DE1621338C - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Zinn- oder Zinnlegierungsschichten - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Zinn- oder ZinnlegierungsschichtenInfo
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Description
I · 2 .
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- von Reinzinn oder, einer Zinnlegierung mit Pb und/
richtung zum Herstellen von Zinn- oder Zinnlegie- oder Sb, Bi, Zn und Cd zu erreichen,
rungsschichten mit über den Umfang gleichmäßigen Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-
Dicken von mehr als 3 und höchstens 15 μΐη auf löst, daß bei Verwendung eines Reinzinnbades und
Draht aus Kupfer oder Kupferlegierungen, bei dem 5 einer Durchlaufgeschwindigkeit von 100 cm/sec eine
der Draht nach Passieren des Zinnbades senkrecht Temperatur der Wärmezone von etwa 3400C bei
durch eine Wärmezone geleitet wird. einer Heizlänge von 50 cm eingestellt wird.
Für einwandfreie Löteigenschaften verzinnter Um den zu verzinnenden Draht durch das Zinnbad
Kupferschaltdrähte ist eine Mindestschichtdicke von und durch die Wärmezone zu ziehen, kann z. B. ein
> 3 μηι Zinn erforderlich. Hierunter ist zu verstehen, io Drahtzug verwendet werden. Als Wärmezone eignet
daß der Draht an keiner Stelle der Oberfläche eine sich z. B. ein Rohr mit rundem oder viereckigem
kleinere Zinnschichtdicke aufweist. Frisch verzinnte Querschnitt. Die Wärmezone ist ein beheizter Gas-Kupferschaltdrähte
sind im allgemeinen eine gewisse raum, der bei Normalausführung von Luft erfüllt ist.
Zeit einwandfrei lötbar. Im Anlieferungszustand be- Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann in
tragen die Lötzeiten nach einer Standardmethode 15 die Wärmezone ein inertes Gas eingeleitet werden.
(Lotkugeltest) im Mittel < 1 see. Nach längerer Durch diese Maßnahme wird die Oxidschicht auf
Lagerzeit nimmt die Lötzeit auf über 2 bis· 20 see dem Zinnüberzug vermindert. Der durch die Wärmezu.
Für viele Anwendungszwecke ist dann die Löt- zone laufende Draht weist einen so großen Abstand
barkeit unzureichend. Von besonderem Interesse ist von den Wänden der Wärmezone auf, daß eine Bedas
Lötverhalten der Drähte nach viertätiger Lager- 20 rührung des schwingenden Drahtes nicht erfolgt. Bei
zeit bei 1550C an Luft. Wird nach dieser Lagerung der Ausbildung des gleichmäßig dicken Zinnübernoch
eine mittlere Lötzeit von <1 see gemessen, so zuges sind Adhäsionskräfte und Kräfte der Oberhat
der Draht hervorragende Löteigenschaften. Sie flächenspannung wirksam. Es ist vorteilhaft, wenn
reichen auch für die automatischen Lötverfahren, der aus dem Zinnbad ausgeführte Draht senkrecht
wie Schwallötung bzw. Hubtauchlötung aus. 25 bzw. in einem kleinen Winkel zur Senkrechten in die
Die Lötbarkeit kann nach dem Lotkugeltest aus- Wärmezone geleitet wird.
geführt werden. Die Prüfbedingungen sind bei Die Erfindung bietet somit ein verhältnismäßig
0,5 mm Durchmesser, Lotkugelgewicht 75 mg SnPb 40, einfaches Verfahren zum Feuerverzinnen von Draht
Prüf temperatur 2350C. Der eingespannte Draht wird aus Kupfer und Kupferlegierungen. Dabei wird der
in die flüssige Perle eingetaucht und die Zeit bis zum 30 Draht bei hoher Durchlauf geschwindigkeit mit einer
Umschließen des Lottropfens über den gesamten Zinnschicht innerhalb der gewünschten Dicke von
Draht gemessen. Die Prüfung erfolgt an mehreren 3 bis 15 μΐη versehen, und die Schicht ist über den
Drahtstellen unter Drehen des Drahtes in der Längs- gesamten Umfang des Drahtes praktisch gleich dick,
achse um 180°. . Die bisher erforderlichen teuren Diamantdüsen oder
' Es ist bereits bekannt, beim Feuerverzinnen eines 35 Hartmetalldüsen, die als Abstreifdüsen erforderlich
Drahtes den Draht nach Verlassen des Zinnschmelz- waren, entfallen. Da nach dem erfindungsgemäßen
bades durch eine Wärmeleitzone zu führen. Verfahren ohne Abstreifdüsen gearbeitet wird, sind
Es ist auch bekannt, bei der Drahtverzinnung zwei keine zeitraubenden Einfädelungen beim Umstellen
Zinnbäder hintereinander zu schalten. Ebenfalls ist bzw. beim Reißen des Drahtes erforderlich. Schließ-
das Feuerverzinnen von Kupferdrähten unter Ver- 40 lieh kann die Leistungsfähigkeit des Verfahrens da-
wendung einer Zinn-Blei-Legierung mit weiteren durch erhöht werden, daß gleichzeitig mehrere pa-
Zusätzen bekannt. rallellaufende Drähte verwendet werden. Bei meh-
Ferner ist eine Drahtverzinnungsanlage bekannt, reren parallellaufenden Drähten kann eine alle Drahtbei
der eine Temperatur der Wärmezone vorge- umlaufe umschließende Wärmezone verwendet werschlagen
ist, die angenähert dem oder wenig ober- 45 den. Da die einschlägigen Variablen ohne Schwierighalb der Schmelztemperatur des Überzugsmetalls keit geregelt werden können, ist es offensichtlich,
liegt. Für einen Überzug aus Zinn liegt diese Tem- daß, wenn einmal unter Anwendung der gleichen
peratur bei 232° C. Mit dieser Vorrichtung können Faktoren auf gleichartigem Draht eine Zinnschicht
jedoch keine gleichmäßigen Schichtdicken zwischen hergestellt worden ist, auf entsprechenden Drähten
3 und,, 15μΐη,erzie}ft.-W.f rden. Für technisch inter- 50 eine nahezu gleiche Zinnschicht gebildet wird,
essante Verzinnungsgeschwindigkeiten von ungefähr An Hand der in der Zeichnung dargestellten Aus-1 m/sec Drahtgeschwindigkeit wird eine Schichtdicke führungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert, von etwa 100 μηι auf dem Draht erreicht. Wird Fig. 1 zeigt einen Aufriß der Verzinnungsanlage; dieser beschichtete Draht durch "eine Wärmezone der Fig. 2 ist eine graphische Darstellung;
bekannten Temperatur gefüfut* so nimmt die Schicht- 55 Fig. 3 und 4 zeigen Aufrisse von Verzinnungsdicke um maximal 20% auf ungefähr 80 μΐη ab. anlagen.
essante Verzinnungsgeschwindigkeiten von ungefähr An Hand der in der Zeichnung dargestellten Aus-1 m/sec Drahtgeschwindigkeit wird eine Schichtdicke führungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert, von etwa 100 μηι auf dem Draht erreicht. Wird Fig. 1 zeigt einen Aufriß der Verzinnungsanlage; dieser beschichtete Draht durch "eine Wärmezone der Fig. 2 ist eine graphische Darstellung;
bekannten Temperatur gefüfut* so nimmt die Schicht- 55 Fig. 3 und 4 zeigen Aufrisse von Verzinnungsdicke um maximal 20% auf ungefähr 80 μΐη ab. anlagen.
Schichtdicken zwischen 3 und 15 μΐή sind daher mit In Fig. 1 ist eine Drahtverzinnungsanlage sche-
dieser Vorrichtung nicht zu erzielen. matisch dargestellt. Ein Kupferdraht läuft von der
Die nach den bekannten Verfahren hergestellten Spule 1 durch die Wasserdampfglühe 2, die Beize 3,
Drahtqualitäten erfüllen die angegebenen Förde- 60 das Zinnbad 4 und wird direkt durch die Wärme-
rungen hinsichtlich gleichmäßiger Mindestschicht- zone 5 geleitet. Der verzinnte Draht wird durch die
dicke von mindestens 3 μπι Zinn noch nicht, und daran anschließende Kühlzone 6, die das Abkühlen
sie zeigen nach der Lagerung unzureichende Löt- und gleichmäßige Erstarren der Zinnschicht bewirkt,
eigenschaften, was vor allem bei der automatischen meist über Umlenkrollen 7 auf der Rolle 8 aufge-
Kurzzeit-Löttechnik von Nachteil ist. 65 wickelt. Die Rolle 8 ist angetrieben und gibt dem
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Draht in einem Zugbereich innerhalb der Zugkräfte
gute Lötfähigkeit von Draht aus Kupfer und Kupfer- P1 bis p2 eine Geschwindigkeit V.
legierungen durch einen gleichmäßig dicken Auftrag Die Wärmezone 5 besteht bei einem Drahtzug aus
j einem beheizten Rohr mit rundem oder rechteckigem ; Querschnitt. Die Länge beträgt 80 cm, der lichte
Durchmesser 1,5 cm. Bei mehreren parallellaufenden Drahtzügen besteht die Wärmezone aus einem
Kasten mit rechteckigem Querschnitt; bei 12 parallel- ! laufenden Drähten beträgt der Querschnitt 40 X 2 cm2.
In F i g. 2 ist die Erfindung an Hand eines Diagramms
erklärt. Sie zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen der erzielbaren Zinnschichtdicke
ds„, die gleichmäßig auch über dem Drahtumfang besteht, und der Temperatur der Wärmezone Τψ.
Bei niedrigen T^-Temperaturen zeigen sich größere
Zinnschichtdickenschwankungen, die in F i g. 2 durch eine strichlierte Kurve gekennzeichnet sind. Bei" zu
hohen.7V-Temperaturen vermindert sich die Zinnschichtdicke unter 3 μΐη. Der Arbeitsbereich hinsichtlieh
der Temperatur der Warmhaltezone liegt zwi- ! · sehen den Grenzen TWl und 2V2, bei denen entsprechend
der Fig. 2 eine Schichtdicke von 15 μΐη
bzw. bei TW2 3 μΐη erhalten wird.
In F i g. 3 ist eine weitere Verzinnungsanlage l\ schematisch dargestellt. Der bereits geglühte und ge-P
beizte Draht 9 mit sauberer metallischer Oberfläche durchläuft das Bad 10 und danach die erste Wärme-
: zone 11 und die Kühlzone 12. Der bereits beschich-. tete Draht 13 läuft ein zweites Mal in das Bad 10 ein
und nach Verlassen des Bades in die zweite Wärme- ; zone 14. Der zweimal beschichtete Draht 15 wird
! wie in F i g. 1 umgelenkt und auf einer Rolle aufgewickelt. Die Temperatur der ersten Wärmezone 11
wird höher als die Temperatur der Wärmezone 14 gewählt. Dadurch wird der Draht zunächst dünn beschichtet
und erhält nach dem zweiten Durchlauf durch das Bad und die Wärmezone 14 eine zweite
dickere Schicht von Reinzinn oder einer Zinnlegierung mit Blei und/oder Sb, Bi, Zn, Cd.
! Nach einer günstigen Ausführungsform des in j F i g. 3 angegebenen Verfahrens wird zur Erzielung ! einer dünnen ersten Überzugsschicht von < 1 μΐη an j Stelle der ersten Wärmezone 11 ein Abstreifer verwendet. Die Gesamtschichtdicke des zweischichtigen Überzuges wird durch die Temperatur der Wärme-, zone 14 zwischen > 3 und < 15 μην eingestellt.
) Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig.4 dargestellt. Der geglühte und gebeizte Draht 16 durchläuft das erste Bad 17 und danach die erste Wärmezone 18 und die Kühlzone 19. Der mit der ersten Metallj oder Legieungsschicht überzogene Draht 20 läuft in ; das zweite Bad 21 ein und danach durch die zweite Wärmezone 22 und die Kühlzone 23. Der mit zwei verschieden ' zusammengesetzten Metallschichten überzogene Draht24 wird wie in Fig. 1 auf eine Rolle aufgewickelt. Das erste Bad 17 besteht aus einer .Reinzinnschmelze, einer Zinnlegierung mit Blei und/oder Sb, Bi, Zn, Cd oder aus einer Reinblei- ! schmelze; das zweite Bad 21 besteht aus einer Sn-Legierung mit Pb und/oder Sb, Bi, Zn, Cd. Die Schmelztemperatur bzw. der Schmelztemperaturbereich des Bades 21 liegt niedriger als der des Bades 17.
! Nach einer günstigen Ausführungsform des in j F i g. 3 angegebenen Verfahrens wird zur Erzielung ! einer dünnen ersten Überzugsschicht von < 1 μΐη an j Stelle der ersten Wärmezone 11 ein Abstreifer verwendet. Die Gesamtschichtdicke des zweischichtigen Überzuges wird durch die Temperatur der Wärme-, zone 14 zwischen > 3 und < 15 μην eingestellt.
) Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig.4 dargestellt. Der geglühte und gebeizte Draht 16 durchläuft das erste Bad 17 und danach die erste Wärmezone 18 und die Kühlzone 19. Der mit der ersten Metallj oder Legieungsschicht überzogene Draht 20 läuft in ; das zweite Bad 21 ein und danach durch die zweite Wärmezone 22 und die Kühlzone 23. Der mit zwei verschieden ' zusammengesetzten Metallschichten überzogene Draht24 wird wie in Fig. 1 auf eine Rolle aufgewickelt. Das erste Bad 17 besteht aus einer .Reinzinnschmelze, einer Zinnlegierung mit Blei und/oder Sb, Bi, Zn, Cd oder aus einer Reinblei- ! schmelze; das zweite Bad 21 besteht aus einer Sn-Legierung mit Pb und/oder Sb, Bi, Zn, Cd. Die Schmelztemperatur bzw. der Schmelztemperaturbereich des Bades 21 liegt niedriger als der des Bades 17.
Die erfindungsgemäßen feuerdickverzinnten Drähte, insbesondere Kupferschaltdrähte, sollen vornehmlich
für Blankdrähte, deren Durchmesser meist <C 1 mm ist, verwendet werden. Sie können auch für isolierte
Drähte eingesetzt werden. Mit besonderem Vorteil werden die dickverzinnten Drähte für die Fertigungszweige, bei denen automatische Lötvorrichtungen mit
Lötzeiten von etwa 1 see auftreten, eingesetzt.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:
Ein Reinkupferdraht mit einem Durchmesser von 0,5 mm wurde durch ein Zinnbad von 2700C Badtemperatur
geleitet, senkrecht herausgeführt und mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von 100 cm/sec
durch ein geheiztes Rohr abgeleitet. Die Heizlänge Tw
ίο wurde zwischen 20 und 50 cm und die Temperatur Tw
zwischen 200 und 38O0C variiert. Bei einer Heizlänge von 50 cm und einer Temperatur Tw = 340° C
wurde ein Zinndraht erhalten, der eine hohe Gleich-
• mäßigkeit der mittleren Zinnschichtdicke aufwies
und an keiner Stelle des Drahtes eine kleinere Zinnschichtdicke als 3 μΐη zeigte.
Bei Kupferdrähten mit kleinerem oder größerem Durchmesser als 0,5 mm ist die Temperatur der
Wärmezone hinsichtlich der gewünschten Schichtdicke optimal einzustellen.
Ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,5 mm durchläuft mit einer Geschwindigkeit von
100 cm/sec das erste Bad von Reinzinn, das eine Temperatur von 27O0C hat. Die erste Wärmezone
hat eine Länge, von 50 cm und eine Temperatur von 4000C. Der mit Reinzinn beschichtete Draht durchläuft
das zweite Bad aus einer SnPb 40-Legierung, das eine Temperatur von 225° C hat. Der das zweite
Bad verlassende Draht durchläuft die zweite Wärmezone, deren Länge 50 cm und deren Temperatur
3000C beträgt. Der zweimal beschichtete Draht zeigt
im Querschliff eine 1 bis 2 μΐη dicke Sn-Schicht und
darüber eine etwa 5 μπι dicke SbPb-Schicht. Dieser Draht zeigt nach viertägiger Lagerung bei 1550C an
Luft nach dem Lotkugeltest eine mittlere Lötzeit <Clsec und damit hervorragende Löteigenschaften.
In der Fi g. 4 gezeigten Anlage wurde ein 0,5 mm dicker Kupferschaltdraht nach dem Glühen und
Beizen zweischichtig feuermetallisiert. Das erste Bad besteht aus Reinblei und hat eine Temperatur von
3800C. Die erste Wärmezone hat eine Länge von 50 cm und eine Temperatur von 430° C. Zur Vermeidung
der Oxydation ist sie mit Stickstoff gespült. An Stelle der ersten Wärmezone kann auch ein Abstreifer aus Asbeststoff verwendet werden. Man er-
hält eine etwa 1 μΐη dicke Pb-Schicht. Das zweite Bad
besteht aus Reinzinn oder SnPb 40. In beiden Verfahrensvarianten wurden zweischichtenüberzogene
Kupferschaltdrähte mit einer Pb-Schicht und einer Sn- bzw. SnPb 40-Schicht erhalten, deren mittlere
Gesamtschichtdicke etwa 8 μπι betrug und nach der viertägigen Lagerung bei 155° C ausgezeichnete Löteigenschaften
besitzt.
Claims (5)
1. Verfahren zum Herstellen von Zinn- oder Zinnlegierungsschichten mit über den Umfang
gleichmäßigen Dicken von mehr als 3 und höchstens 15 μΐη auf Draht aus Kupfer oder Kupferlegierungen,
bei dem der Draht nach Passieren des Zinnbades senkrecht durch eine Wärmezone geleitet wird, dadurch gekennzeichnet.
daß bei Verwendung eines Reinzinnbades und einer Durchlaufgeschwindigkeit von 100 cm/sec
eine Temperatur der Wärmezone (5) von etwa 34O0C bei einer Heizlänge von 50 cm eingestellt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drahtzug (8) und als
Wärmezone (5) ein Rohr mit rundem oder viereckigem Querschnitt verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere parallellaufende Drähte verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die
Wärmezone (5) Luft oder ein Inertgas eingeführt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zinnbad (4) ein geheiztes Rohr (5) angeordnet ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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