DE1771662A1

DE1771662A1 - Device for tinning copper wires

Info

Publication number: DE1771662A1
Application number: DE19681771662
Authority: DE
Inventors: Hans Dietrich; Peter Weisse
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1968-06-24
Filing date: 1968-06-24
Publication date: 1972-01-13

Description

Einrichtung zur Verzinnung von Kupferdrähten Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verzinnung von blanken oder lackisolierten Kupferdrähten, Zur Erreichung einer einwandfreien Benetzung des zu verzinnenden Kupferdrahtes mit dem hot ist eine bestimmte Zeit der Wärmeeinwirkung auf die mit einem Flußmittel benetzte Oberfläche des Drahtes erforderlich, Bei der Verzinnung von Polyurethanlackdrähten im Tauchlötbad oder mittels hötkolbens macht sich während der Verzinnung, die zur allseitigen Abtragung der Umhüllung erforderliche lange Einwirkungszeit des flüssigen Zinns auf den Kupferdraht sehr nachteilig bemerkbar. Namentlich bei dünnen Drähten steigt die Kupf erabtragung so erheblich an, daß hohe Ausfallquoten infolge zu starker quersohnittsminderung die Anwendung dieses hervorragend geeigneten Materials anfrage stellen.Device for tinning copper wires The invention relates to a device for tinning bare or enamel-insulated copper wires, Zur Achieving perfect wetting of the copper wire to be tinned with the hot is a certain period of time during which heat is applied to the surface wetted with a flux Surface of the wire required when tinning enamelled polyurethane wires in the immersion solder bath or by means of a soldering iron during the tinning process, the all-round removal of the envelope required long exposure time of the liquid Tin on the copper wire is very noticeable. Especially with thin wires the copper erosion increases so considerably that high failure rates result from excessive inquire about the application of this excellently suitable material place.

Die bisherige Methode, den mit Zinn benetzten hötkolben auf den lackisolierten Draht aufzusetzen oder den lackisolierten Draht in ein Tauchlötb ad einzuführen, er- fordert eine viel zu lange Einwirkungszeit, die sogar bis zur völligen Auflösung des Kupferdrahtes führen kann.Set up the previous method, the wetted with tin hötkolben on the enameled wire or ad insert the enamelled wire in a Tauchlötb, ER calls for far too long exposure time, which can even lead to completely dissolve the copper wire.

Die Verzirnung im Tauchlötbad ist außerdem nur fUr stärkere Kupferdrähte möglich, da bei geringen Kupferquerschnitten ein Eintauchen der schwachen Drähte in das Lötzinn nicht mehr gelingt. Die Verzinnung starker Kupferdrähte im Tauchlötbad ist zusätzlich noch mit den Nachteil- verbunden, daß die Lackschicht im Zinnbad vom Draht ge- löst wird, nach oben steigt und an der Oberfläche des Zinnbades verkokt. Die verkokte Masse ist mit Zinnoxid versetzt und bildet auf dem Draht nach dem Entfernen aus dem Tauch-Lötbad eine krustenartige Verdickung. Sie muß nachträglioh vom verzinnten Draht und von der Umhüllung vorsichtig mit der Hand entfernt werden, um den auf dem Draht verbliebenen Teil der hackumhtillung nicht zu beschädigen.In addition, the zinc coating in the dip solder bath is only possible for thick copper wires, since with small copper cross-sections it is no longer possible to immerse the weak wires in the tin solder. The tin-plating thick copper wires in the solder bath is additionally connected with the still Nachteil- that the lacquer layer is solved in the tin bath from the wire rises and carbonized on the surface of the tin bath. The coked mass is mixed with tin oxide and forms a crust-like thickening on the wire after it has been removed from the dip solder bath. It must be carefully removed by hand afterwards from the tinned wire and the sheath so as not to damage the part of the hacking cover that has remained on the wire.

Es ist bereits versucht worden, zur Beseitigung die- ses Nachteils die Einwirkungszeit des Zinnbades durch zusätzliche flugmittel herabzusetzen oder durch Anwendung von Weichmachern und Änlösern die Lackisolierung vor der.Einwirkung des Lötzinne-weitgehend zu entfernen. Hierbei treten jedoch zusätzliche Schwierigkeiten auf, weil eine Neutralisation der kriechenden Einwirkungsmittel au= die Lackisolation längs den Drahtes erforderlich ist. Trotz zusätzlichen Zeitaufwandes kann jedoch such durch diese Maßnahme die Verkrustung an der Übergangsstelle Lackisolation - verzinnter Draht nicht vermieden werden. Attempts have already been made to eliminate this disadvantage to reduce the exposure time of the tin bath by using additional agents or to largely remove the paint insulation prior to the action of the solder by using plasticizers and dissolvers. However, additional difficulties arise here because the creeping agents must be neutralized on the enamel insulation along the wire. Despite the additional expenditure of time, however, this measure cannot avoid the encrustation at the transition point between the lacquer insulation and the tinned wire .

Voraussetzung für eine einwandfreie Verzinnung ist die Benetzbarkeit des zu verzinnenden Körpers mit Lot. Bei der Benetzung eines Kupferdrahten mit dem Lot mu8 eine möglichst dichte Anlagerung der äußersten Atomlagen des Kupferdrahtes mit denn flüssigen Lot 11rxe'- worden* Das Vorhandensein von Trennsohiohten verhinder't"Uer eine schnelle und vollständige Benetzung. Bei: der Verzi@aun erfolgt, gleiehgUltig ob diese in einem atiblio%e 2euoh-Lötbad oder mittels Lötkolben durahge:führt wesleiciöö11, die Benetzung ausschließlich durch die Wechselbeziehung der Oberflächenkräfte des flüssigen Lotes und des Kupferdrahtes.The prerequisite for perfect tinning is that the body to be tinned can be wetted with solder. Been 11rxe'- in wetting of a copper wires with solder MU8 tightest possible addition of the outermost atomic layers of the copper wire with as liquid solder * The presence of Trennsohiohten verhinder't "Uer rapid and complete wetting at: d. He Ornament @ aun done Irrespective of whether this is done in an atiblio% e 2euoh soldering bath or with a soldering iron: wesleiciöö11 leads to wetting exclusively through the interrelation of the surface forces of the liquid solder and the copper wire.

Die Metalloberflächen sind aber niemals absolut rein, sondern mit einer dünnen Fremdhaut überzogen. Diese Fremdhaut erweist sich stets als benetzungshindernd. Sie besteht aus einer sehr dünnen Schicht von Atomen oder Molekülen von Sauerstoff, Wasser oder Ö1. Sie bildet sich bei Kupfer in. Sekunden aus und wächst durch Einwirkung von Wärme sehr viel schneller an. Die Entfernung der Fremdhaut vollzieht sich nach den gleichen Gesetzen wie der Aufbau der Schichten. Die Reaktion beginnt bei den an der Oberfläche befindlichen Molekülen, die wegen ihrer verringerten Zahl von Kohäsionabindungen über freie Energie verfügen. für die Entfernung der Schicht gibt es grundsätzlich keinen Unterschied, ob dies mittels fester Körper, flüssiger oder gasförmiger Medien erfolgt. Zur Beseitigung der Oxidation sind die bei der Schutzgaelötung auftretenden Wirkungen durch reduzierende Gase bekannt.The metal surfaces are never absolutely pure, but with covered by a thin foreign skin. This foreign skin always proves to be an obstacle to wetting. It consists of a very thin layer of atoms or molecules of oxygen, Water or oil 1. In the case of copper, it forms in seconds and grows through exposure to it much faster from warmth. The removal of the foreign skin takes place afterwards the same laws as the structure of the layers. The reaction starts with the molecules located on the surface, which because of their reduced number of Cohesive bonds have free energy. for removing the layer there there is basically no difference whether this is by means of solid, liquid or gaseous media takes place. To eliminate the oxidation are those in the Schutzgaelötung known effects caused by reducing gases.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine einwandfreie Verzinnung von Kupferdrähten durch sehr schnelle und vollständige Benetzbarkeit mittels gleichzeitiger kombinierter Einwirkung von kinetischer Energie und Wärmeenergie einschließlich der Sekundäreffekte auf die der Benetzbarkeit entgegenstehenden Phänomene,wie z. B. die als Rohmannhaut bezeichnete Fremdhaut, zu erzielen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Einrichtung, bei der gemäß der Erfindung flüssigeß Zinn aus einem auf entsprechender Temperatur gehaltenen Vorratsbehälter mittels einer elektromagnetischen Incuktionapumpe in einen Austrittskanal gefördert wird, aus dessen Austrittsöf:--nung es innerhalb einer aktiven oder passiven Schutzgasatmosphäre als umlaufender Zinnstrahl in den Vorratsbehälter zurückfließt und bei der Mittel vorgesehen sind, um den zu verzinnenden Kupferdraht innerhalb der Sehutzgasatmoophäre dem fließenden Zinnstrahl so auszueetzen, daß er allseitig und vollständig von dem Zinnstrahl umXdMossen wird. Dabei ist die Einrichtung vorteilhaft so ausgebildet, daß der Zinnstrahl senkrecht von oben auf den zu verzinnenden Kupferdraht auftrifft.It is the object of the invention to ensure perfect tinning of copper wires by very fast and complete wettability by means of the simultaneous combined action of kinetic energy and thermal energy including the secondary effects on the phenomena opposing wettability, such as, for. B. the foreign skin referred to as raw man skin to achieve. This object is achieved by a device in which, according to the invention, liquid tin is conveyed from a storage container kept at the appropriate temperature by means of an electromagnetic induction pump into an outlet channel, from the outlet opening of which it is circulated as a circulating tin jet within an active or passive protective gas atmosphere flows back into the storage container and in which means are provided to expose the copper wire to be tinned within the protective gas atmosphere to the flowing tin jet in such a way that it is completely surrounded by the tin jet on all sides. The device is advantageously designed so that the tin jet strikes the copper wire to be tinned vertically from above.

Es ist ferner zweckmäßig, Mittel vorzueeher.; um den Zinnstrahl auf konstanter Austrittstemperatur zu halten. Zu diesem Zweck kann eine Aufheizung des Zinne in dem aus einem vorzugsweise unmagnetischen ITetallrohr bestehenden und dem magnetischen RUckechluß dienenden Kern der magnetischen Pumpe durch die in ihm entstehenden Wirbeletromverluste und die Wirbelstromverluste des als Kurzachlußwindung wirkenden Zinne erfolgen.It is also advisable to advance funds .; to keep the tin jet at a constant outlet temperature. For this purpose, the pinnacle in the core of the magnetic pump, which consists of a preferably non-magnetic metal tube and serves the magnetic return circuit, can be heated by the eddy current losses and the eddy current losses of the pinnacle acting as a short circuit winding.

Die Geschwindigkeit des austretenden Zinnstrahls kann mittels der magnetischen Pumpe eingestellt werden. Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann auch so ausgebildet sein, daß der Zinnstrahl intermittierend umläuft.The speed of the emerging tin jet can be adjusted by means of the magnetic pump can be set. The device according to the invention can also be designed so that the tin jet rotates intermittently.

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung hat die intensive Lotbewegung einen sehr schnellen Temperaturausgleich zur Folge. Die in weiten Grenzen mittels der Pumpe mögliche Steuerbarkeit der Geschwindigkeit des austretenden Zinnstrahles gestattet eine gute Regolbarkeit der den Zinrßtrahl beaufschlugenden kinetieehen Energie, der die erforderliche Wärmemenge überlagert int. Mittels geeigneter Einrichtungen kann der zu verzinnende Kupferdraht automatisch so dem fließenden Zinnstrahl in einer aktiven oder passiven Schutzgasatmosphäre zugeführt werden, daß durch den Draht selbst eine allseitige und vollständige Umschließung des Leiters oder der auf ihm befindlichen Umhüllung einschließlich der auf dem Leiter befindlichen Fremdhaut durciz den Zinnstrahl verursacht wird. Durch die zugeführte Wärmeenergie wird die Umhüllung vollständig aufgelöst. Außerdem wird die auf dem Kupferdraht befindliche Fremdhaut durch die kinetische Energie des Zinnstrahles und die überlagerte Wärmeenergie unter gleichzeitiger, gegebenenfalls auch reduzierender dirkung des Schutzgases zerstört, wodurch sich eine spontan vollziehende vollständige Benetzung des Kupferdrahtes mit dem Lot ergibt.In the device according to the invention, the intensive solder movement results in a very rapid temperature equalization. The controllability of the speed of the exiting tin jet, which is possible within wide limits by means of the pump, allows good controllability of the kinetic energy acting on the tin jet, which superimposes the required amount of heat internally. By means of suitable devices, the copper wire to be tinned can automatically match the flowing tin jet in an active or passive way Protective gas atmosphere are supplied that by the wire itself an all-round and complete enclosure of the conductor or the sheath located on it including the foreign skin located on the conductor is caused by the tin stream. The envelope is completely dissolved by the supplied thermal energy. In addition, the foreign skin on the copper wire is destroyed by the kinetic energy of the tin jet and the superimposed thermal energy with simultaneous, possibly also reducing, directing of the protective gas, which results in a spontaneous complete wetting of the copper wire with the solder.

Durch die außergewöhnlich kurze Einwirkungszeit des Lotes auf den Kupferdraht wird eine minimale Kupferablagerung und eine optimale Ausnutzung des Zinnbades durch die äußerst geringe Kupferanreicherung erzielt.Due to the extraordinarily short contact time of the solder on the Copper wire will have minimal copper deposition and make optimal use of the Tin bath achieved through the extremely low concentration of copper.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine gemäß der Erfindung ausgebildete Einrichtung zum Verzinnen von lackisolierten Kupferdrähten als Beispiel schematisch dargestellt. In der Figur ist 1 ein wäruieisolierter heizbarer Vorratsbehälter, der mit flüssigem Zinn 2 angefüllt ist. Eine durch eine Spule 3 und einen heizbaren Kern 4 schematisch dargestellte magnetische Pumpe fördert das flüssige Zinn aus dem Vorratsbehälter 1 in einen heizbaren Austrittskanal 5, aus dessen Öffnung 6 das Zinn in den Vorratsbehälter 1 zurückfließt. Der zu verzinnende Kupferdraht 7 wird innerhalb einer Schutzgasatmosphäre, die durch einen Behälter 8 angedeutet ist, in den ausfließenden Zinnstrahl eingeführt.In the drawing is an embodiment of one according to the invention trained device for tinning enamel-insulated copper wires as an example shown schematically. In the figure, 1 is a heat-insulated heatable storage container, which is filled with liquid tin 2. One by a coil 3 and one heatable Core 4, shown schematically, the magnetic pump conveys the liquid tin the storage container 1 into a heatable outlet channel 5, from the opening 6 the Tin flows back into the reservoir 1. The copper wire 7 to be tinned is within a protective gas atmosphere, which is indicated by a container 8, introduced into the outflowing tin stream.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Einrichtung zum Verzinnen von Kupf erdrähten ermöglicht einen breiten Einsatz der als Drahtleitungsmaterial für isolierte Einzelleitungen, isolierte Drahtbrücken und 'auch für Leiterplatten hervorragend geeigneten Polyurethanlackdrähte.The device formed according to the invention for tinning Copper wire enables wide use as wire line material for insulated individual lines, insulated wire bridges and 'also excellent for printed circuit boards suitable polyurethane enameled wires.

Bei der Verlegung von Leitungen ganzer Schaltungen fUr Kleinspannungen auf engstem Raum anstelle der bisher ü.bliehen Kabelbäume, die durch die immer stärkere Einführung der Transistorisierung mehr und mehr zur Anwendung kommt, wird es mit der Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht, zonenweise in verschiedenen hängen verzinnte lackisolierte Drähte magaziniert zur Anwendung zu bringen.When laying lines of entire circuits for low voltages in a confined space instead of the previously usual cable harnesses, which are due to the ever stronger Introduction of transistorization is more and more used, it will with the device according to the invention allows zones to hang in different areas to bring tinned enamel-insulated wires in a magazine for use.

Claims

Claims 1. Device for tinning blue: nILs or enamel-insulated Copper wires, characterized in that liquid tin from a corresponding Temperature held storage container by means of an electromagnetic induction pump is conveyed into an outlet channel, from whose outlet opening it is within an active or passive protective gas atmosphere as a circulating tin jet into the Reservoir flows back and that means are provided to the to be tinned To expose copper wire to the flowing tin stream within the protective gas atmosphere in such a way that that it is completely enclosed on all sides by the tin stream.

2. Device according to claim 1, characterized in that the tin beam impinges vertically from above on the copper wire to be tinned.

3. Device according to claim 1, characterized-in that means are provided to keep the tin jet constant Maintain outlet temperature.

4. Device according to claim 3, characterized in that that a heating of the tin in that from a preferably uragnetic metal tube existing core of the magnetic pump serving the magnetic return path due to the eddy current losses occurring in it and the eddy current losses of the takes place as a short-circuit winding acting tin.

5. Set up after Claim 1, characterized in that the speed of the emerging tin jet is adjustable by means of the magnetic pump.

6. Device according to claim 1, characterized in that the tin jet revolves intermittently.