DE102016122896A1 - Solder paste consisting of a lead-free solder composition with high ductility and a soldering flux - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Lotpaste bestehend aus einer bleifreien Lotzusammensetzung und einem Lötflussmittel, wobei die bleifreie Lotzusammensetzung 0,02 bis 6 Gew.-% Stibium, 0,03 bis 3 Gew.-% Kupfer, 0,03 bis 8 Gew.-% Bismut, 30 bis 60 Gew.-% Indium, 0,3 bis 8 Gew.-% Silber, 5 bis 11 Gew.-% Magnesium, 0,1 bis 2 Gew.-% Scandium, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Tantal und 10 bis 45 Gew.-% Zinn und das Lötflussmittel 25 bis 32 Gew.-% Kolophonium, 5 bis 7 Gew.-% einer Mischung von Pentandisäure und 2-Fluorobenzoesäure als organischen Säuren-Aktivator, 0,2 bis 0,5 Gew.-% Alkylphenol-Polyoxyethylen als oberflächenaktiven Wirkstoff, 0,7 bis 0,8 Gew.-% 1-Octylalkohol als Entschäumungsmittel, 0,5 bis 0,7 Gew.-% Hydrochinon als Stabilisator und 20 bis 32 Gew.-% eines Monoalkyl-Propylenglycol-basierten Lösungsmittels enthält.The present invention discloses a solder paste consisting of a lead-free solder composition and a solder flux, wherein the lead-free solder composition 0.02 to 6 wt .-% Stibium, 0.03 to 3 wt .-% copper, 0.03 to 8 wt .-% Bismuth, 30 to 60% by weight of indium, 0.3 to 8% by weight of silver, 5 to 11% by weight of magnesium, 0.1 to 2% by weight of scandium, 0.1 to 1.5% by weight % Of tantalum and 10 to 45% by weight of tin and the soldering flux 25 to 32% by weight of rosin, 5 to 7% by weight of a mixture of pentanedioic acid and 2-fluorobenzoic acid as organic acid activator, 0.2 to 0.5% by weight of alkylphenol polyoxyethylene surfactant, 0.7 to 0.8% by weight of 1-octyl alcohol as a defoaming agent, 0.5 to 0.7% by weight of hydroquinone as a stabilizer and 20 to 32% by weight .-% of a monoalkyl-propylene glycol-based solvent.

Description

Technischer BereichTechnical part

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lotpaste, die eine bleifreie Lotzusammensetzung mit hoher Duktilität und ein Lötflussmittel enthält.The present invention relates to a solder paste containing a lead-free high-ductility solder composition and a soldering flux.

Technischer HintergrundTechnical background

Fahrzeugheckscheiben sind häufig mit auf dem Glas angebrachten, elektrischen Geräten, wie beispielsweise Heckscheibenheizungen, ausgestattet. Um elektrische Verbindungen zu den elektrischen Geräten herzustellen, wird standardmäßig eine metallische Beschichtung auf einer kleinen Fläche auf dem Glas aufgebracht, um eine metallisierte Oberfläche zu erhalten, die elektrisch mit dem elektrischen Gerät verbunden wird, so dass dann ein elektrischer Verbinder des elektrischen Geräts auf die metallisierte Oberfläche gelötet werden kann.Vehicle rear windows are often equipped with electrical appliances mounted on the glass, such as rear window heaters. To make electrical connections to the electrical equipment, a metallic coating is applied by default on a small area on the glass to obtain a metallized surface which is electrically connected to the electrical device, so that then an electrical connector of the electrical device to the metallized surface can be soldered.

Im Stand der Technik wird der elektrische Verbinder mit einem bleihaltigen (Pb) Lötmittel auf der metallisierten Oberfläche auf dem Glas verlötet. Aufgrund der Umweltschädlichkeit von Blei wird die Verwendung von Blei jedoch immer mehr eingeschränkt, so dass damit begonnen wurde, bleifreies Lot in Lötanwendungen zu verwenden. Zum Beispiel wird in einigen Branchen ein herkömmliches bleifreies Lötmittel mit einem hohen Zinn-(Sn)-Gehalt von mehr als 80% verwendet.In the prior art, the electrical connector is soldered to a leaded (Pb) solder on the metallized surface on the glass. However, the lead's environmental impact has reduced the use of lead and started to use lead-free solder in soldering applications. For example, in some industries, a conventional unleaded solder having a high tin (Sn) content of greater than 80% is used.

Glas kann jedoch brechen. Daher neigt das herkömmliche bleifreie Lötmittel mit hohem Zinngehalt dazu, beim Verlöten des elektrischen Gerätes auf dem Glas Risse im Glas zu verursachen. Außerdem wird das Lot beim Löten von zwei Materialien (beispielsweise Glas und Kupfer), die sich grundlegend in ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten unterscheiden, sowohl während des Abkühlens der Lötstelle als auch während der nachfolgenden Temperaturausschläge Belastungen ausgesetzt. Daher muss einerseits die zum Verlöten des elektrischen Geräts auf dem Glas geeignete Lotzusammensetzung einen Schmelzpunkt (d.h. Liquidustemperatur) haben, der niedrig genug ist, um eine Rissbildung des Kraftfahrzeugglases während des Lötvorgangs zu verhindern, da ein höherer Schmelzpunkt und eine entsprechend höhere Verarbeitungstemperatur die nachteiligen Auswirkungen des ungleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten vergrößern, da eine höhere Belastung auf das Lot während der Abkühlung wirkt. Folglich muss das Lot weiterhin eine gute Duktilität aufweisen. Andererseits muss der Schmelzpunkt der Lotzusammensetzung hoch genug sein, damit das Lot nicht während des normalen Gebrauchs des Kraftfahrzeugs anfängt zu schmelzen, beispielsweise wenn das Auto mit geschlossenen Fenstern der Sonne oder anderen extrem harten Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist.However, glass can break. Therefore, the conventional lead-free solder with a high tin content tends to cause cracks in the glass when soldering the electrical equipment on the glass. In addition, when brazing two materials (such as glass and copper) which differ fundamentally in their coefficient of thermal expansion, the solder is subjected to stress both during the cooling of the solder joint and during the subsequent temperature excursions. Therefore, on the one hand, the brazing composition suitable for brazing the electrical equipment on the glass must have a melting point (ie, liquidus temperature) low enough to prevent cracking of the automotive glass during the brazing operation, since a higher melting point and a correspondingly higher processing temperature have the adverse effects increase the uneven coefficient of thermal expansion, since a higher load on the solder during cooling acts. Consequently, the solder must continue to have good ductility. On the other hand, the melting point of the brazing composition must be high enough so that the braze does not start to melt during normal use of the motor vehicle, for example when the car is exposed to the sun or other extremely harsh environmental conditions with the windows closed.

Aus dem Stand der Technik ist bereits eine bleifreie Lotzusammensetzung mit einem Gewichtsanteil von 64,35 % - 65,65 % Indium (In), 29,7 % - 30,3 % Zinn (Sn), 4,05 % - 4,95 % Silber (Ag) und 0,25 % - 0,75 % Kupfer (Cu) (im Folgenden als „65 Indium-Lot“ bezeichnet) bekannt.A lead-free solder composition with a weight fraction of 64.35% - 65.65% indium (In), 29.7% - 30.3% tin (Sn), 4.05% - 4.95 is already known from the prior art % Silver (Ag) and 0.25% - 0.75% copper (Cu) (hereinafter referred to as "65 indium solder").

Indium enthaltende Lote haben jedoch einen viel niedrigeren Schmelzpunkt als andere Lote. Das „65 Indium-Lot“ weist beispielsweise eine Solidustemperatur von 109°C gegenüber 160°C im Falle des bleihaltigen Lots und eine Liquidustemperatur von 127°C gegenüber 224°C im Falle des bleihaltigen Lots auf. Im Allgemeinen ist ein höherer Indiumgehalt im Lot für eine geringere Solidustemperatur verantwortlich. Einige Automobilhersteller haben den Anspruch, dass die Lötstelle erhöhten Temperaturen standhalten können sollte. Dementsprechend sollte ein Lot mit Indiumgehalt eine Solidustemperatur von nicht weniger als 120°C sowie eine gute Duktilität in einem Temperaturbereich von -40°C bis 120°C aufweisen, ohne jegliche Leistungsbeeinträchtigung.However, indium-containing solders have a much lower melting point than other solders. For example, the "65 indium solder" has a solidus temperature of 109 ° C against 160 ° C in the case of the lead-containing solder and a liquidus temperature of 127 ° C against 224 ° C in the case of the lead-containing solder. In general, a higher indium content in the solder is responsible for a lower solidus temperature. Some car manufacturers claim that the solder joint should be able to withstand elevated temperatures. Accordingly, a solder having indium content should have a solidus temperature of not less than 120 ° C and a good ductility in a temperature range of -40 ° C to 120 ° C, without any performance degradation.

Sofern ferner eine Vielzahl von elektrischen Verbindern nahe nebeneinander liegen, wird sich das Löten eines elektrischen Verbinders auf den benachbarten, gelöteten elektrischen Verbinder auswirken. Daher muss das Lot eine hohe Stabilität und Duktilität aufweisen. Ansonsten wird es wahrscheinlich zu erneutem Schmelzen und Zerbrechen des benachbarten elektrischen Verbinders kommen.Further, if a plurality of electrical connectors are close together, soldering of one electrical connector will affect the adjacent soldered electrical connector. Therefore, the solder must have high stability and ductility. Otherwise, it is likely to re-melt and break the adjacent electrical connector.

Ein Lötflussmittel ist ein notwendiges Zusatzmittel beim Löten. Für die obige gewünschte Lotzusammensetzung benötigt man ein geeignetes Lötflussmittel, damit die aus der Lotzusammensetzung und dem Lötflussmittel bestehende Lotpaste während der Langzeitlagerung ihre Klebrigkeit behält. Das Lötflussmittel hinterlässt während des Lötens keine übermäßigen Rückstände, so dass die verlötete Leiterplatte leicht gesäubert werden kann.A solder flux is a necessary additive during soldering. For the above desired solder composition, a suitable soldering flux is needed so that the solder paste consisting of the solder composition and the soldering flux retains its tackiness during the long-term storage. The solder flux does not leave excess residue during soldering so that the soldered circuit board can be easily cleaned.

Zusammenfassung Summary

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lotpaste bestehend aus einer bleifreien Lotzusammensetzung und einem Lötflussmittel bereitzustellen, wobei die bleifreie Lotzusammensetzung 0,02 bis 6 Gew.-% Stibium, 0,03 bis 3 Gew.-% Kupfer, 0,03 bis 8 Gew.-% Bismut, 30 bis 60 Gew.-% Indium, 0,3 bis 8 Gew.-% Silber, 5 bis 11 Gew.-% Magnesium, 0,1 bis 2 Gew.-% Scandium, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Tantal und 10 bis 45 Gew.-% Zinn und das Lötflussmittel 25 bis 32 Gew.-% Kolophonium, 5 bis 7 Gew.-% einer Mischung von Pentandisäure und 2-Fluorobenzoesäure als organischen Säuren-Aktivator, 0,2 bis 0,5 Gew.-% Alkylphenol-Polyoxyethylen als oberflächenaktiven Wirkstoff, 0,7 bis 0,8 Gew.-% 1-Octylalkohol als Entschäumungsmittel, 0,5 bis 0,7 Gew.-% Hydrochinon als Stabilisator und 20 bis 32 Gew.-% eines Monoalkyl-Propylenglycol-basierten Lösungsmittels enthält.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a solder paste consisting of a lead-free solder composition and a soldering flux, wherein the lead-free solder composition 0.02 to 6 wt .-% stibium, 0.03 to 3 wt .-% copper, 0.03 to 8% by weight of bismuth, 30 to 60% by weight of indium, 0.3 to 8% by weight of silver, 5 to 11% by weight of magnesium, 0.1 to 2% by weight of scandium, 0.1 to 1.5% by weight of tantalum and 10 to 45% by weight of tin and the soldering flux 25 to 32% by weight of rosin, 5 to 7% by weight of a mixture of pentanedioic acid and 2-fluorobenzoic acid as organic acid activator , 0.2 to 0.5% by weight of alkylphenol polyoxyethylene surfactant, 0.7 to 0.8% by weight of 1-octyl alcohol as a defoaming agent, 0.5 to 0.7% by weight of hydroquinone as a stabilizer and 20 to 32 wt .-% of a monoalkyl-propylene glycol-based solvent.

Die bleifreie Lotzusammensetzung hat eine Solidustemperatur von nicht weniger als 120°C, weist eine gute Duktilität und Stabilität auf und ist daher zum Verlöten elektrischer Verbinder auf der metallisierten Oberfläche auf dem Glas geeignet. Ferner hat das Lötflussmittel ein hohes Netzvermögen für die bleifreien Lote. Durch die Verwendung des Lötflussmittels wird das Lot gleichmäßig verteilt und die durch das Schweißen entstandenen Rückstände sind wasserlöslich, so dass die Leiterplatte einen hohen Isolationswiderstand aufweist, nachdem das Lötflussmittel mit Wasser entfernt wurde.The lead-free solder composition has a solidus temperature of not less than 120 ° C, has good ductility and stability, and is therefore suitable for soldering electrical connectors on the metallized surface on the glass. Furthermore, the soldering flux has a high wetting power for the lead-free solders. By the use of the soldering flux, the solder is uniformly distributed and the residues resulting from the welding are water-soluble, so that the printed circuit board has a high insulation resistance after the soldering flux has been removed with water.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDetailed Description of the Preferred Embodiments

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es sollte verstanden werden, dass die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dienen, diese aber nicht einschränken.The present invention will be explained in more detail below with reference to some embodiments. It should be understood that the specific embodiments described herein are merely illustrative of, but not limited to, the present invention.

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Lotpaste mit einer bleifreien Lotzusammensetzung und einem Lötflussmittel, die zum Löten von elektrischen Elementen auf Glas geeignet ist. Veranschaulichend kommt ein solches Löten bei der Herstellung von Heckscheiben eines Autos zur Anwendung, wobei eine Scheibenheizung bestehend aus elektrisch widerstandsfähigen Heizleitungen entweder in die Heckscheibe eingebettet oder auf der Innenseite der Heckscheibe angebracht wird. Die Heizleitungen sind elektrisch mit einem Paar elektrischer Kontaktleisten (d.h. elektrische Kontaktflächen, auch Stromschienen genannt) verbunden, die sich auf der Innenseite der Heckscheibe befinden. Die elektrischen Kontaktleisten können eine leitfähige Beschichtung auf der Innenseite der Heckscheibe aufweisen. Üblicherweise bestehen die elektrischen Kontaktleisten aus silberhaltigem Material.The present invention discloses a solder paste having a lead-free solder composition and a solder flux suitable for soldering electrical elements to glass. Illustratively, such brazing is used in the manufacture of rear windows of a car, wherein a window heater consisting of electrically resistant heating cables is either embedded in the rear window or mounted on the inside of the rear window. The heating lines are electrically connected to a pair of electrical contact strips (i.e., electrical contact surfaces, also called busbars) located on the inside of the rear window. The electrical contact strips may have a conductive coating on the inside of the rear window. Usually, the electrical contact strips made of silver-containing material.

Um das Problem im Stand der Technik zu überwinden, sieht eine Ausführungsform der Erfindung eine Lotpaste mit einer bleifreien Lotzusammensetzung und einem Lötflussmittel vor, die 0,02 bis 6 Gew.-% Stibium, 0,03 bis 3 Gew.-% Kupfer, 0,03 bis 8 Gew.-% Bismut, 30 bis 60 Gew.-% Indium, 0,3 bis 8 Gew.-% Silber, 5 bis 11 Gew.-% Magnesium, 0,1 bis 2 Gew.-% Scandium, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Tantal und 10 bis 45 Gew.-% Zinn enthält. Das Lötflussmittel enthält 25 bis 32 Gew.-% Kolophonium, 5 bis 7 Gew.-% einer Mischung von Pentandisäure und 2-Fluorobenzoesäure als organischen Säuren-Aktivator, 0,2 bis 0,5 Gew.-% Alkylphenol-Polyoxyethylen als oberflächenaktiven Wirkstoff, 0,7 bis 0,8 Gew.-% 1-Octylalkohol als Entschäumungsmittel, 0,5 bis 0,7 Gew.-% Hydrochinon als Stabilisator und 20 bis 32 Gew.-% eines Monoalkyl-Propylenglycol-basierten Lösungsmittels.To overcome the problem in the prior art, an embodiment of the invention provides a solder paste having a lead-free solder composition and a soldering flux containing 0.02 to 6 wt% stibium, 0.03 to 3 wt% copper, 0 , From 3 to 8% by weight bismuth, from 30 to 60% by weight indium, from 0.3 to 8% by weight silver, from 5 to 11% by weight magnesium, from 0.1 to 2% by weight scandium, 0.1 to 1.5 wt .-% tantalum and 10 to 45 wt .-% tin. The soldering flux contains from 25 to 32% by weight of rosin, from 5 to 7% by weight of a mixture of pentanedioic acid and 2-fluorobenzoic acid as organic acid activator, from 0.2 to 0.5% by weight of alkylphenol-polyoxyethylene as surfactant , 0.7 to 0.8% by weight of 1-octyl alcohol as a defoaming agent, 0.5 to 0.7% by weight of hydroquinone as a stabilizer, and 20 to 32% by weight of a monoalkylpropylene glycol-based solvent.

In der Ausführungsform enthält die bleifreie Lotzusammensetzung Scandium und Tantal, wobei Scandium den Effekt hat, Korngrößen zu verringern sowie die Rekristallisierungstemperatur anzuheben. Ferner kann es die Duktilität und Stabilität des Lots verbessern, während Tantal sich durch einen hohen Schmelzpunkt, hohe Festigkeit und starke Korrosionsbeständigkeit auszeichnet und die Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Lots verbessern kann. Ferner kann es eine Rissbildung an der Lötstelle verhindern und erhöht die Solidustemperatur der Lotzusammensetzung, so dass diese in einem Bereich von 120°C bis 135°C und die Liquidustemperatur der Lotzusammensetzung in einem Bereich von 130°C bis 145°C liegt.In the embodiment, the lead-free solder composition contains scandium and tantalum, with scandium having the effect of decreasing grain sizes as well as raising the recrystallization temperature. Furthermore, it can improve the ductility and stability of the solder, while tantalum is characterized by a high melting point, high strength and strong corrosion resistance and can improve the strength, temperature resistance and corrosion resistance of the solder. Further, it can prevent cracking at the soldering site and increases the solidus temperature of the solder composition to be in a range of 120 ° C to 135 ° C and the liquidus temperature of the solder composition in a range of 130 ° C to 145 ° C.

In einigen Ausführungsformen kann die bleifreie Lotzusammensetzung 1 bis 1,2 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,1 Gew.-% Scandium enthalten.In some embodiments, the lead-free solder composition may contain 1 to 1.2 wt%, more preferably 1.1 wt% scandium.

In einigen Ausführungsformen kann die bleifreie Lotzusammensetzung 1,1 bis 1,3 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,2 Gew.-% Tantal enthalten. In some embodiments, the lead-free solder composition may contain 1.1 to 1.3 wt%, more preferably 1.2 wt% tantalum.

In einigen Ausführungsformen kann die bleifreie Lotzusammensetzung 3 bis 4 Gew.- % Stibium und 4 bis 5 Gew.- % Bismut enthalten.In some embodiments, the lead-free solder composition may contain 3 to 4 wt% stibium and 4 to 5 wt% bismuth.

In einigen Ausführungsformen kann die bleifreie Lotzusammensetzung 6 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 7 bis 9 Gew.-%, besonders bevorzugt 8 Gew.-% Magnesium enthalten. In einigen anderen Ausführungsformen kann die bleifreie Lotzusammensetzung 8 bis 9 Gew.-% Magnesium enthalten.In some embodiments, the lead-free solder composition may contain 6 to 10 wt%, preferably 7 to 9 wt%, most preferably 8 wt% magnesium. In some other embodiments, the lead-free solder composition may contain 8 to 9 wt% magnesium.

Das Monoalkyl-Propylenglycol-basierte Lösungsmittel kann Butyl-Propylen-Triglycol oder Butyl-Propylen-Diglycol sein und kann die Reaktion des Aktivators mit in der Lotlegierung enthaltenem Metall hemmen, wodurch die Bildung von Metallsalz verhindert wird.The monoalkyl propylene glycol based solvent may be butyl propylene triglycol or butyl propylene diglycol, and may inhibit the reaction of the activator with metal contained in the solder alloy, thereby preventing the formation of metal salt.

Wie oben erwähnt, weist die bleifreie Lotzusammensetzung in der erfindungsgemäßen Lotpaste eine Solidustemperatur im Bereich von 120°C bis 135°C und eine Liquidustemperatur im Bereich von 130°C bis 145°C auf. Die Solidustemperatur wird praktisch als die Temperatur definiert, bei welcher eine Legierung zu schmelzen beginnt. Unterhalb der Solidustemperatur ist die Substanz vollständig fest, ohne Schmelzphase. Die Liquidustemperatur ist die maximale Temperatur, bei der Kristalle (ungeschmolzenes Metall oder eine Legierung) mit der Schmelze koexistieren können. Oberhalb der Liquidustemperatur ist das Material homogen, besteht nur aus Schmelze. Die Verarbeitungstemperatur des Lotes ist um eine Anzahl von Graden, die durch die Löttechnik bestimmt wird, höher als die Liquidustemperatur.As mentioned above, the lead-free solder composition in the solder paste of the present invention has a solidus temperature in the range of 120 ° C to 135 ° C and a liquidus temperature in the range of 130 ° C to 145 ° C. The solidus temperature is defined practically as the temperature at which an alloy begins to melt. Below the solidus temperature, the substance is completely solid, without melting phase. The liquidus temperature is the maximum temperature at which crystals (unmelted metal or alloy) can coexist with the melt. Above the liquidus temperature, the material is homogeneous, consisting only of melt. The processing temperature of the solder is higher than the liquidus temperature by a number of degrees determined by the soldering technique.

Die erfindungsgemäße Lotzusammensetzung ist bleifrei und hat eine Arbeitstemperatur, die höher ist als diejenige anderer Lote der gleichen Art, welche üblicherweise bei 105°C liegt. Außerdem hat die erfindungsgemäße Lotzusammensetzung eine viel bessere Duktilität und Stabilität im Vergleich zu der im Stand der Technik vorhanden bleifreien Lotzusammensetzung.The solder composition according to the invention is lead-free and has a working temperature which is higher than that of other solders of the same type, which is usually 105 ° C. In addition, the solder composition according to the invention has much better ductility and stability compared to the lead-free solder composition of the prior art.

Die Kombination von Bismut und Kupfer mit anderen Elementen verbessert die Gesamtleistung der Lotzusammensetzung, einschließlich einer erwarteten Erhöhung der Arbeitstemperatur des Lotes und eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Lotes unter bestimmten Bedingungen.The combination of bismuth and copper with other elements improves the overall performance of the brazing composition, including an expected increase in the working temperature of the braze and an improvement in the mechanical properties of the braze under certain conditions.

In einigen Ausführungsformen kann die bleifreie Lotzusammensetzung eine Solidustemperatur im Bereich von 120°C bis 135°C aufweisen.In some embodiments, the lead-free solder composition may have a solidus temperature in the range of 120 ° C to 135 ° C.

In einigen Ausführungsformen kann die bleifreie Lotzusammensetzung ferner eine Liquidustemperatur im Bereich von 130°C bis 145°C aufweisen.In some embodiments, the lead-free solder composition may further have a liquidus temperature in the range of 130 ° C to 145 ° C.

In einigen Ausführungsformen kann die bleifreie Lotzusammensetzung 3 bis 4 Gew.-% Stibium enthalten.In some embodiments, the lead-free solder composition may contain 3 to 4 wt% stibium.

In einigen Ausführungsformen kann die bleifreie Lotzusammensetzung 4 bis 5 Gew.-% Bismut enthalten.In some embodiments, the lead-free solder composition may contain from 4 to 5 weight percent bismuth.

Die erfindungsgemäße bleifreie Lotzusammensetzung weist eine Solidustemperatur von nicht weniger als 120°C auf, hat eine gute Duktilität und Stabilität und ist somit zum Verlöten von elektrischen Verbindern auf einer metallisierten Oberfläche auf dem Glas geeignet.The lead-free solder composition of the present invention has a solidus temperature of not less than 120 ° C, has good ductility and stability, and thus is suitable for soldering electrical connectors on a metallized surface on the glass.

Im Folgenden wird nunmehr die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Lotpaste, Rissbildung an der Lötstelle zu vermeiden, durch Gegenüberstellung der Ausführungsformen der Erfindung und einigen Vergleichsbeispielen, siehe Tabelle 1 unten, näher beschrieben. Tabelle 1 Ausführungsform 1 Ausführungsform 2 Ausführungsform 3 Ausführungsform 4 Ausführungsform 5 Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2 Inhalt (in Gew.-%) Stibium 1 2,3 4 4,3 5 4 5 Kupfer 0,1 0,5 1 1,4 2 1 2 Bismut 0,5 1,5 3 5 7 3 5 Indium 30 35 40 50 60 40 50 Silber 0,5 1,5 2,5 4 6 2,5 4 Magnesium 5 7 8 9 10 8 9 Scandium 0,1 0,5 1 1,2 2 0,05 2,5 Tantal 0,1 0,4 0,8 1,1 1,5 0,05 2 Zinn 10 20 25 30 40 30 40 Rissbildung √ √ √ √ √ × × Duktilität gut gut gut gut gut mangelhaft mangelhaft In the following, the ability of the solder paste according to the invention to avoid crack formation at the solder joint will now be described in more detail by comparing the embodiments of the invention and some comparative examples, see Table 1 below. Table 1 Embodiment 1 Embodiment 2 Embodiment 3 Embodiment 4 Embodiment 5 Comparative Example 1 Comparative Example 2 Content (in% by weight) Stibium 1 2.3 4 4.3 5 4 5 copper 0.1 0.5 1 1.4 2 1 2 bismuth 0.5 1.5 3 5 7 3 5 indium 30 35 40 50 60 40 50 silver 0.5 1.5 2.5 4 6 2.5 4 magnesium 5 7 8th 9 10 8th 9 scandium 0.1 0.5 1 1.2 2 0.05 2.5 tantalum 0.1 0.4 0.8 1.1 1.5 0.05 2 tin 10 20 25 30 40 30 40 cracking √ √ √ √ √ × × ductility Good Good Good Good Good inadequate inadequate

Bemerkung:

  • √ : Rissbildung an angrenzender Lötstelle tritt während des Lötens NICHT auf
  • X :Rissbildung an angrenzender Lötstelle tritt während des Lötens auf
Comment:
  • √: Cracking on adjacent joint does NOT occur during soldering
  • X: Cracking on adjacent solder joint occurs during soldering

Wie aus der obigen Tabelle ersichtlich ist, kann Rissbildung an der durch die erfindungsgemäße bleifreie Lotzusammensetzung gebildeten Lötstelle in den nachfolgenden Prozessen vermieden werden, wenn Scandium in einer Menge von 0,1 bis 2 Gew.-% in der Lotzusammensetzung enthalten ist. Wenn Scandium jedoch in einer Menge von weniger als 0,1 Gew.-% oder mehr als 2 Gew.-% in der Lotzusammensetzung enthalten ist, ist die Fähigkeit des Lotes, Rissbildung zu vermeiden, herabgesetzt. Wenn zusätzlich Tantal in einer Menge von 0,1 bis 1,5 Gew.-% in der Lotzusammensetzung enthalten ist, hat die durch die erfindungsgemäße bleifreie Lotzusammensetzung gebildete Lötstelle eine gute Duktilität. Wenn Tantal jedoch in einer Menge von weniger als 0,1 Gew.-% oder mehr als 1,5 Gew.-% in der Lotzusammensetzung enthalten ist, ist die Duktilitätsleistung des Lotes herabgesetzt.As is apparent from the above table, cracking of the solder joint formed by the lead-free solder composition of the present invention can be avoided in the subsequent processes when scandium is contained in the solder composition in an amount of 0.1 to 2% by weight. However, when scandium is contained in the solder composition in an amount of less than 0.1% by weight or more than 2% by weight, the ability of the solder to prevent cracking is lowered. In addition, when tantalum is contained in the solder composition in an amount of 0.1 to 1.5% by weight, the solder joint formed by the lead-free solder composition of the present invention has good ductility. However, when tantalum is contained in the solder composition in an amount of less than 0.1% by weight or more than 1.5% by weight, the ductility performance of the solder is lowered.

HochtemperaturlagertestHigh-temperature storage test

Die Duktilitätsleistung der in den Ausführungsformen der Erfindung beschriebenen Lotpaste wird durch einen Hochtemperaturlagertest getestet. In diesem Test wurde die Temperatur einer Klimakammer bei konstant 120°C gehalten. Ein elektrischer Verbinder und eine metallisierte Oberfläche, auf welcher der elektrische Verbinder mit Hilfe des erfindungsgemäßen Lotes verlötet wurde, wurden in die Klimakammer gelegt und ein Gewicht von 6 Newton wurde für 24 Stunden an den elektrischen Verbinder gehängt. Nach Ablauf der 24 Stunden wurde an dem elektrischen Verbinder mit einer Kraft von 50 N mit Hilfe eines digitalen Kraftmessers 3 Sekunden lang (bei Raumtemperatur) gezogen. Während des Tests trat keine Trennung des elektrischen Verbinders in Form von Rissbildung auf.The ductility performance of the solder paste described in the embodiments of the invention is tested by a high temperature storage test. In this test, the temperature of a climate chamber was kept constant at 120 ° C. An electrical connector and a metallized surface on which the electrical connector was soldered by means of the solder according to the invention were placed in the climatic chamber and a weight of 6 Newtons was hung on the electrical connector for 24 hours. At the end of the 24 hours, the electrical connector was pulled with a force of 50 N using a digital force gauge for 3 seconds (at room temperature). During the test, no separation of the electrical connector occurred in the form of cracking.

Es wird angemerkt, dass die bevorzugten Ausführungsformen und die angewandten Technologieprinzipien der vorliegenden Erfindung oben lediglich beschrieben werden. Es sollte dem Fachmann klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte, hierin beschriebene Ausführungsformen beschränkt ist. Verschiedene offensichtliche Abänderungen, Anpassungen und Alternativen können durch Fachleute vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher ist die vorliegende Erfindung, obwohl diese detailliert in den obigen Ausführungsformen beschrieben ist, nicht ausschließlich auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann ferner mehrere andere äquivalente Ausführungsformen umfassen, ohne von dem Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung unterliegt den beigefügten Patentansprüchen.It is noted that the preferred embodiments and the applied technology principles of the present invention are described above only. It should be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to particular embodiments described herein. Various obvious modifications, adaptations and alternatives may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Therefore, although the present invention is described in detail in the above embodiments, it is not limited to the above embodiments only, but may further include various other equivalent embodiments without departing from the spirit of the present invention. The scope of the present invention is subject to the appended claims.

Claims (5)

Eine Lotpaste bestehend aus einer bleifreien Lotzusammensetzung und einem Lötflussmittel, wobei die bleifreie Lotzusammensetzung 0,02 bis 6 Gew.-% Stibium, 0,03 bis 3 Gew.-% Kupfer, 0,03 bis 8 Gew.-% Bismut, 30 bis 60 Gew.-% Indium, 0,3 bis 8 Gew.-% Silber, 5 bis 11 Gew.-% Magnesium, 0,1 bis 2 Gew.-% Scandium, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Tantal und 10 bis 45 Gew.-% Zinn umfasst, wobei das Lötflussmittel 25 bis 32 Gew.-% Kolophonium, 5 bis 7 Gew.-% einer Mischung von Pentandisäure und 2-Fluorobenzoesäure als organischen Säuren-Aktivator, 0,2 bis 0,5 Gew.-% Alkylphenol-Polyoxyethylen als oberflächenaktiven Wirkstoff, 0,7 bis 0,8 Gew.-% 1-Octylalkohol als Entschäumungsmittel, 0,5 bis 0,7 Gew.-% Hydrochinon als Stabilisator, und 20 bis 32 Gew.-% eines Monoalkyl-Propylenglycol-basierten Lösungsmittels enthält.A solder paste consisting of a lead-free solder composition and a soldering flux, wherein the lead-free solder composition 0.02 to 6 wt .-% stibium, 0.03 to 3 wt .-% copper, 0.03 to 8 wt .-% bismuth, 30 bis 60% by weight indium, 0.3 to 8% by weight of silver, 5 to 11% by weight of magnesium, 0.1 to 2% by weight of scandium, 0.1 to 1.5% by weight of tantalum and 10 to 45% by weight of tantalum. % Tin, the soldering flux comprising from 25 to 32% by weight of rosin, from 5 to 7% by weight of a mixture of pentanedioic acid and 2-fluorobenzoic acid as organic acid activator, from 0.2 to 0.5% by weight of alkylphenol Polyoxyethylene surfactant, 0.7 to 0.8% by weight of 1-octyl alcohol as defoaming agent, 0.5 to 0.7% by weight of hydroquinone as stabilizer, and 20 to 32% by weight of a monoalkyl-propylene glycol contains based solvent. Die Lotpaste nach Anspruch 1 umfassend 1 bis 1,2 Gew.-% Scandium.The solder paste after Claim 1 comprising 1 to 1.2% by weight of scandium. Die Lotpaste nach Anspruch 1 umfassend 1,1 bis 1,3 Gew.-% Tantal.The solder paste after Claim 1 comprising 1.1 to 1.3 wt .-% tantalum. Die Lotpaste nach Anspruch 1, wobei die bleifreie Lotzusammensetzung eine Solidustemperatur im Bereich von 120°C bis 135°C aufweist.The solder paste after Claim 1 wherein the lead-free solder composition has a solidus temperature in the range of 120 ° C to 135 ° C. Die Lotpaste nach Anspruch 1, wobei das Monoalkyl-Propylenglycol-basierte Lösungsmittel Butyl-Propylen-Triglycol oder Butyl-Propylen-Diglycol ist.The solder paste after Claim 1 wherein the monoalkyl-propylene glycol based solvent is butyl-propylene-triglycol or butyl-propylene-diglycol.
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