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Flußmittel für Weichlote Lötungen in der Elektroindustrie und anderen
Industriezweigen werden in zunehmendem Maße in Fließbandarbeit und in großen Serien
ausgeführt. Da derartige Präzisionslötungen in rascher Folge nacheinander vorgenommen
weiden, sind die Ansprüche an das zur Verwendung gelangende Lötmittel hoch.
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Das Lötmittel enthält üblicherweise ein Flußmittel, welches eine gute
Ausbreitung des geschmolzenen Lötmetalls bei Löttemperatur auf allen gebräuchlichen
Metallen, wie Kupfer, Messing, Blei oder Zink, bewirkt. Ferner muß das Flußmittel
durch Entfernung der Oxydhaut oder ähnlicher Oberflächenschichten eine gute Verbindung
zwischen Löt- und Grundmetall ermöglichen, und schließlich soll es eine Schutzschicht
ausbilden, die den Luftzutritt verhindert.
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Bei Berührung mit dem Lötwerkzeug, z. B. dem Lötkolben, muß das ein
Flußmittel enthaltende Lötmetall wegen des geforderten schnellen Ablaufs der Arbeitsgänge
in möglichst kurzer Zeit fließen und nach der Lötung eine möglichst große Fläche
bedecken.
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Die gebildete Schutzschicht soll nach dem Lötvorgang bestehenbleiben,
sie darf nicht hygroskopisch sein und keine korrosionsfördernden Stoffe enthalten.
Bei dem Lötvorgang dürfen keine gesundheitsschädlichen Nebenwirkungen, z. B. durch
Auftreten giftiger Dämpfe oder Verspritzen, auftreten, und schließlich soll die
fertige Lötstelle eine saubere Oberfläche bieten.,
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Die heute gebräuchlichen Flußmittel genügen den Anforderungen nur
zum Teil. Sie bestehen meist aus einer Trägerkomponente und einem Aktivierungsmittel.
Als Trägersubstanz dienen Harze oder Wachse; vorzugsweise wird Kolophonium verwendet,
das als leicht schmelzbares Harz sowohl während als auch nach der Lötung den notwendigen
Luft- und Feuchtigkeitsabschluß ergibt. Die Schutzschicht läßt sich nach der Lötung
im Bedarfsfall leicht beseitigen, gestattet aber auch durch ihre leichte Aufschmelzbarkeit
ein direktes Nachlöten.
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Als Aktivierungsmittel oder Aktivator eignen sich Stoffe, die einerseits
eine Beizwirkung auf die Metalloberfläche ausüben, andererseits nach Erfüllung ihrer
Aufgaben zu unschädlichen Gasen zerfallen oder zumindest inaktiv in der Trägersubstanz
verbleiben. Es sind bereits zahlreiche Aktivierungsmittel vorgeschlagen worden,
unter anderem auch halogenwasserstoffsaure Salze verschiedener organischer Amine.
Die Salze von aliphatischen, primären oder sekundären Aminen mit niedriger Kohlenstoffzahl
erwiesen sich als ungeeignet wegen ihrer stark hygroskopischen Eigenschaften. Lötdrähte,
die im Flußmittel derartige Aktivatoren enthalten, spritzen beim Löten, und nach
dem Löten ließen sich schon nach kurzer Zeit erhebliche Korrosionsschäden am Grundmetall
erkennen.
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Die höherkohlenstoflhaltigen aliphatischen Amine lassen sich zwar
gut in das Härz einbringen, beim Löten erfolgt die Abspaltung der Halogenwasserstoffsäuren
aber nur zögernd und erst bei so hoher Temperatur, daß die Harzanteile vorher beginnen,
sich zu zersetzen. Schon dadurch wird eine gute Ausbreitung des Lötmittels verhindert.
Der Geruch solcher Verbindungen ist zudem so aufdringlich, daß ihre Verwendung schon
aus diesem Grunde nicht in Frage kommt.
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Auch quartäre Ammoniumverbindungen reagieren zu träge. Salze aromatischer
Amine werden zwar als Aktivatoren angewendet, sind aber nur unzureichend mit Kolophonium
mischbar, beginnen sich schon beim Zusammenschmelzen mit dem Harz und bei der Einbringung
des Flußmittels in den Lötdraht zu zersetzen und zeigen beim Löten mehr oder minder
starke Geruchsbelästigung; dies gilt insbesondere für die Toluidine und Anilin.
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Zum Löten verschiedener Metalle, insbesondere von Aluminium, sind
schon Borfluoridkomplexe verschiedener Alkanolamine als Aktivatoren vorgeschlagen
worden, die jedoch in Verbindung mit Kolophonium als Träger nicht den Forderungen
genügen, die an ein modernes Schnell-Lot zu stellen sind.
Es wurde
nun gefunden, daß N,N-disubstituierte Alkanolamine in Form von halogenwasserstoffsauren
Salzen als Aktivatoren die geschilderten Nachteile nicht aufweisen und daß die mit
Zusatz dieser Verbindungen hergestellten Flußmittel den eingangs geschilderten Forderungen
gerecht werden.
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Als besonders geeignet erwiesen sich Alkanolamine, bei denen die Substituenten
des Stickstoffatoms 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthalten. Solche Aktivatoren sind
in den geschmolzenen Trägersubstanzen klar oder kolloidal löslich. Sedimentation
oder Entmischung tritt auch dann nicht ein, wenn das Flußmittel längere Zeit geschmolzen
bleibt. Beim Einbringen des Flußmittels in den Lötdraht erwiesen sie sich auch über
längere Zeit gegen Temperaturen von 130 bis 150° C so beständig, daß sich nicht
einmal die Farbe des Harzes veränderte. Die bisher bekannten Aktivatoren wurden
bei diesen Temperaturen stets zum Teil zersetzt oder verdampften. Durch die hervorragende
Beständigkeit ist ein gleichmäßiger Gehalt des Aktivators im Flußmittel gewährleistet.
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Die nach der Erfindung als Aktivator in Lötmitteln dienenden N,N-disubstituierten
Alkanolamine lassen keine hygroskopischen Eigenschaften erkennen und besitzen beim
Löten keinen unangenehmen Geruch. Sie erreichen bei der Löttemperatur von 300 bis
360° C das Maximum an Wirksamkeit und sind für alle üblichen Grundmetalle gleich
gut geeignet. Sie ergeben ein sauberes Lötbild und hinterlassen nach der Verarbeitung
das Flußmittel als glasklare, helle und etwas plastische Rückstände.
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Die- Flußmittel mit den erfindungsgemäßen Aktivierungsmitteln können
bei allen bekannten Anwendungsarten eingesetzt werden. Sie können in dem Lötdraht
als Seele enthalten sein oder mit dem Metallstaub als Pulver oder in Pasten benutzt
werden oder als Löttinktur oder Lötöl in Lösung zur Unterstützung des Lötens dienen.
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Geeignet im Sinne der Erfindung sind z. B. die folgenden Verbindungen,
deren Zahl sich leicht beliebig vermehren läßt:
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Dimethyläthanolamin, Diäthyläthanolamin, Dibutyläthanolamin, Dimethyhsopropanolamin,
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Dimethylbutanolamin, Phenyläthyläthanolamin, Diphenyläthanolamin.
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In Tabelle 1 sind die Ergebnisse von Versuchslötungen mit zwei der
erfindungsgemäßen Aktivatoren der salzsauren Salze von N,N-Dimethylisopropanolamin
und NN-Diäthyläthanolamin im Vergleich mit dem zur Zeit gebräuchlichen Anilinhydrochlorid
aufgeführt.
Tabelle 2 zeigt bei den zwei Modellsubstanzen die Abnahme des Chloridgehaltes
bei starker Erwärmung auf sich in 10-Minuten-Intervallen um je 10° C erhöhenden
Temperaturen zwischen 100 und 200° C.
Tabelle 3 zeigt die Abnahme des Chloridgehaltes bei langdauernder Erwärmung der
Modellsubstanzen auf 120° C.
| Tabelle 3 |
| Abnahme des Chloridgehaltes in Abhängigkeit |
| von Zeit, Temperatur 120°C |
| Dimethyl- Diäthyl- Anilinhydro- |
| isopropanol- äthanol- |
| C Stunden annn ' H Cl amin - H Cl CIc-Gehalt |
| CI--Gehalt CI--Gehalt |
| °/° °/° °/o |
| 20 0 2,00 2,00 2,00 |
| 120 0,5 1,98 1,88 1,92 |
| 120 1,0 1,99 1,83 1,87 |
| 120 1,5 2,03 1,85 1,72 |
| 120 2,0 1,96 1,80 1,53 |
| 120 2,5 1,70 1,83 1,45 |
| 120 3,0 1,56 1,97 1,34 |
| 120 3,5 - - - 1,15 |