundwerkstoff) führt, und die Verbindungsstellen sich verformen, was zu mangelhaften Lötergebnissen führen würde. 8 zeigt ein Beispiel von solchen Verformungen der Verbindungsstellen des in 7 gezeigten Bauteils 8(A) zeigt ein Beispiel von Verformungen der Verbindungsstellen infolge von Erosion, und die 8(B) zeigt die Verbindungsstellen im normalen Zustand. Solche mangelhafte Verbindungsstellen können zur Beschädigung des Bauteils führen.
Daher wurde, um beim Löten mittels Ag-Lots zu vermeiden dass Silber in die aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierung diffundiert und zu Erosion führt, vorgeschlagen, wie in der Patentschrift 1 ( JP2003-45264A ) offenbart, die Verbindungsflächen mit Nickel zu beschichten, und diese Nickelschicht als Barriereschicht zu nutzen, um Diffusion des Silbers in das Innere der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung zu verhindern.
Dies wird anhand von Zeichnungen näher beschrieben. 9 zeigt ein Beispiel des Lötens mit Ag-Lot durch herkömmliches Lötverfahren, wobei eine aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierung als Werkstoff für den Endring des in 7 gezeigten Bauteils verwendet wird. 9(A) ist eine skizzenhafte Darstellung des Lötverfahrens, 9(B) ist ein skizzenhafter Querschnitt, der den Zustand des in 7 gezeigten Bauteils vor dem Löten wiedergibt, und 9(C) zeigt einen modellhaften Querschnitt, der beispielhaft die Erosion zeigt, die beim Löten auftritt. 10 zeigt ein Beispiel des Lötens mit Ag-Lot gemäß dem in der Patentschrift 1 ( JP2003-45264A ) gezeigten Lötverfahren 10(A) ist eine skizzenhafte Darstellung des Lötverfahrens, 10(B) ist ein skizzenhafter Querschnitt, der das in 7 gezeigten Bauteil im Zustand vor dem Löten zeigt, und 10(C) ist ein skizzenhafter Querschnitt, der den ordnungsgemäß gelöteten Zustand zeigt. In den 9 und 10 ist die Stelle, die dem in 7 mit gebrochenen Linien markierten Bereich Alpha entspricht, vergrößert dargestellt, um den durch Löten realisierten Verbindungszustand zu verdeutlichen. Ferner, in der skizzenhaften Darstellung des Lötverfahrens ist die Plattierungsschicht an den anderen Flächen als der Verbindungsfläche, der leichten Verständlichkeit halber, nicht gezeigt. Im Übrigen gibt es hier mehrere Endringe statt eines einzigen Endrings, da der Endring aus einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung ist. Aber aus den nachfolgend angegebenen Gründen bleibt die Funktion des Endrings dieselbe.
Wenn man beim Fertigen des in 7 gezeigten Bauteils 200 eine aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierung als Werkstoff für die Endringe 203 und sauerstofffreies Kupfer als Werkstoff für die Durchgangsstäbe 202 verwendet, und diese beiden Bauteile mittels Ag-Lots verbindet, so wird die Verbindungsfläche wie in 9(A) aussehen. Beim tatsächlichen Bauteil werden, wie in 9(B) gezeigt, zwischen den aus der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung bestehenden Endringen 303 und zwischen den Endringen 303 und den aus sauerstofffreiem Kupfer bestehenden Durchgangsstäben 302 Ag-Lot 305 angeordnet, und das Löten erfolgt im Ofen mit einer Temperatur von max. 830°C. Erfolgt das Löten einwandfrei, so wird der Zwischenraum zwischen den einzelnen Endringen 303 sowie zwischen den Endringen 303 und den Durchgangstäben 302 vollständig mit Ag-Lot 305 gefüllt, und nach Abkühlung dieser Füllung bilden sich die Ag-Lötstellen 305a. Aber, wie oben beschrieben, kann das im Ag-Lot 305 enthaltene Silber zur Erosion führen, und in die Endringe 303 diffundieren, und, wie in 9(C) gezeigt, die Endringe 303 verformen; infolgedessen entstehen Lücken zwischen den einzelnen Endringen 303 sowie zwischen den Endringen 303 und den Durchgangstaben 302, die zu Verbindungsfehlern der Ag-Lötstellen 305a führen.
Im Verfahren gemäß Patentschrift 1 ( JP2003-45264A ) wird die Oberfläche der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung 303, wie in 10(A) gezeigt, mit Nickelplattierung beschichtet, so dass auf der Oberfläche eine Nickelschicht 306 gebildet wird. Das so behandelte Material wird dann mittels Ag-Lots gelötet. Beim tatsächlichen Bauteil zeigt der Werkstoff vor dem Löten den Zustand wie in 10(B). Dann erfolgt die Verbindung unter Bildung der Ag-Lötstellen 305a wie in 10(C). Die Nickelschicht 306 übernimmt die Rolle einer Erosionsschutzschicht, die die Diffusion des Silbers in die aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierung verhindert, und damit lässt sich das Entstehen von Verbindungsfehlern unterdrücken. Das Ag-Lot wird nicht direkt auf die Verbindungsflächen aufgetragen. Zuerst wird eine Folie bzw. Schicht aus Ag-Lot hergestellt, und die Ag-Lot-Folie wird auf der mit Nickel beschichteten aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung 303 angeordnet, und danach erfolgt das Löten.
Aber, im Verfahren gemäß Patentschrift 1 ( JP2003-45264A ) ist es schwierig, die Schichtdicke der Nickelplattierung zu regulieren. Z. B., wenn die Oberfläche des Endrings 303 mit Nickelplattierung beschichtet wird, so beeinflusst die Schichtdicke der Nickelschicht 306 unmittelbar die Höhe des geformten Bauteils. Daher soll die Schichtdicke der Nickelschicht 306 möglichst dünn sein, soweit die Erosionsschutzwirkung gewährleistet werden kann. Jedoch ist es schwierig, eine dünne Schichtdicke der Nickelschicht 306 zu realisieren, und wenn z. B. die Schichtdicke weniger als 10 μm beträgt, so kann die Nickelschicht 306 zerreißen. Im Verfahren gemäß Patentschrift 1 ( JP2003-45264A ) werden Ag-Lotfolien verwendet. Falls das Bauteil Durchgangsbohrungen 304 oder vertiefte Stellen aufweist, kann es schwierig sein, an den Seitenwänden 304a der Durchgangsbohrungen oder in den Vertiefungen die Ag-Lotfolien 305 zu legen. Es ist zwar leicht, Ag-Lotfolien 305 zwischen die Endringe 303 zu legen, aber, wenn der Durchmesser der Durchgangsbohrungen 304 klein ist, so ist es nicht leicht, Ag-Lotfolien 305 an die Seitenwände 304a der Durchgangsbohrungen anzulegen, und die Arbeit kann viel Zeit in Anspruch nehmen. Aus den genannten Gründen besteht Bedarf für ein Lötverfahren, mit dem man Bauteile, die aus sauerstofffreiem Kupfer oder aus einer dispersionsverstärkten Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element, für die aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierungen ein typisches Beispiel sind, bei Unterdrückung der Erosion einfach löten kann.
Patentschrift 1: JP2003-45264A
In der DE 16 27 611 C wird ein Verfahren zum flußmittelfreien Verlöten von Werkstücken aus einer Zink enthaltenden Kupferlegierung offenbart.
Die GB 540 961 A offenbart ein Verfahren zum Hartlöten von Werkstücken aus Kupfer oder Kupferlegierungen, welches ein Beschichten der Werkstücke mit einer dünnen Silberschicht, ein Inkontaktbringen der Werkstücke und ein Erhitzen der Baugruppe über 780°C umfasst.
Die DE 10 89 077 A befasst sich mit einem Verfahren zur Abdichtung von kupfernen Vakuumgefäßen für Elektronenröhren.
In der WO 2003/097 287 A1 wird ein Verfahren zum Zusammenfügen eines Fügeteils mit einem gegenstück mit einer Silber- und Kupferanteile enthaltenden Legierung vorgestellt.
Die JP 555-120 475 A schlägt ein Verfahren zum Hartlöten von Kupfer vor, bei welchem zumindest die zu verlötenden Bereiche des Kupfermaterials elektrolytisch poliert werden.
In der JP 2002-335 659 A wird ein Käfigläufer zusammen mit einem diesbezüglichen Herstellungsverfahren offenbart. Der Käfigläufer umfasst einen Endring und einen Rundstabläufer, ist für Hochgeschwindigkeitsbetrieb ausgelegt und verhindert die Ermüdung einer Lötstelle zwischen dem Rundstabläufer und dem Endring.
Die JP 2004-276 072 A offenbart einen Metallverbund, bei welchem eine Änderung einer Zusammensetzung einer Kupfer-Zink-Legierung wie etwa Messing zum Lötzeitpunkt unterdrückt wird.
In der JP H09-112 471A wird ein luftdichter und vibrationsmindernder Rotationsverdichter vorgestellt.
Die JP H 11-17 321 A offenbart eine Leiterplatte, deren Lötstellen aufgrund einer dünnen Beschichtung aus Gold oder einer Goldlegierung bei bleifreiem Lot und für kupferbasierte Fügepartner eine hohe Benetzbarkeit aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Aufgabe
Die vorliegende Erfindung bietet ein Lötverfahren zum Löten einer dispersionsverstärkten Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder mit darin dispergiertem zweitem Element, für welche aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierungen ein typisches Beispiel sind, oder sauerstofffreiem Kupfer bei Unterdrückung von Erosion auf einfache Weise; die Erfindung bietet ferner Bauteile, die mit diesem Lötverfahren verbunden sind.
Mittel zur Lösung der Aufgaben
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Lötverfahren bereitgestellt, bei welchem an den jeweiligen Oberflächen von Bauteilen aus einer dispersionsverstärkten Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder aus sauerstofffreiem Kupfer eine Kupferplattierungsschicht durch Plattieren bzw. Metallisieren gebildet wird, auf dieser Kupferplattierungsschicht eine zweite Plattierungsschicht aus einem zweiten Metall durch Plattieren gebildet wird, und die Bauteile, auf denen die Kupferplattierungsschicht und die zweite Plattierungsschicht gebildet wurden, (insbesondere flächig) aneinander angelegt, und durch Wärmebehandlung miteinander verbunden werden.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Lötverfahren bereitgestellt, bei welchem an den jeweiligen Oberflächen von Bauteilen aus einer dispersionsverstärkten Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder aus sauerstofffreiem Kupfer eine Kupferplattierungsschicht durch Plattieren gebildet wird, auf dieser Kupferplattierungsschicht eine zweite Plattierungsschicht aus einem zweiten Metall durch Plattieren gebildet wird, und die Bauteile, auf denen die Kupferplattierungsschicht und die zweite Plattierungsschicht gebildet wurden, mit dazwischen angeordnetem Silberlot aneinander angelegt, und durch Wärmebehandlung miteinander verbunden werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Bauteil bereitgestellt, welches Folgendes aufweist:
mehrere erste, säulenförmige Komponenten aus sauerstofffreiem Kupfer,
mehrere zweite, ringförmige Komponenten mit ersten Durchgangbohrungen, die jeweils den einzelnen ersten Komponenten zugeordnet sind, und
mehrere dritte, ringförmige Komponenten aus einer dispersionsverstärkten Kupferlegierung, in dem Keramikteilchen oder ein zweites Element dispergiert sind, welche zweite Durchgangsbohrungen aufweisen, die jeweils den ersten Komponenten zugeordnet sind,
wobei an den Oberflächen der ersten Komponenten und der dritten Komponenten jeweils eine Kupferschicht gebildet ist, und an der Oberfläche der Kupferschicht eine zweite Plattierungsschicht aus einem zweiten Metall gebildet ist,
wobei die zweiten Komponenten geschichtet sind und in den ersten Durchgangsbohrungen der zweiten Komponenten die ersten Komponenten gesteckt sind, auf deren Oberfläche die Kupferschicht und die zweite Plattierungsschicht gebildet sind, und
an den beiden Enden der geschichteten zweiten Komponenten mindestens eine der mit der Kupferschicht und der zweiten Plattierungsschicht versehenen dritten Komponenten angeordnet ist, in deren zweite Durchgangsbohrungen die ersten Komponenten gesteckt sind, wobei die Seitenwände der einzelnen, zweiten Durchgangsbohrungen der dritten Komponenten mit den ersten Komponenten durch Wärmebehandlung verbunden sind.
Die oben genannten Keramikteilchen oder das zweite Element kann Al₂O₃, SiC, AIN, Si₃N₄, C, TiO₂, W oder Mo sein.
Das oben genannte zweite Metall kann Silber sein.
Das oben genannte zweite Metall kann Nickel oder Gold sein.
Die Schichtdicke der oben genannten Kupferplattierungsschicht kann 5 μm oder darüber sein.
Die Schichtdicke der oben genannten zweiten Plattierungsschicht kann 5 μm oder darüber sein.
Die Schichtdicke der oben genannten zweiten Plattierungsschicht darf 1 μm oder darüber betragen.
Das obengenannte Plattieren darf Elektroplattieren sein.
Die Temperatur der oben genannten Wärme darf bis zu 830°C betragen.
Das oben genannte Silberlot darf BAg-8-Silberlot sein.
Das oben genannte Silberlot darf eine blattförmig geformte Folie sein.
Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Lötverfahren bereit zum Löten einer dispersionsverstärkten Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder mit darin dispergiertem zweitem Element, für welche aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierungen ein typisches Beispiel sind, oder sauerstofffreiem Kupfer bei Unterdrückung von Erosion auf einfache Weise; die Erfindung bietet ferner Bauteile, die mit diesem Lötverfahren verbunden sind.
Kurze Erläuterung der Zeichnungen
1 zeigt skizzenhafte Querschnitte, die das Lötverfahren für eine dispersionsverstärkte Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 1(A) zeigt den Zustand vor dem Löten, und 1(B) zeigt den Zustand nach dem Löten.
2 ist der Querschnitt eines Bauteils 100, welches im Lötverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gefertigt wurde.
3 ist eine vergrößerte modellhafte Darstellung des Bereichs a des in 2 gezeigten Bauteils 100. 3(A) zeigt den Zustand vor dem Löten, und 3(B) zeigt den Zustand nach dem Löten.
4 zeigt die Effekte des Lötverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4(A) ist ein Elektronenmikroskopbild des Querschnitts der Verbindungsstelle von Bauteilen, die in diesem Lötverfahren verbunden wurden. 4(B) und (C) zeigen Verteilungen von Silber (Ag) und Nickel (Ni) in den entsprechenden Querschnitten.
5 ist eine skizzenhafte Querschnitt-Darstellung, die das Lötverfahren für eine dispersionsverstärkte Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 5(A) zeigt den Zustand vor dem Löten, und 5(B) zeigt den Zustand nach dem Löten
6 zeigt die Effekte des Lötverfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6(A1) und (B1) zeigen ein Elektronenmikroskopbild des Querschnitts der im vorliegenden Lötverfahren verbundenen Stelle bzw. den entsprechenden Verteilungszustand von Silber, und 6(B1) und (B2) zeigen ein Elektronenmikroskopbild des Querschnitts der im herkömmlichen Lötverfahren verbundenen Stelle bzw. den entsprechenden Verteilungszustand von Silber zum Vergleich.
7 zeigt ein Bauteil, bei welchem eine Vielzahl von geschichteten Siliziumstahlblechen mittels Durchgangsstäben geschichtet wurden, und an deren beiden Enden Endringe platziert und verbunden wurden.
8 zeigt ein Beispiel von solchen Verformungen der Verbindungsstellen des in 7 gezeigten Bauteils: 8(A) zeigt ein Beispiel von Verformungen der Verbindungsstellen infolge von Erosion, und die 8(B) zeigt die Verbindungsstellen im normalen Zustand.
9 zeigt ein Beispiel des Lötens mit Ag-Lot durch herkömmliches Lötverfahren, wobei eine aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierung als Werkstoff für den Endring des in 7 gezeigten Bauteils verwendet wird. 9(A) ist eine skizzenhafte Darstellung des Lötverfahrens, 9(B) ist ein skizzenhafter Querschnitt, der den Zustand des in 7 gezeigten Bauteils vor dem Löten wiedergibt, und 9(C) zeigt einen modellhaften Querschnitt, der beispielhaft die Erosion, die beim Löten auftritt, darstellt.
10 zeigt ein Beispiel des Lötens mit Ag-Lot gemäß dem in der Patentschrift 1 ( JP2003-45264A ) gezeigten Lötverfahren. 10(A) ist eine skizzenhafte Darstellung des Lötverfahrens, 10(B) ist ein skizzenhafter Querschnitt, der das in 7 gezeigten Bauteil im Zustand vor dem Löten zeigt, und 10(C) ist ein skizzenhafter Querschnitt, der den ordnungsgemäß gelöteten Zustand zeigt.
11 zeigt Elektronenmikroskopaufnahmen von Verbindungsflächen, die die Wirkungen der Erosionsschutzschicht aus Nickel zeigen. 11(A) zeigt ein Elektronenmikroskopbild der Verbindungsfläche beim Löten zweier Bauteile aus ODS-Kupferlegierung, die jeweils mit einer Nickelschicht von einer Schichtdicke von 10 μm bzw. 30 μm versehen sind, und 11(B) zeigt ebenfalls ein Elektronenmikroskopbild der Verbindungsfläche beim Löten zweier Bauteile aus ODS-Kupferlegierung, die jeweils mit einer Nickelschicht von einer Schichtdicke von 20 μm bzw. 30 μm versehen sind.
12 zeigt Verteilungen von Silber (Ag), Kupfer (Cu) und Nickel (Ni) in den in 11(A) und (B) gezeigten Querschnitten.
13 zeigt das Ergebnis des Versuchs, bei dem Bauteile aus einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung mit Kupferplattierung beschichtet wurden, um Erosion zu unterdrücken, und mittels Ag-Lots gelötet wurden. 13(A) ist ein skizzenhafter Querschnitt, der das Lötverfahren zeigt, und 13(B) ist ein Elektronenmikroskopbild des Querschnitts der Verbindungsstelle nach erfolgtem Löten.
14 zeigt das Ergebnis eines Versuchs und die Verteilungen von Silber und Kupfer beim Löten im herkömmlichen Lötverfahren. 14(A) ist ein Elektronenmikroskopbild, das den in 13 gezeigten Querschnitt der Verbindungsstelle in einer größeren Vergrößerung zeigt, und 14(B) zeigt ein Elektronenmikroskopbild des Querschnitts der Verbindungsstelle, die im herkömmlichen Lötverfahren gelötet wurde.
15 zeigt das Prüfungsverfahren für das Benetzungsverhalten des Ag-Lots an der Kupfer- und Nickelschicht und das Ergebnis der Prüfung 15(A) ist eine modellhafte Darstellung des Prüfungsverfahrens, und 15(B) und (C) sind jeweils Fotos, die die Benetzungssituation des Ag-Lots an der Kupferschicht bzw. der Nickelschicht zeigen.
Ausführungsbeispiele
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Lötverfahren für dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder mit darin dispergiertem zweitem Element, oder sauerstofffreiem Kupfer, sowie Herstellungsverfahren von Verbundbauteilen mittels dieses Lötverfahrens gemäß Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen. Bei einzelnen Ausführungsformen werden für dieselben Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet, und diese Bezugszeichen werden nicht immer erklärt. In den skizzenhaften Darstellungen zur Erklärung des Lötverfahrens werden nur die Plattierungsschichten auf der Seite der Verbindungsflächen gezeigt, und Plattierungsschichten auf anderen Flächen werden weggelassen.
Hergang der Erfindung
Wie oben beschrieben, kann beim Löten von ODS-Kupferlegierung mit Ag-Lot Erosion auftreten. Tritt Erosion auf, so kann dies nicht nur zu Verbindungsfehlern führen, sondern auch zur Reduzierung der Festigkeit der Verbindungsstellen und damit zu Beschädigung des Bauteils führen. Daher wurde ein Lötverfahren für ODS-Kupferlegierungen vorgeschlagen, bei dem, wie in der Patentschrift 1 ( JP2003-45264A ) gezeigt, eine Erosionsschutzschicht aus einer Nickelschicht vorgesehen wird. Aber bei diesem Verfahren ist es, wie oben ausgeführt, schwierig, die Schichtdicke der Nickelschicht zu regulieren. Im Folgenden wird diese Tatsache anhand der 11 und 12 erklärt. 11 zeigt Elektronenmikroskopaufnahmen von Verbindungsflächen, die die Wirkungen der Erosionsschutzschicht aus einer Nickelschicht zeigen. 11(A) zeigt ein Elektronenmikroskopbild der Verbindungsfläche beim Löten zweier Bauteile aus ODS-Kupferlegierung, die jeweils mit einer Nickelschicht von einer Schichtdicke von 10 μm bzw. 30 μm versehen sind, und 11(B) zeigt ebenfalls ein Elektronenmikroskopbild der Verbindungsfläche beim Löten zweier Bauteile aus ODS-Kupferlegierung, die jeweils mit einer Nickelschicht von einer Schichtdicke von 20 μm bzw. 30 μm versehen sind. 12 zeigt die Verteilungen von Silber (Ag), Kupfer (Cu) und Nickel (Ni) in den in 11(A) und (B) gezeigten Querschnitten.
Wie aus 11(A) und (B) ersichtlich, diffundiert Silber bei einer Nickelschichtdicke von 10 μm entlang den Korngrenzen, aber bei einer Nickelschichtdicke von 20 μm und 30 μm ist keine Diffusion von Silber zu sehen. Aus 12(A) ist ebenfalls ersichtlich, dass bei einer Nickelschichtdicke von 10 μm Silber in das Innere de ODS-Kupferlegierung diffundiert. Andererseits, wie aus der 12(B) ersichtlich, geschieht beim Löten von zwei Bauteilen, die jeweils mit einer Nickelschicht von 20 μm bzw. 30 μm versehen sind, keine Diffusion von Silber in das Innere der ODS-Kupferlegierung. Wie 12(A) und (B) zeigen, ist bezüglich der Verteilung von Kupfer und Nickel kein Unterschied bei verschiedenen Schichtdicken zu sehen. Diese Beobachtungen lassen erkennen, dass es beim Löten von Bauteilen aus ODS-Kupferlegierung mit Nickelbeschichtung mittels Silberlots nötig ist, die Schichtdicke der Nickelschicht zumindest auf über 10 μm, vorzugsweise auf mindestens 20 μm einzustellen.
Die Regulierung der Nickelschicht ist, wie ersichtlich, nicht leicht.
Der Erfinder ist auf die Lösung gestoßen, die Nickelschicht als Erosionsschutz durch eine Kupferschicht zu ersetzen, und hat Versuche mit dieser Lösung durchgeführt. Im Folgenden wird dies anhand der Versuche erläutert. Für den nachfolgend beschriebenen Versuch wurden als dispersionsverstärkte Kupferlegierung eine aluminiumoxiddispersionsverstärktes Kupferlegierung verwendet.
Der durchgeführte Versuch wird anhand von Zeichnungen erläutert. 13 zeigt das Ergebnis des Versuchsbeispiels, bei dem Bauteile aus einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung mit Kupferplattierung 307 beschichtet wurde, um Erosion zu unterdrücken, und mittels Ag-Lots gelötet wurden. 13(A) ist ein skizzenhafter Querschnitt, der das Lötverfahren zeigt, und 13(B) ist ein Elektronenmikroskopbild des Querschnitts der Verbindungsstelle nach erfolgtem Löten. 14 zeigt die Verteilungen von Silber und Kupfer beim Löten gemäß dem Versuchsbeispiel und gemäß dem herkömmlichen Lötverfahren. 14(A) ist ein Elektronenmikroskopbild, das den in 13 gezeigten Querschnitt der Verbindungsstelle in einer größeren Vergrößerung zeigt, und 14(B) zeigt als Vergleichsbeispiel ein Elektronenmikroskopbild des Querschnitts der Verbindungsstelle einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung ohne Plattierungsschicht nach Löten mittels Ag-Lots.
Wie oben ausgeführt, wenn man eine Nickelplattierung als Erosionsschutzschicht vorsieht, ist es schwierig, die Schichtdicke der Nickelplattierung zu regulieren; insbesondere ist es schwierig, eine dünne Schichtdicke zu realisieren. Daher wurde, im vorliegenden Versuchsbeispiel, die Oberfläche der Bauteile 303 aus der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung, anstelle der Nickelschicht, mit einer Kupferschicht 307 versehen, und mittels Ag-Lots 305 gelötet. Im vorliegenden Versuch wurden ein Bauteil 303 aus aluminiumoxiddispersionsverstärkter Kupferlegierung, auf dem eine Kupferschicht 307 von einer Schichtdicke von 10 μm gebildet wurde, und ein Bauteil 303 aus einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung, auf dem eine Kupferschicht 307 von einer Schichtdicke von 5 μm, gebildet wurde, miteinander verlötet, um den Effekt der Schichtdicke der Kupferschicht 307 zu demonstrieren. Als Ag-Lot 305 wurde ein blattförmig geformtes BAg-8-Silberlot von einer Dicke von 100 μm (Folie) verwendet. Die Löttemperatur wurde auf nicht mehr als 830°C eingestellt, und das Löten erfolgte im Ofen. Die Löttemperatur wurde deshalb so eingestellt, weil dies notwendig ist, um den Magnetismus von anderen Bestandteilen des Bauteils, der im vorliegenden Lötverfahren gefertigt wird, sicherzustellen. Auch der Typ des Ag-Lots wurde aus demselben Grund gewählt.
Das erhaltene Ergebnis wurde anhand des in 13(B) gezeigten Elektronenmikroskopbilds der Verbindungsstelle analysiert. Dabei wurde festgestellt, dass auf der Seite der Kupferschicht mit einer Schichtdicke von 5 μm das Ag-Lot über die Kupferschicht hinaus in das Innere der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung eingedrungen war, während auf der Seite der 10 μm-Kupferschicht das Ag-Lot zwar in das Bauteil eingedrungen war, aber das eingedrungene Silberlot fast vollständig im Bereich der Kupferschicht blieb, und nicht das Innere der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung erreichte.
Aus dieser Tatsache ist es ersichtlich, dass die Kupferschicht wirkungsvoll als Erosionsschutzschicht funktioniert, wenn man die Schichtdicke der Kupferschicht entsprechend eingestellt. Die Wirkung der Kupferschicht lässt sich auch an den in 14 gezeigten Verteilungen von Silber und Kupfer erkennen. Werden die Bauteile ohne Plattierung mittels Ag-Lots gelötet, so diffundiert Silber, welches im Bild in roter Farbe gezeigt wird, wie aus der 14(B) ersichtlich, in etwa gleichmäßig in das Innere der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung, die im Bild schwarz gezeigt wird. Andererseits, beim vorliegenden Versuchsbeispiel, das in 14(A) gezeigt ist, hat sich Silber auf die Stellen, an denen Ag-Lot angeordnet wurde, konzentriert, und Silberdiffusion ist nur wenig aufgetreten. Was Kupfer betrifft, so unterscheiden sich die Verteilung des Kupfers in 14(A) und die in 14(B) kaum. Wie hier erläutert, scheint das zu zeigen, dass die Erosion des Silbers aus dem Ag-Lot verhindert werden kann, wenn die Oberfläche der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung mit Kupfer beschichtet wird, und erst dann das Löten mit Ag-Lot erfolgt.
Aber, im Verlaufe der Versuche hat sich gezeigt, dass an der Kupferschicht im Vergleich zur Nickelschicht das Benetzungsverhalten des Ag-Lots abnahm, und wegen des schlechteren Benetzungsverhaltens des Lots Stellen entstanden, die nicht mit Ag-Lot gefüllt werden konnten. Es traten also Verbindungsfehler auf.
Daher wurde eine Vergleichsprüfung zur Ermittlung des Benetzungsverhaltens von Silberloten an der Kupferschicht und der Nickelschicht durchgeführt. 15 zeigt das Prüfungsverfahren für das Benetzungsverhalten des Ag-Lots an der Kupfer- und Nickelschicht und das Ergebnis der Prüfung. 15(A) ist eine modellhafte Darstellung des Prüfungsverfahrens, und 15(B) und (C) sind jeweils Fotos, die die Benetzungssituation des Ag-Lots an der Kupferschicht bzw. der Nickelschicht zeigen. Für den Versuch wurde, wie in 15(A) gezeigt, blattförmig geformtes Ag-Lot verwendet. Das blattförmige Ag-Lot wurde an denselben Stellen der Plattierungsschichten der Prüflinge angeordnet, und auf die vorgegebene Löttemperatur erhitzt, und das Ausmaß der Benetzung mit dem Lot wurde festgestellt. Wie in 15(B) gezeigt, hat sich das Lot auf der Kupferschicht nicht außerhalb der Bereiche, wo das Lot angeordnet wurde, verbreitet. Andererseits, hat sich das Figur Lot, wie in 15(C) gezeigt, auf der Nickelschicht verbreitet. Aus diesem Versuchsergebnis wurde deutlich, dass man beim Verfahren, bei dem die Oberfläche der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung mit einer Kupferschicht versehen wird, und mittels Ag-Lots gelötet wird, zwar die Erosion des Silbers aus dem Ag-Lot verhindern kann, aber dass sich das Benetzungsverhalten des Ag-Lots verschlechtert.
Der Erfinder ist diesen Probleme weiter auf den Grund gegangen, und schließlich zu der nachfolgend beschriebenen Erfindung gekommen. Im Folgenden werden ein erfindungsgemäßes Lötverfahren für eine dispersionsverstärkte Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer und Verbundbauteile, die dieses Verfahren verwenden, erklärt.
Erste Ausführungsform
Lötverfahren
Das Lötverfahren für eine dispersionsverstärkte Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert 1 zeigt skizzenhafte Querschnitte, die das Lötverfahren für eine dispersionsverstärkte Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 1(A) zeigt den Zustand vor dem Löten, und 1(B) zeigt den Zustand nach dem Löten.
Wie in 1(A) gezeigt, wird beim Lötverfahren gemäß dieser Ausführungsform vor dem Löten auf der Oberfläche der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung eine Kupferschicht (die erste Plattierungsschicht aus einem ersten Metall) 7 gebildet, und danach wird auf der Kupferschicht 7 eine Nickelschicht (die zweite Plattierungsschicht aus einem zweiten Metall) 6 gebildet. Die aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierung 3 erhält nämlich eine Doppelplattierung, bei der die aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierung 3 mit einer Kupferschicht 7 versehen wird, und auf dieser Kupferschicht 7 eine Nickelschicht 6 aufgebracht wird. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Schichtdicke der Kupferschicht 7 mindestens 5 μm, und die Schichtdicke der Nickelschicht 6 beträgt 1 μm oder darüber. Die erste Plattierungsschicht dient zur Verhinderung der Erosion von Silber aus dem Lot, und die zweite Plattierungsschicht dient zur Verbesserung des Benetzungsverhaltens des Lots.
Hier wurde für die Schichtdicke der Kupferschicht 7 auf Grund des in 13 und 14 gezeigten Versuchsergebnisses die Schichtdicke von 5 μm gewählt, die Erosion des Silbers aus dem Ag-Lot verhindern kann. Daher kann die Kupferschicht ab dieser Schichtdicke die Erosion des Silbers aus dem Ag-Lot wirksam verhindern. Die Nickelschicht 6 dient lediglich zur Verbesserung des Benetzungsverhaltens des Ag-Lots, und da sie nicht dick sein muss, wurde 1 μm als die Mindestschichtdicke gewählt. Daher kann diese Schicht ab dieser Schichtdicke die Wirkung gewährleisten, das Benetzungsverhalten des Ag-Lots 5 zu verbessern. Die Kupferschicht 7 und die Nickelschicht 6 wurden mit Rücksicht auf die Regulierbarkeit der Schichtdicke im Elektroplattierungsverfahren gebildet, aber das Plattierungsverfahren für die beiden Plattierungsschichten beschränkt sich nicht auf dieses Verfahren.
Dann wird blattförmig geformtes Ag-Lot 5 auf der mit einer Doppelplattierungsschicht versehenen aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung 3 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Dicke des blattförmig geformten Ag-Lots 5 100 μm. Als Ag-Lot wurde ein Ag-Lot vom Typ BAg-8 verwendet.
Auf das Ag-Lot 5 wird noch eine mit einer Doppelplattierungsschicht versehene aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierung 3 gelegt. Danach wird das Bauteil im Ofen mit einer vorgegebenen Löttemperatur wärmebehandelt. In der vorliegenden Ausführungsform erfolgte das Löten mit einer Löttemperatur von max. 830°C. Der vorliegende Fall ist nur ein Beispiel, und das Lötverfahren für eine aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierung gemäß dieser Ausführungsform muss nicht unbedingt mit der oben genannten Löttemperatur und dem oben genannten Typ des Ag-Lots erfolgen. Die Löttemperatur und der Typ des Ag-Lots 5 werden mit Rücksicht auf die zu lötenden Bauteile und auf die anderen Bauteile, die zusammen mit den betreffenden Bauteilen im Ofen wärmebehandelt werden, entsprechend gewählt.
Nach der Wärmebehandlung verfestigt sich das Ag-Lot 5, wie in 1(B) gezeigt, und bildet die Lötstellen 5a, und damit werden die beiden Bauteile aus der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung 3 verbunden.
Wie oben erläutert, lassen sich zwei Bauteile aus einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung 3 im Lötverfahren für eine dispersionsverstärkte Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sicher verbinden. In der obigen Erläuterung wurde das Löten von aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierungen 3 erläutert, aber im Verfahren gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung können auch Bauteile aus sauerstofffreiem Kupfer miteinander oder ein Bauteil aus sauerstofffreiem Kupfer und ein Bauteil aus einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung sicher verbunden werden. Auch für das Material sauerstofffreies Kupfer gilt die oben beschriebene Bildung der Kupferschicht 7 und der Nickelschicht 6.
Beim Lötverfahren für eine dispersionsverstärkte Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, für die zweite Plattierungsschicht als Verbesserungsschicht für das Benetzungsverhalten des Lots an Stelle einer Nickelschicht 6 eine Goldschicht zu wählen. Auch bei einer Goldschicht kann die Schichtdicke, wie bei der Nickelschicht 6, 1 μm betragen, und dieselbe Wärmebehandlungstemperatur kann gelten. Eine Goldschicht kann auch zur Verbesserung des Benetzungsverhaltens des Ag-Lots dienen.
Auch wenn man an Stelle der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung, bei welcher Alumina (Al₂O₃) im Kupfer dispergiert ist, eine andere dispersionsverstärktes Kupferlegierung, bei welcher Keramikteilchen aus SiC (Siliziumkohlenstoff), AlN(Aluminiumnitrid), Si₃N₄(Siliziumnitrid), C(Kohlenstoff), TiO₂(Titanoxid) oder ein zweites Element, W(Wolfram) oder Mo(Molybdän), im Kupfer dispergiert sind, verwendet, kann man das Lötverfahren für dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der Ausführungsform 1 verwenden.
Effekte
Wie oben beschrieben, wird beim Lötverfahren für dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung die Oberfläche der dispersionsverstärkten Kupferlegierung mit einer Kupferschicht 7 als Erosionsschutzschicht versehen, um Diffusion des Silbers aus dem Ag-Lot 5 in die dispersionsverstärkte Kupferlegierung 3 (Erosion) zu verhindern. Danach wird auf dieser Kupferschicht 7 vollflächig eine Nickelschicht 6 oder eine Goldsplattierungsschicht aufgetragen. Durch die Bildung dieser Doppelplattierungsschicht auf der Oberfläche der dispersionsverstärkten Kupferlegierung 3 kann die Erosion des Ag-Lots 5 in das Innere der dispersionsverstärkten Kupferlegierung 3 verhindert werden, und gleichzeitig kann das Benetzungsverhalten des Ag-Lots verbessert, so dass Verbindungsfehler infolge mangelhaften Füllung des Ag-Lots 5 verhindert werden können.
4 zeigt die Effekte des Lötverfahrens gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. 4(A) ist ein Elektronenmikroskopbild des Querschnitts der Verbindungsstelle von Bauteilen, die in diesem Lötverfahren verbunden wurden. 4(B) und (C) zeigen Verteilungen von Silber (Ag) und Nickel (Ni) in den entsprechenden Querschnitten. Wie in 4(A) gezeigt, ist bei diesem Lötverfahren die Grenze zwischen der Verbindungsfläche, also dem hellen Bereich in der Mitte des Bildes, und der ODS-Kupferlegierung, dem farbintensiveren Bereich, deutlich zu erkennen, und Erosion von Silber (Ag) in das Innere der ODS-Kupferlegierung, wie in 4(B) gezeigt, ist hier kaum zu sehen, Aus 4(B) ist zu ersehen, dass das in roter Farbe gezeigte Silber(Ag) auf die Verbindungsstellen in der Mitte konzentriert ist, und nicht in das Innere der ODS-Kupferlegierung eindringt. Auch die in 4(C) gezeigte Verteilung von Nickel (Ni) lässt erkennen, dass Nickel auf die Verbindungsstellen konzentriert ist. Wie hier erläutert, übernehmen im Lötverfahren für eine dispersionsverstärkte Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung die beiden Plattierungsschichten, die Kupferschicht und die Silberschicht, die Rolle des Silberlots, und man kann mit diesem Verfahren dispersionsverstärkte Kupferlegierungen u. a. sicher löten, wobei Erosion von Silber in das Innere der dispersionsverstärkten Kupferlegierung u. a. verhindert wird.
Im Lötverfahren für dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung lassen sich Bauteile auf einfache Weise fertigen, da, wie oben beschrieben, eine Erosionsschutzschicht durch die Kupferschicht 7, deren Schichtdicke leicht zu regulieren ist, realisiert ist, und Produktionskosten lassen sich bei dieser Lösung gegenüber dem Verfahren mit einer Nickelschicht reduzieren. Außerdem, da man Verbindungsfehler verhindern kann, erhöht sich die Ausbeute, was eine zusätzliche Kostenreduzierung mit sich bringt.
Ausführungsbeispiel 1
Nun werden Ausführungsbeispiele des Lötverfahrens für eine dispersionsverstärkte Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert. In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen werden Fälle gezeigt, in denen Bauteile aus einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung verwendet werden. Aber das Ausführungsbeispiel 1 soll sich nicht auf dieses Material beschränken. Ausführungsbeispiel 1 ist ein Fall, in dem das in 7 gezeigte Bauteil im vorliegenden Lötverfahren gefertigt wurde. 2 ist der Querschnitt des Bauteils 100, welches im vorliegenden Lötverfahren gefertigt wurde. 3 ist eine vergrößerte modellhafte Darstellung des Bereichs Alpha des in 2 gezeigten Bauteils 100. 3(A) zeigt den Zustand vor dem Löten, und 3(B) zeigt den Zustand nach dem Löten.
Wie in 2 gezeigt, ist das Bauteil 100 so aufgebaut, dass die zweite, ringförmige Komponente (Siliziumstahlbleche) 1, in deren Durchgangsbohrungen einzelne Stücke der ersten Komponente aus sauerstofffreiem Kupfer (Durchgangsstäbe) 2 gesteckt wurden, in mehreren Schichten geschichtet werden, und an deren beiden Enden Stücke der dritten, ringförmigen Komponente (Endring) 3, in deren Durchgangsbohrungen die ersten Komponente 2 gesteckt wurden, in mehreren Schichten geschichtet werden. Die geschichtete Stücke der dritten Komponente untereinander sowie die dritte Komponente und die erste Komponente 2 sind jeweils miteinander verlötet. In 2 sind an den beiden Enden der ersten Komponente 2 je 4 Stück der dritten Komponente 3 geschichtet, aber die Ausführung soll sich nicht auf diese Variante beschränken, sondern vielmehr kann die Anzahl der dritten Komponente z. B. nach der gewünschten Festigkeit des Bauteils entsprechend geändert werden.
Die Lötstellen des oben beschriebenen Bauteils werden mittels des oben beschriebenen Lötverfahrens für dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gelötet Zuerst wird auf den Oberflächen der ersten Komponente 2 und der dritten Komponente 3 eine Kupferschicht 7 von einer Schichtdicke von 5 μm durch Plattierung gebildet. Dann wird auf der ganzen Fläche dieser Kupferschicht 7 eine Nickelschicht 6 durch Plattierung gebildet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel 1 beträgt die Schichtdicke der Nickelschicht 6 1 μm. Durch dieses Verfahren erhalten die erste Komponente 2 und die dritte Komponente 3 eine Doppelplattierungsschicht (6, 7).
Nach der obigen Behandlung wird an den Seitenwänden 4a der in der dritten Komponente 3 vorgesehenen zweiten Durchgangsbohrungen blattförmig geformtes Ag-Lot 5 anliegend angeordnet.
Nach der obigen Behandlung werden die einzelnen Stücke der ersten Komponente 2 in die ersten Durchgangsbohrungen 10 in der zweiten Komponente 1 gesteckt, und mehrere Stücke der so bearbeiteten zweiten Komponente 1 werden übereinander geschichtet. Anschließend wird je ein Stück der mit Ag-Lot versehenen dritten Komponente 3 auf die beiden Enden der ersten Komponente 2 angeordnet, nachdem die einzelnen Stücke der ersten Komponente 2 in die zweiten Durchgangsbohrungen 4 der dritten Komponente 3 gesteckt worden sind. Danach wird je ein Stück blattförmiges Ag-Lot 5, welches wie die dritte Komponente 3 ringförmig geformt und an den vorgegebenen Stellen mit Durchgangsbohrungen versehen wurde, auf die dritte Komponente 3 angeordnet. Danach wird wiederum je ein Stück der dritten Komponente 3 auf die beiden Enden der ersten Komponente 2 angeordnet. Auf diese Weise werden das blattförmige Ag-Lot 5 und die dritte Komponente 3 abwechselnd angeordnet, so dass an den beiden Enden der ersten Komponente 2 die gewünschte Anzahl der dritten Komponente 3 mit dazwischen liegendem Ag-Lot 5 angeordnet wird. Das so bearbeitete Bauteil wird dann im Ofen bei einer vorgegebenen Temperatur gelötet. Schichtdicke und Typ des Ag-Lots 5 sowie die Temperatur der Wärmebehandlung werden je nach Material und Eigenschaften wie Magnetismus usw. der Komponente (1–3) entsprechend gewählt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel 1 wird als Ag-Lot-Blatt(Folie) 5 ein Lot vom Typ BAg-8 mit einer Dicke von 100 μm verwendet, und die Wärmebehandlungstemperatur wird auf maximal 830°C eingestellt.
Auf diese Weise werden die Seitenwände 4a der zweiten Durchgangsbohrungen der dritten Komponente 3 und einzelne Stücke der ersten Komponente 2 miteinander verbunden, und auch die einzelnen Stücke der dritten Komponente 3 werden miteinander verbunden, und damit kann ein Bauteil 100 aus einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung mit der gewünschten Festigkeit gebildet werden.
Wie in 3 gezeigt, erfolgt das Löten des gefertigten Bauteils 100 mit dem Lötverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Benetzungsverhalten des Ag-Lots 5 verbessert wird, so dass das Ag-Lot zwischen den Seitenwänden 4a der zweiten Durchgangsbohrungen der dritten Komponente und der ersten Komponente 2 sowie zwischen den einzelnen Stücken der dritten Komponente 3 ausreichend gefüllt wird, und das Löten erfolgt lückenlos. Damit kann man ein Bauteil 100 realisieren, bei dem Beschädigung o. ä. infolge von Verbindungsfehlern wenig vorkommt. Ein solches Bauteil kann man z. B. für Rotoren verwenden.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel 1 wird die dritte Komponente (Endring) 3 wie folgt gefertigt Blech aus einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung wird zu einem Ring geformt, welcher eine Öffnung der gewünschten Größe sowie eine Mehrzahl von zweiten Durchgangsbohrungen 4 aufweist. Auf dieser dritten Komponente 3 aus Blech wird dann eine Doppelplattierungsschicht (6, 7) gebildet, und einzelne Stücke dieser dritten Komponente 3 werden einzeln, mit dazwischen liegenden Ag-Lotblättern(-Folien), übereinander geschichtet, bis die gewünschte Anzahl erreicht ist; danach wird das ganze Bauteil gelötet. Auf diese Weise wird die dritte Komponente 3, die die gewünschte Festigkeit aufweist, einstückig gebildet. Diese Schichtung der einzelnen Stücke der dritten Komponente 3 erfolgt deshalb, weil man damit erreichen will, dass an den Seitenwänden 4a der zweiten Durchgangsbohrungen der dritten Komponente 3, die die Verbindungsflächen zwischen der dritten Komponente 3 und der ersten Komponente 2 darstellen, eine ausreichende Menge an Lot gefüllt werden kann. Nämlich Je tiefer die Seitenwände 4a der zweiten Durchgangsbohrungen, desto schwieriger wird es, in die Mitte der Seitenwände 4a der zweiten Durchgangsbohrungen je ein blattförmiges Ag-Lot 5 zu platzieren. Außerdem, da das Ag-Lot 5 während der Wärmebehandlung senkrecht herabfällt, können sich an der oberen Seite leicht Stellen bilden, die nicht ausreichend mit Ag-Lot 5 gefüllt werden können (d. h, hier kommen Verbindungsfehler vor). Dadurch, dass die dritte Komponente 3 zu einzelnen Scheiben geformt wird, und an den Seitenwänden 4a der zweiten Durchgangsbohrungen sowie zwischen den einzelnen Scheiben der dritten Komponente 3 Lot 5 angeordnet wird, kann man erreichen, dass das zwischen den einzelnen Scheiben der dritten Komponente 3 angeordnete Lot 5 entsprechende Stellen füllt, auch wenn Lot 5 in Senkrechtrichtung herabfällt, so dass Auftreten von oben beschriebenen Verbindungsfehlern verhindert werden kann.
Zweite Ausführungsform
Im Folgenden wird das Lötverfahren für dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. In der nachfolgenden Erläuterung werden die mit dem Lötverfahren gemäß der ersten Ausführungsform gemeinsamen Teile nicht näher erläutert.
Im oben beschriebenen Lötverfahren der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Komponenten aus einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung, die die zu verbindenden Bauteile darstellen, mittels blatt-(Folien-)förmig geformten Ag-Lots gelötet. Das Lötverfahren gemäß dieser zweiten Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das Löten ohne Ag-Lot erfolgt.
Beim Fertigen eines Bauteils im Lötverfahren gemäß der ersten Ausführungsform ist es erforderlich, wie zum Beispiel in 2 gezeigt, an den Seitenwänden 4a der zweiten Durchgangsbohrungen der dritten Komponente 3 blattförmiges Lot anzuordnen. Aber es ist nicht leicht, in solchen winzigen Vertiefungen blattförmiges Lot richtig anzuordnen. Wenn die Fläche der zu verbindenden Stelle ebenfalls sehr klein ist, so wird die Schwierigkeit noch erhöht. Daher wird beim Lötverfahren gemäß dieser zweiten Ausführungsform an Stelle des Lots eine zweite Plattierungsschicht mit dem gewünschten Metall gebildet. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck „kein Lot verwenden”, dass außer vorbehandelten, zu verbindenden Bauteilen kein besonderes bzw. separates Lot eingesetzt wird.
Nachfolgend wird die Ausführungsform anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel wird ein Fall gezeigt, in dem als zu verbindende Bauteile Bauteile aus einer aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung verwendet werden. 5 ist eine skizzenhafte Querschnitt-Darstellung, die das Lötverfahren für dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer zeigt. 5(A) zeigt den Zustand vor dem Löten, und 5(B) zeigt den Zustand nach dem Löten. 6 zeigt die Effekte des Lötverfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6(A1) und (B1) zeigen ein Elektronenmikroskopbild des Querschnitts der im vorliegenden Lötverfahren verbundenen Stelle bzw. den entsprechenden Verteilungszustand von Silber, und 6(B1) und (B2) zeigen ein Elektronenmikroskopbild des Querschnitts der im herkömmlichen Lötverfahren verbundenen Stelle bzw. den entsprechenden Verteilungszustand von Silber zum Vergleich.
Wie in 5(A) gezeigt, wird bei dieser zweiten Ausführungsform vor dem Löten auf der Oberfläche der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung 3 eine Kupferschicht 7 gebildet. Diese Plattierung ist dieselbe wie im Lötverfahren gemäß der ersten Ausführungsform.
Bei der vorliegenden zweiten Ausführungsform wird auf der genannten Kupferschicht 7 eine Silberschicht 8 gebildet. Die aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierung 3 erhält somit eine Doppelplattierung, bei der auf der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung 3 eine Kupferschicht 7 gebildet wird, und auf dieser Kupferschicht 7 eine Silberschicht 8 gebildet wird. In anderen Worten wird die Nickelschicht 6 bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch eine Silberschicht 8 ersetzt.
Danach werden Bauteile aus der mit der Doppelplattierung versehenen, aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung 3 flächig aneinander angelegt, und anschließend im Ofen bei einer vorgegebenen Löttemperatur wärmebehandelt. Die Löttemperatur wird mit Rücksicht auf die zu lötenden Bauteile und andere Bauteile, die zusammen mit den betreffenden Bauteilen im Ofen wärmebehandelt werden, entsprechend gewählt.
Nach der Wärmebehandlung wird, wie in 5(B) gezeigt, die Schichtdicke der Kupferschicht 7 reduziert, und die Silberschicht 8 wird verfestigt, so dass die Lötstelle 5a gebildet wird. Nämlich Ein Teil des Kupfers in der Kupferschicht 7 und die Silberschicht 8 schmelzen, und Diffusion der beiden Metalle in die Verbindungsfläche führt zu demselben Zustand wie beim geschmolzenen Zustand des Ag-Lots, und durch das Verfestigen dieser geschmolzenen Metalle wird die Lötstelle 5a gebildet. Nämlich, beim Lötverfahren gemäß dieser zweiten Ausführungsform schmilzt die Doppelplattierung (7, 8) durch Wärmebehandlung und die Plattierungsschichten (7, 8) selbst spielen die Rolle eines Lots.
Die dünner gewordene Kupferschicht 7 dient, wie die Kupferschicht 7 bei der ersten Ausführungsform, als Erosionsschicht, die die Diffusion des von der Silberschicht 8 ausfließenden Silbers in das Innere der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung verhindert. Daher übernimmt die Kupferschicht 7 in der vorliegenden Ausführungsform sowohl die Funktion als Erosionsschutzschicht, als auch die Funktion einer Komponente des Ag-Lots. In 5(B) ist die Verbindungsfläche in der Mitte der Senkrechtrichtung von der Lötstelle 5a in gebrochener Linie gezeigt, aber in Wirklichkeit wird keine solche Verbindungsfläche gebildet, sondern die Lötstelle 5a vielmehr einstückig ausgebildet.
In dieser Ausführungsform wurde für die Kupferschicht 7 eine Schichtdicke von 5 μm oder darüber gewählt, und auch für die Silberschicht 8 wurde eine Schichtdicke von 5 μm oder darüber gewählt. Die Schichtdicke der Kupferschicht 7 soll eine ausreichende Dicke sein, um Erosion zu verhindern, und als Bestandteil des Ag-Lots zu dienen. Wenn die Schichtdicke diese vorgegebene Dicke nicht unterschreitet, kann die Schicht für die Verhinderung von Erosion wirksam sein, und zusammen mit dem Silber in der geschmolzenen Silberschicht 8 als Ag-Lot funktionieren. Auch die Silberschicht 8 funktioniert zusammen mit dem Kupfer in der geschmolzenen Kupferschicht 7 praktisch als Ag-Lot, und wenn die Schichtdicke die vorgegebene Dicke nicht unterschreitet, kann praktisch die Wirkung als Ag-Lot gewährleistet werden. Die Kupferschicht 7 und die Silberschicht 8 wurden mit Rücksicht auf die Regulierbarkeit der Schichtdicke im Elektroplattierungsverfahren gebildet, aber das Plattierungsverfahren für die beiden Plattierungsschichten beschränkt sich nicht auf dieses Verfahren. Bei der weiter oben beschriebenen ersten Ausführungsform wurde die Nickelschicht 6 vorgesehen, um das Benetzungsverhalten des Ag-Lots auf der Kupferschicht 7 zu verbessern, aber in der vorliegenden Ausführungsform schmelzen sowohl die Kupferschicht 7 als auch die Silberschicht durch Wärmebehandlung, und Silber diffundiert in etwa gleichmäßig im geschmolzenen Kupfer. Da aus diesem Grund das Benetzungsverhalten nicht verbessert werden muss, braucht hier keine Nickelschicht 6 oder Goldschicht vorgesehen zu werden.
In der vorliegenden Ausführungsform erfolgte das Löten mit einer Löttemperatur von max. 830°C. Diese Löttemperatur ist lediglich eine beispielhafte Temperatur, die mit Rücksicht auf die zu lötenden Bauteile und auf die anderen Bauteile, die zusammen mit den betreffenden Bauteilen im Ofen wärmebehandelt werden, gewählt wurde; das Lötverfahren für aluminiumoxiddispersionsverstärkte Kupferlegierungen gemäß dieser Ausführungsform muss nicht unbedingt mit der oben genannten Löttemperatur erfolgen.
Das Lötverfahren für dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lässt sich z. B. für das Fertigen des weiter oben im Ausführungsbeispiel 1 gezeigten Bauteils verwenden, nämlich für das Löten der im Ausführungsbeispiel 1 gezeigten ersten Komponente 2 und der dritten Komponente 3. Auf der Oberfläche der ersten Komponente 2 und der dritten Komponente 3 wird jeweils eine Kupferschicht mit der Schichtdicke von 5 μm oder darüber gebildet, und anschließend wird auf der Kupferschicht 7 eine Silberschicht 8 mit einer Schichtdicke von 5 μm oder darüber vollflächig angebracht. Danach werden die Komponenten wie im Ausführungsbeispiel 1, aber ohne blattförmiges Ag-Lot, geschichtet, und durch Wärmebehandlung mit der gewünschten Temperatur gelötet. Auf diese Weise kann man wie im Ausführungsbeispiel 1, aber ohne Lot zu verwenden, das oben beschriebene Bauteil durch Löten fertigen.
Bei Verwendung dieser Ausführungsform 2 lässt sich Lot an den Seitenwänden 4a der zweiten Durchgangsbohrungen der dritten Komponente 3 sicher füllen, da die beiden Plattierungsschichten (7, 8), die praktisch als Lot dienen, durch Plattierung sicher an den Seitenwänden 4a der zweiten Durchgangsbohrungen gebildet werden können.
Auch wenn man an Stelle der aluminiumoxiddispersionsverstärkten Kupferlegierung eine andere dispersionsverstärkte Kupferlegierung, bei welcher SiC (Siliziumkohlenstoff), AlN(Aluminiumnitrid), Si₃N4(Siliziumnitrid), C(Kohlenstoff), TiO₂(Titanoxid), W(Wolfram) oder Mo(Molybdän) im Kupfer bzw. in der Kupferlegierung dispergiert ist, verwendet, kann man das Lötverfahren gemäß der Ausführungsform 2 verwenden.
Effekte
Die Effekte des Lötverfahrens für dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung werden anhand von Zeichnungen beschrieben. 6 zeigt Elektronenmikroskopbilder des Querschnitts der Verbindungsstelle von Bauteilen, die mit dem Lötverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden wurden. 6(A1) und (A2) sind Elektronenmikroskopbilder, die nach Löten mit dem Lötverfahren gemäß dieser zweiten Ausführungsform aufgenommen wurden, und 6(B1) und (B2) zeigen als Vergleich die Elektronenmikroskopbilder, die nach Löten mit dem herkömmlichen Lötverfahren aufgenommen wurden. Im Vergleichsfall wurde das Löten mit einem blattförmig geformten Ag-Lot mit einer Schichtdicke von 100 μm ausgeführt. Der im Elektronenmikroskopbild in 6(A1) gezeigten Querschnitt der Verbindungsstelle nach dem Löten im Lötverfahren gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform zeigt den Querschnitt der dreistufigen Verbindung von Bauteilen aus mit Kupferschicht und Silberschicht versehener ODS-Kupferlegierung: Die helleren Teile im oberen und unteren Bereich sind die Verbindungsstellen. Der in 6(B1) gezeigte Querschnitt der Verbindungsstelle nach dem Löten mit dem herkömmlichen Lötverfahren zeigt den Querschnitt der mittels Ag-Lots verbundenen zweistufigen Verbindung von Bauteilen aus ODS-Kupferlegierung: Der mittlere Bereich ist die Verbindungsstelle. In 6(A2) und 6(B2) sind die in roter Farbe gezeigten Bereiche Silber, während der schwarze Bereich ODS-Kupferlegierung (und Kupfer) darstellt.
In 6(A1) beträgt die Breite der Diffusionsschicht nach dem Löten an den beiden Verbindungsstellen jeweils 0,3 mm, während in 6(B1) die Breite der Diffusionsschicht 1 mm beträgt. In 6(A2) sind sehr wenige rote Stellen auf dem Bild zu sehen, während in Bild 6(B2) rote Stellen gleichmäßig auf dem ganzen Bild verteilt sind. Nämlich Beim Lötverfahren gemäß dieser zweiten Ausführungsform kommt sehr wenig Diffusion von Silber in das Innere der ODS-Kupferlegierung vor. Wie hier beschrieben, kann man als einen ersten Effekt des Lötverfahrens für dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Effekt nennen, dass das Löten in diesem Verfahren bei Unterdrückung von Erosion sicher ausgeführt werden kann. Der große Unterschied in der Diffusionsschichtbreite kommt daher, dass im Lötverfahren gemäß dieser zweiten Ausführungsform das Löten dadurch erfolgt, dass Kupferschicht 7 und Silberschicht 8 von einer Schichtdicke von je 5 μm gebildet werden, während im herkömmlichen Lötverfahren mittels Ag-Lots ein blattförmiges Ag-Lot mit einer Dicke von 100 μm eingesetzt wird. Daher kann man als einen zweiten Effekt des Lötverfahrens für dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Nebeneffekt nennen, dass sich bei diesem Lötverfahren die Höhe der Verbindungsstelle beim Löten begrenzen bzw. verringern lässt, so dass die Höhe von aus mehreren gelöteten Schichten bestehenden Produkten begrenzt bzw. verringert werden kann.
Beim Lötverfahren für dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 1 wird kein teures Ag-Lot (Ag-Lotfolie) verwendet, und das Löten erfolgt durch Bildung einer Silberschicht 8, so dass als dritter Effekt eine große Kostensenkung erzielt werden kann. Wie oben beschrieben, beträgt die Schichtdicke der Silberschicht 5 μm oder darüber. Da die Schichtdicke sehr dünn ist, kann die Plattierung in einer sehr kurzen Zeit erfolgen; auch wenn winzige Vertiefungen vorhanden sind, benötigt die Plattierung nur sehr kurze Zeit. Daher kann man im Lötverfahren für dispersionsverstärkte Kupferlegierungen mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder sauerstofffreies Kupfer gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen vierten Effekt erzielen, dass gegenüber dem herkömmlichen Lötverfahren, bei dem das Anordnen des blattförmigen Ag-Lots in winzigen Vertiefungen viel Zeit in Anspruch nimmt, die Produktionszeit wesentlich verkürzt werden kann.
Da dieses Lötverfahren kein Lot verwendet, und das Löten durch Bildung einer Kupferschicht 7 und einer Silberschicht 8 erfolgt, lassen sich die beiden Plattierungsschichten (7, 8) auch in winzigen Vertiefungen und auf sehr kleinen Verbindungsflächen sicher bilden. Daher ist es möglich, die dritte Komponente des beim Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Bauteils, welche, um sichere Füllung des Lots zu gewährleisten, in dünnen Scheiben ausgeführt wurden, nunmehr in einem Stück zu fertigen, oder die Anzahl der geteilten Teilstücke der dritten Komponente 3 weitgehend reduziert werden. Daher können die Arbeitsgänge zum Schichten der einzelnen Teilstücke der dritten Komponente 3 völlig entfallen, oder reduziert werden, so dass die Produktionszeit und Kosten weiter reduziert werden können.
Bezugszeichenliste

1, 201, 301:: Die zweite Komponente (Siliziumstahl)
2, 302:: Die erste Komponente (Durchgangsstab aus sauerstofffreiem Kupfer)
3, 303:: Die dritte Komponente (Endring aus aluminiumoxiddispersionsverstärkter Kupferlegierung)
4, 204, 304:: Zweite Durchgangsbohrungen
4a, 304a: Seitenwände der zweiten Durchgangsbohrungen
5, 205, 305:: Silberlot (blattförmiges Silberlot)
5a, 205a, 305a:: Lötstelle nach dem Löten
6, 206, 306:: Nickelschicht
7, 307:: Kupferschicht
8:: Silberschicht
10, 210, 310:: Erste Durchgangsbohrungen
100, 200, 300:: Bauteile
202:: Durchgangsstab aus Aluminium
203:: Endring aus Aluminium

Claims

Lötverfahren, bei dem: an den jeweiligen Oberflächen von Bauteilen aus einer dispersionsverstärkten Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder aus sauerstofffreiem Kupfer eine Kupferplattierungsschicht durch Plattieren gebildet wird, auf dieser Kupferplattierungsschicht eine zweite Plattierungsschicht aus einem zweiten Metall durch Plattieren gebildet wird, und die Bauteile, auf denen die Kupferplattierungsschicht und die zweite Plattierungsschicht gebildet wurden, aneinander angelegt, und durch Wärmebehandlung miteinander verbunden werden.
Lötverfahren, bei dem: an den jeweiligen Oberflächen von Bauteilen aus einer dispersionsverstärkten Kupferlegierung mit darin dispergierten Keramikteilchen oder darin dispergiertem zweitem Element oder aus sauerstofffreien Kupfer eine Kupferplattierungsschicht durch Plattieren gebildet wird, auf dieser Kupferplattierungsschicht eine zweite Plattierungsschicht aus einem zweiten Metall durch Plattieren gebildet wird, und die Bauteile, auf denen die Kupferplattierungsschicht und die zweite Plattierungsschicht gebildet wurden, mit dazwischen angeordnetem Silberlot aneinander angelegt, und durch Wärmebehandlung miteinander verbunden werden.
Lötverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Keramikteilchen oder das zweite Element Al₂O₃, SiC, AIN, Si₃N₄, C, TiO₂, W oder Mo ist.
Lötverfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Metall Silber ist.
Lötverfahren nach Anspruch 2, wobei das zweite Metall Nickel oder Gold ist.
Lötverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schichtdicke der Kupferplattierungsschicht mindestens 5 μm beträgt.
Lötverfahren nach Anspruch 1, wobei die Schichtdicke der zweiten Plattierungsschicht mindestens 5 μm beträgt.
Lötverfahren nach Anspruch 2, wobei die Schichtdicke der zweiten Plattierungsschicht mindestens 1 μm beträgt.
Lötverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das oben genannte Plattieren Elektroplattieren ist.
Lötverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperatur der Wärmebehandlung höchstens 830°C beträgt.
Lötverfahren nach Anspruch 2, wobei das Silberlot BAg-8-Silberlot ist.
Lötverfahren nach Anspruch 11, wobei das Silberlot blattförmig ausgebildete Folie ist.
Bauteil, aufweisend mehrere erste, säulenförmige Komponenten aus sauerstofffreiem Kupfer, mehrere zweite, ringförmige Komponenten mit ersten Durchgangbohrungen, die jeweils den einzelnen ersten Komponenten zugeordnet sind, und mehrere dritte, ringförmige Komponenten aus einer dispersionsverstärkten Kupferlegierung, in dem Keramikteilchen oder ein zweites Element dispergiert sind, welche zweite Durchgangsbohrungen aufweisen, die jeweils den ersten Komponenten zugeordnet sind, wobei an den Oberflächen der ersten Komponenten und der dritten Komponenten jeweils eine Kupferschicht gebildet ist, und an der Oberfläche der Kupferschicht eine zweite Plattierungsschicht aus einem zweiten Metall gebildet ist, wobei die zweiten Komponenten geschichtet sind und in den ersten Durchgangsbohrungen der zweiten Komponenten die ersten Komponenten gesteckt sind, auf deren Oberfläche die Kupferschicht und die zweite Plattierungsschicht gebildet sind, und an den beiden Enden der geschichteten zweiten Komponenten mindestens eine der mit der Kupferschicht und der zweiten Plattierungsschicht versehenen dritten Komponenten angeordnet ist, in deren zweite Durchgangsbohrungen die ersten Komponenten gesteckt sind, wobei die Seitenwände der einzelnen, zweiten Durchgangsbohrungen der dritten Komponenten mit den ersten Komponenten durch Wärmebehandlung verbunden sind.
Bauteile nach Anspruch 13, wobei die Keramikteilchen oder das zweite Element Al₂O₃, SiC, AlN, Si₃N₄, C, TiO₂, W oder Mo ist.
Bauteile nach Anspruch 14, wobei die Schichtdicke der Kupferschicht mindestens 5 μm beträgt.
Bauteile nach Anspruch 15, wobei das zweite Metall Silber ist, und wobei die Schichtdicke der zweiten Plattierungsschicht mindestens 5 μm beträgt.
Bauteil nach Anspruch 15, wobei an den beiden Enden der geschichteten zweiten Komponenten, die mit der Kupferschicht und der zweiten Plattierungsschicht versehenen Stücke der dritten Komponenten angeordnet sind, in deren zweite Durchgangsbohrungen die einzelnen ersten Komponenten über Silberlot gesteckt sind, und zwischen den dritten Komponenten Silberlot platziert ist.
Bauteile nach Anspruch 17, wobei das zweite Metall Nickel oder Gold ist, und die Schichtdicke der zweiten Plattierungsschicht mindestens 1 μm beträgt.
Bauteile nach Anspruch 16 oder 18, wobei die Temperatur der Wärmebehandlung höchstens 830°C beträgt.