DE1521489A1

DE1521489A1 - Process for the production of tin layers of medium thickness on copper wires

Info

Publication number: DE1521489A1
Application number: DE19651521489
Authority: DE
Inventors: Fidos Dipl-Ing Henryk; Dr Horst Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-12-30
Filing date: 1965-12-30
Publication date: 1969-08-21

Description

Verfahren zum Hers te-_en _ von Zinnschichten ml t rer Dic:.e auf Kanferir *Uten .Die Erf ? ndung bezieh-%. sich auf ein-Verfahren zum Hers -jelien einer :;'::nschicnt der mittleren Dicke von 2 bis ;0"um auf I?rähten 4ue Kupfer oder Kupferlegierungen durch Feuerverz_'nnen. . Der Erfindung :liegt die Aufgabe zugrunde, das oekannte Feuerver- zinnungsverfahren so auszu -es tal ten, du:3 zu cke bzw. zu dünne' . Zinnschichten und insbesondere aubh die stürzen öchichtdickeneQhwan- kungen entlang des Ümfanbes und der Drahtlänge vermieden werden! Hierfür sind bei den bekannten Vorrichtungen keine Vorkehrungen getroffen. Nach den bekannten Verfahren wird der Zinnüberzug auf einen Draht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung von kreisrundem Querschnitt in einem Zinnbad aufgebracht, und nachfolgend passiert der. Draht eine Kalibrierdiise. Es tritt hierbei insbesondere bei kleinen Querschnitten der sogenannte Mondsicheleffekt auf und darüberhinaus treten starke Schichtdiekenschwankungen entlang des Umfanges und der Drahtlänge auf, obwohl die mittlere Zinnmenge auf die gesamte Oberfläche des Drahtes bezogen hinreichend der z.H. einer Schichtdickenforderung 5 ± 2/um entspricht. Ferner lassen sich die dünn. verzinnten Kupferdrähte mit einer Zinnschichtdicke von 0,5/um bereits nach verhältnismäßig kurzer Lagerzeit schon nicht mehr einwandfrei löten. Weitere Nachteile bei der Lötung verursacht eine Diffusionsschicht, die zwischen Kupfer und der Zinnschicht entsteht und eine Oberflächenschicht, die sich bei der Lagerung ausbildet. Procedure for Hers te-_en _ of tin layers ml t rer Dic: .e on Kanferir * Uten .The result? nding or%. focus on a method for Hers -jelien one :; ':: nschicnt the average thickness from 2 to; 0 "around on I? rähten 4ue Copper or copper alloys by hot-dip galvanizing. . The invention: is based on the object of the above-mentioned fire prevention The tin-plating process should be designed in such a way that you: 3 too thick or too thin '. Layers of tin, and in particular the plunging layers of Qhwan- kings along the overhang and the length of the wire must be avoided! There are no provisions for this in the known devices met. According to the known method, the tin coating is applied a wire made of copper or a copper alloy of circular Cross-section applied in a tin bath, and then happened the. Wire a calibration die. It is particularly important here small cross-sections the so-called crescent moon effect on and In addition, there are strong fluctuations in the layer thickness along the circumference and the length of the wire, although the average amount of tin based on the entire surface of the wire corresponds sufficiently to a layer thickness requirement of 5 ± 2 μm. Furthermore, the can be thin. Tin-plated copper wires with a tin layer thickness of 0.5 μm can no longer be soldered properly after a relatively short storage time. Further disadvantages during soldering are caused by a diffusion layer that forms between the copper and the tin layer and a surface layer that forms during storage.

Die geschilderte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daB vor dem Verzinnen die Oberfläche mit Nuten und Feldern versehen wird und daß die Verzinnung und die weitere Bearbeitung in an sich bekannter Weise durchgeführt wird.The object described is achieved according to the invention in that the surface is provided with grooves and fields before tinning and that the tinning and further processing are carried out in a manner known per se.

In einigen Fällen ist es von Vorteil= einen Draht zu verwenden, bei den die Nuten und Felder spiralig ausgeführt sind.In some cases it is advantageous = to use a wire for the grooves and fields are designed in a spiral.

Vorzugsweise wird der rundgezogene Draht, der im Anlieferungszustand aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen kann, durch eine Feuerverzinnungsanlage, die eine der Profildüse vorgeschaltete Drahtglühe enthält, geleitet. Der Draht, in welchen nach Verlassen der Profildüse Nuten und Felder gezogen sind, passiert dann ein Zinnbad und einer Abstreifer oder eine Abstreifdüse von kreisrundem Querschnitt. Durch das in den Nuten aufgenommene Zinn wird-die Oberfläche des Kupferdrahtes weitgehend ausgeglichen. Es verbleibt jedoch bt:i Verwendung eines Abstreifers zwischen zwei elastischen Materialien eine Welligkeit der Oberfläche erhalten. The round wire, which can be made of copper or a copper alloy in the delivery state, is preferably passed through a hot-dip tinning system that contains an annealing wire upstream of the profile nozzle. The wire, which are drawn in after exiting the profile die grooves and fields, then passes a tin bath and a stripper, or a stripping nozzle of circular cross-section. The surface of the copper wire is largely evened out by the tin accommodated in the grooves. However, the following remains: i Using a scraper between two elastic materials will result in a waviness of the surface.

Diese Welligkeit der verzinnten Drahtoberfläche ist bei Kunststoff umspritzten Drähten besonders günstig. Die Verankerung zwischen dem Draht und der umspritzten Haut ist besondere gut. Auch beim Löten in Lötautomaten hat die leicht wellige Oberfläche Vorteile, da in kleinen Abständen Zinn ausreichender Dicke vorhanden ist. Drähte mit 2 bis 90@üm Zinnsehichtdicke lassen sich in kürzester Zeit ein- wandfrei löten. Darüberhinaus wird eine erhebliche Zinneinsparung erreicht im Vergleich zu einem Runddraht, der eine gleichmäßig dicke Zinnschicht aufweisen würde. This waviness of the tinned wire surface is particularly favorable in the case of wires overmolded with plastic. The anchoring between the wire and the encapsulated skin is particularly good. Also, during soldering in soldering machines has the slightly wavy surface advantages because at small intervals tin sufficient thickness is available. Wires with 2 to 90 @ üm Zinnsehichtdicke can be quickly switched solder perfectly. In addition, a considerable tin saving is achieved compared to a round wire, which would have a uniformly thick tin layer .

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Zinnschicht enger Dickentoleranz erhalten. Die Zinn$ehicht zeichnet sich insbesondere durch Gleichmäßigkeit entlang dem Kupferdraht aus. Nach den bekannten Verfahren konnten so gleichmäßige Zinnschiehtdicken nicht erhalten werden. Der ertindungegemäB erhaltene verzinnte Kupferschaltdraht wird von Weichloten gut benetzt. Eine einwandfreie Benetzung in kurzer Zeit ist insbesondere bei der Weichlötung von verzinnten Kupferschalt- und -blankdrähten in Lötautomaten äußerst wichtig. According to the method according to the invention , a tin layer with a narrow thickness tolerance is obtained. The tin layer is characterized in particular by its uniformity along the copper wire. According to the known processes, it was not possible to obtain uniform tin layers in this way. The tin-plated copper wire obtained according to the invention is well wetted by soft solders. Proper wetting in a short time is extremely important especially in the case of solder of tinned Kupferschalt- and -blankdrähten in soldering machines.

Die für das Peuerverzinnen dienende Vorrichtung weist ein Zinnbad auf, durch welches der Draht geleitet wird. Dabei ist diese Vor- . The serving for the Peuerverzinnen device comprises a tin bath, through which the wire is passed. Here is this advantage .

richtung vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß vor oder nach der Drahtglühe eine Profildüse angeordnet ist. Diese hat eine ganz bestimmte Quereathnittsform. Sie hat erfindungsgemäß mindestens drei Züge und Felder, die eich im Niveauunterschied um die gewünschte Zinnschichtdicke unterscheiden. Duroh das Glühen wird die hohe Hirte der Drähte nach dem Ziehen herabgesetzt, und es werden die ge- forderten Bruchdehnwerte eingestellt. direction preferably characterized in that a profile nozzle is arranged before or after the wire annealing. This has a very specific form of lateral attachment. According to the invention, it has at least three trains and fields that differ in level by the desired tin layer thickness. Duroh annealing the high Shepherd of the wires after drawing is lowered, and there can be set the overall Bruchdehnwerte demanded.

Es kann erfindungsgemäß auch ein Draht verwendet werden, dessen Nuten durch Ritzen hergestellt sind. Im Falle der Herstellung der Spiral-' nuten durch Ritzen können Ritzstifte ringförmig um den Draht in einer Halterung angeordnet sein. It can also be a wire used in the invention, the grooves are made by scribing. In the case of producing the spiral 'utes by scratching may be disposed annularly around the wire in a holder Ritz pins.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Drähte können @.. sowohl als Blankdrähte als auch als kunatstoffumspritzte Drähte eingesetzt werden. The wires obtained by the process according to the invention can be used both as bare wires and as plastic-coated wires.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels der Vorrich- tung erläutert, die in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt Figur 1 einen Aufriß einer Vorrichtung zur Durchführung des Ver- fahrens, . Figuren 2 und 3 einige Ausführungsformen der Profildüeö im Quer- schnitt, Figur 4 einen Schnitt einer rotierenden,Graviereinriohtung mit der Ritznadelanordnung im Querschnitt. The invention is explained using an exemplary embodiment of the device which is shown in the drawing . FIG. 1 shows an elevation of a device for carrying out the method . FIGS. 2 and 3 show some embodiments of the profile nozzle in cross section , FIG. 4 shows a section of a rotating, engraving device with the scoring needle arrangement in cross section.

Ein zu einer Rolle aufgewickelter handelsüblicher Rundkupferdraht 1 wird über eine Drahtglühe 2, eine Profildüse 3, welche drei Züge und Felder hat, in ein Zinnbad 4 geleitet. Das Glühen des Kupfer- drahtes im Durchlauf wird zweekmäßigerweise in Waaeerdampfatmosphöre durchgeführt, wobei die Glühtemperatur der Durchlaufgesehwindigkeit angepaßt wird. Bei einer Drahtgeschwindigkeit von 0,5 bis 2 m/sec liegt die Glühtemperatur zwisohen 800 und 9000 0 bei einer Ofenlänge von etwa 3 m. In der Düse 3 wird der Kupferdraht zu der gewünschten Form profiliert. Das'Zinnbad wird zur Vermeidung der Oxydation der Badoberfläehe mit einem Fluß- mittel abgedeckt. Auch Kolophonium oder ein hitzebeständiges Mineralöl sind hierfür geeignet. In manchen Fällen ist es vor-' teilhaft, dein Zinnbad eine Beize oder ein übliches bad 5 vorzuschalten und zunächst den Draht durch dieses zu leiten.-Der das Zinnbad verlassende verzinnte Draht hat in seinen Nuten bzw. Vertiefungen Zinn aufgenommen und führt noch überschüssiges -Zinn an der Oberfläche. Der Abstreifer 6 entfernt das überschüssige Zinn von der Drahtoberfläche, so daß es in das Bad zurücktropft. A commercially available round copper wire 1 wound into a roll is fed into a tin bath 4 via a wire annealer 2, a profile nozzle 3, which has three trains and fields. The annealing of the copper wire is carried out in a water vapor atmosphere, the annealing temperature being adapted to the speed of the passage. At a wire speed of 0.5 to 2 m / sec , the annealing temperature is between 800 and 9000 0 with a furnace length of about 3 m. In the nozzle 3, the copper wire is profiled to the desired shape. Das'Zinnbad covered medium to prevent the oxidation of Badoberfläehe with a river. Rosin or a heat-resistant mineral oil are also suitable for this. In some cases it is advantageous to put a pickling bath or a conventional bath 5 upstream of your tin bath and first run the wire through it. Tin on the surface. The scraper 6 removes the excess tin from the wire surface so that it drips back into the bath.

Die Entfernung des Abstreifers von der Badoberfläche beträgt 5 bis 100 cm und ist einstellbar. Dadurch wird die Temperatur an der Abstreifstelle geregelt. Die Entfernung zwischen Badoberfläehe und Abstreifer kann durch zusätzliche Kühlung durch Luft oder entlang von Kühlkörpern vermindert werden. Mit 7 werden die Führungsrollen und mit 8 der verzinnte und wieder aufgespulte Draht bezeichnet.The distance of the scraper from the bath surface is 5 to 100 cm and is adjustable. This regulates the temperature at the wiping point. The distance between the bath surface and the scraper can be increased by additional cooling be reduced by air or along heat sinks. With 7 the leadership roles and 8 denotes the tinned and rewound wire.

Fig. 2 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Düse 3. Es sind drei Felder 9 zu Je 300 und drei Züge 10 zu je 90o bei einem Durchmesser von 0,500 mm und einem Niveauunterschied zwischen Zügen und Feldern von 5/um dargeetellt. Zwecks leichterer Ausführung der Hartmetall- oder DiamWntdüse kann der Übergang einen Radius von beispielsweise 2,5/um erhalten.2 shows a particularly advantageous embodiment of the nozzle 3. There are three fields 9 of 300 each and three trains 10 of 90o each with a diameter of 0.500 mm and a level difference between trains and fields of 5 μm. For the purpose of a lighter design of the hard metal or diamond nozzle, the transition can have a radius of, for example, 2.5 μm.

Weitere günstige Ausführungsformen für das Düsenprofil zeigen die Figuren 3a, 3b, 309 3dt 3e und 3f. Außer diesen typischen Beispielen sind auch die durch Kombination zu erhaltenden Profile für die Düee geeignet. Fig. 4 zeigt eine Anordnung für das erfindungsgemäße Einritzen der 2g Spiralnuten in einen Draht mit Ritznadel9 Mit 27 ist der Kupfer- draht bezeichnet. Er hat einen Durchmesser von 0,5 mm. Die Steigung eingr ganzen Spirale beträgt ägt 33 mm, die Graviertiefe 5 bis 10/um. Die Zage der Ritznadeln/in der 40 mm .längen @Helterung iet :in Pig.4a eingezeichnet. Die Ritznadeln sind ringförmig um .den Draht in einer Halterung angeordnet ünd können entlang der Drahtachse zu einer größeren Zahl, beispielsweise 6 bis 12, stehen. Die gegenseitige Einstellung ermöglicht einen Abstand beispielsweise bei Verwendung von 12 Ritznadeln von das entspricht bei einem Draht von 0,5 mm Durchmesser und einem Umfang von 1,6 mm einem Zeilenabstand von 133/um. Das Aufbringen der Spiralnuten erfolgt durch Ziehen des Drahtes durch die rotierende Graviereinrichtung. Hei einer Umdrehungen zahl von 1800 Umdrehungen/min. und einem Drahtvorschub von 1 m/sec. erhält man eine Steigung der Spiralnuten von 33 mm.Further favorable embodiments for the nozzle profile are shown in FIGS . 3a, 3b, 309, 3e and 3f. In addition to these typical examples, the profiles that can be obtained by combining them are also suitable for the nozzle. Fig. 4 shows an arrangement for the inventive scratching 2 g Spiral grooves in a wire with a scoring needle9 At 27, the copper wire referred to. It has a diameter of 0.5 mm. The slope A whole spiral is 33 mm, the engraving depth 5 to 10 / um. The tooth of the scoring needles / in the 40 mm length @He lterung iet: in Pig.4a drawn. The scoring needles are arranged in a ring around the wire in a holder and can be in a larger number, for example 6 to 12, along the wire axis. The mutual adjustment enables a distance of, for example, when using 12 scoring needles For a wire with a diameter of 0.5 mm and a circumference of 1.6 mm, this corresponds to a line spacing of 133 μm. The spiral grooves are made by pulling the wire through the rotating engraving device. Hei a number of revolutions of 1800 revolutions / min. and a wire feed of 1 m / sec. one obtains a pitch of the spiral grooves of 33 mm.

Claims

Claims 1. A method for producing a tin layer of average thickness of 2 to 10 / µm on wire made of copper ufd copper alloys by hot-dip tinning, characterized in that the surface is provided with grooves and fields before tinning and that the tinning and further processing. is carried out in a manner known per se.

2. The method according to claim 1, characterized characterized in that a wire is used in which the grooves and fields spiral are executed.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a wire is used in which the grooves and fields are sucked in a profile nozzle are.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the tinned copper wire is overmolded with plastic. 5. Device for performing the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that before or after the annealing wire (2) a profile nozzle (3) which has at least three trains and fields for producing the grooves and fields is provided and that a flux bath (5), a tin bath (4), a stripper or a stripping nozzle (6) of circular cross-section are arranged in a manner known per se. 6. Apparatus according to claim 5, characterized * that dis- Profile dune (3) next to fields and Züen one to the 0bOrbruokung des Level difference suitable geometrtsohe Pigur # idpr @, gt contains. . ' :. 7. Device nach.Anspruch 5, gekennxeiohnet # that the Has profile nozzle Ritenadeln (28).