DE1965182A1 - Verfahren zum UEberziehen,insbesondere Weichloeten von Materialien und Anwendung des Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktschicht auf einer Materialoberflaeche - Google Patents
Verfahren zum UEberziehen,insbesondere Weichloeten von Materialien und Anwendung des Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktschicht auf einer MaterialoberflaecheInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ueberziehen, insbesondere Weichlöten, von Materialien, welche Metallatome
und/oder -ionen enthalten und sich spontan und rasch mit einer mechanisch festen Metalloxydschicht überziehen, sowie
eine Anwendung des Verfahrens zur Herstellung einer elektrisch leitenden und/oder wärmeleitenden Kontaktschicht auf einer Materialoberfläche
.
Solche Materialien, wovon z.B. Aluminium ein typischer Vertreter 1st, waren bisher wegen der ihre Oberfläche bedeckenden,
mechanisch festen und in der Regel stabilen Metalloxydschicht
5.12.1968/za
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einem einfachen Plattier- oder Lötprozess, wie dieser beispielsweise
im Falle von Kupfer, bekannt ist,nicht zugänglich. Es sind Jedoch verschiedene Verfahren für das Ueberziehen
solcher Materialien bekannt, die aber teilweise sehr kompliziert sind oder denen anderweitige Nachteile anhaften. So
wird beispielsweise bei einem dieser bekannten Verfahren, welches insbesondere zum Löten von Aluminium benützt wird, die
Lötkolbencpitze in Ultraschallschwingungen versetzt. Dies macht jedoch ein spezielles, relativ kompliziertes Werkzeug
erforderlich. Bei einem anderen bekannten Verfahren werden Lötmittel mit relativ hohem Schmelzpunkt (4OO-5OO°C) benötigt,
welche Zinkkristalle enthalten. Ferner wurden als Lötmittel auch schon fluorhaltige organische Verbindungen vorgeschlagen,
welche Jedoch nach thermischem Zerfall giftig werden können.
Bei einer anderen Gruppe von Lötverfahren wird das Aluminium vor dem Löten mit Silber oder Nickel überzogen. Dieses Ueberziehen
erfolgt entweder mittels eines Heissverfahrens oder elektrolyt! sehen Nassverfahrens (Silberplattieren) oder mittels
eines nicht galvanischen, chemischen Verfahrens (Nickelplattieren)
. Keines dieser bekannten Verfahren weist Jedoch die Übliche Einfachheit, Sicherheit und Leichtigkeit auf, welche
Eigenschaften dem Löten von Kupfer und dessen Legierungen mit-
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tels Sn-Pb, Sn-In oder ähnlicher Weichlote und unter Verwendung
von ungiftigen, korrosionsbeständigen Flussmitteln, wie z.B. Kolophonium od.dgl., anhaften.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ueberziehen, insbesondere Weichlöten, von Materialien,
welche die erwähnten Eigenschaften aufweisen, zu finden, bei welchem die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.
Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet,
dass man die zu metallisierende Oberfläche des Materials mit einer Metallatome und/oder -ionen enthaltenden
Substanz, deren Schmelzpunkt unterhalb von 1OO°C liegt und
welche in Luft auch im flüssigen Zustand mindestens kurzzeitig chemisch praktisch stabil ist und das zu überziehende Material
benetzt, in Berührung bringt.
Das zu metallisierende Material kann Ll-, Be-, Mg-, Ca-, Al- und/oder Zf-Atome und/oder-Ionen enthalten.
Als mit dem erwähnten Verfahren zu behandelnde Materialien kommen vor allem Metalle, Metallegierungen oder -verbindungen,
z.B. Aluminium oder eine Legierung von Al mit Mg und/oder Si,
in Frage.
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Vorteilhafterweise liegt der Schmelzpunkt der Substanz, mit welcher das zu überziehende Material in Berührung gebracht
wird, unterhalb 60°C, vorzugsweise sogar unterhalb der menschlichen
Körpertemperatur. Substanzen, deren Schmelzpunkt unterhalb 100°C liegt, eignen sich deshalb für das vorliegende
Verfahren, da diese obere Temperaturgrenze, welche dem Siedepunkt des Wassers unter Normalbedingungen entspricht, leicht
erzeug- und kontrollierbar ist. Ferner lässt sich das neuerungsgemässe
Verfahren leicht an Materialteilen wassergekühlter Geräte durchführen, deren Temperatur den Siedepunkt des Wassers
und somit 1000C nicht übersteigen darf. Liegt der Schmelzpunkt
der Substanz unterhalb 6O0C, so erweist sich das vorliegende
Verfahren insofern als einfach, als die menschliche Hand diese Temperatur längere Zeit erträgt, ohne Schaden zu nehmen,
so dass mit Substanzen, welche diese Eigenschaft erfüllen, gearbeitet werden kann, ohne dass eine spezielle Kühlung benötigt
wird. Liegt der Schmelzpunkt der verwendeten Substanz sogar unterhalb der menschlichen Körpertemperatur, so stellen sich
von der Temperaturseite her überhaupt keine Probleme für einen mit diesen Substanzen Arbeitenden, und die Bedingungen
für einen Dauerbetrieb sind erfüllt. Eine Substanz, welche Ga-Atome und/oder -Ionen enthält, kann sich insbesondere zum
Löten von Aluminium eignen, wie Versuche gezeigt haben. Dabei
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besteht die Substanz vorzugsvieise mindestens teilweise aus,
z.B. reinem, metallischem Gallium, einer metallisches Gallium enthaltenden Metallegierung oder -verbindung. Es kann auch
eine Legierung von Gallium mit Aluminium und/oder Zinn verwendet werden.
Da Quecksilber im wesentlichen ebenfalls die oben erwähnten Eigenschaften
aufweist, könnte es grundsätzlich auch als Substanz verwendet werden, mit der das zu überziehende Material in Berührung
zu bringen ist. Da Quecksilber jedoch giftig ist und somit für den damit Arbeitenden ein grosses Gefahrenrisiko
mit sich bringt, und da es ferner beispielsweise Aluminium schnell angreift, liegt es an der Grenze der Brauchbarkeit,
so dass Gallium im allgemeinen dem Quecksilber vorzuziehen ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird anschliessend beispielsweise anhand des Lötens von Aluminium unter Verwendung von
Gallium erläutert.
Eine Aluminiumoberfläche kann mit Gallium in einfacher Art beispielsweise
durch leichtes Reiben mittels eines Stückes aus fester Materie, welches z.B. porös und/oder elastisch sein
kann, oder einen Glas- oder Keramikstab umfassen kann, in Be-
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rUhrung gebracht werden, dessen Spitze mit einer geringen
Menge von metallischem Gallium oder einer Gallium-Aluminiurnlegierung benetzt oder lokal bedeckt ist. Dabei wird die Aluminiumoberfläche
durch das Gallium vollständig benetzt. Auf der mit Gallium benetzten Oberfläche kann das nachfolgende Löten
leicht erfolgen, da keine feste, harte undurchdringliche Al2O, dies verhindert. Dies ist sogar dann möglich, wenn die
benetzte Oberfläche während Stunden in normaler Luft gelagert worden ist.
Ausser dem Bestreichen der Alurainiumoberfläche in der vorstehenden
Art, kann die Substanz, z.B. eine Weichlötlegierung mit metallischem Gallium, auch in flüssigem Zustand auf die zu
metallisierende oder verlötende Oberfläche aufgebracht werden.
Die physikalische Erklärung dieses ungewöhnlichen Verhaltens liegt vermutlich in folgendem begründet:
Wenn die AIpO,-Schicht an der Oberfläche des Aluminiums lokal
zerstört ist, netzt das flüssige Gallium (reines Gallium hat einen Schmelzpunkt in der Nähe von 29°C, so dass sogar die
durch leichtes Reiben entwickelte Wärme ausreichend ist, um das Gallium lokal zu schmelzen) die nackte Aluminiumoberfläche,
und diese Schicht breitet sich vermutlich auch unter die Oxyd-
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schicht auf eine relativ beträchtliche Distanz aus, wobei die dünne AlpO^-Oxydschicht vom festen Aluminiummetall getrennt
wird und sozusagen auf der flüssigen Ga-Schicht schwimmt und/oder sich mit dieser vermischt. Bekanntlich dringt Gallium
leicht in das Kristallgitter von Aluminiumverbindungen ein, da es einen ähnlichen Ionendurchmesser wie das verwandte Aluminium
besitzt. Es kann sich auch ein nicht-eutektisches Al-Ga-Gemisch bilden. Aus diesen Prozessen resultiert, dass sogar eine ursprünglich
kaum sichtbare Menge an metallischem Gallium für die Vorbereitung vieler Quadratmillimeter Aluminiumoberfläche
für das Metallisieren ausreichend ist. Das ursprüngliche Volumen von weicher metallisierender Substanz wächst während des
Reibens auf der Aluminiumoberfläche um ein Vielfaches an, und selbst wenn daraus eine braungraue staubartige Masse entstanden
ist,ist sie immer noch als eine Oxyd entfernende und metallisierende
Substanz wirksam. Vielleicht erleichtert der Al0O..-Gehalt
in dieser Substanz die lokale Zerstörung der neuen unversehrten Oxydschichten auf der Aluminiumoberfläche.
Die Aluminiumoberfläche wird noch einmal in dieser Weise durch
eine Schicht, welche Gallium enthält, vorbereitet, wobei sich das Übliche weiche Lötmittel nach Erreichen des Schmelzpunktes
über die Oberfläche ausbreitet. Da die Gallium enthaltende Schicht sehr dünn sein kann, beeinflusst der in der verfestigten,
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gelöteten Verbindung verbleibende Galliumgehalt die chemischen oder mechanischen Eigenschaften der Verbindung nicht stark.
Der für das wirksame Entfernen von AipO^-Schichten nötige
Galliumgehalt ist so unbedeutend, dass oftmals die nach Vorbereitung einer ersten Verbindungsstelle in der oben beschriebenen
Art auf der Lötkolbenspitze verbleibenden Spuren an Gallium, ausreichen, um eine oder mehrere andere Verbindungsstellen
auf einer neuen nicht mit Gallium vorbehandelten Aluminiumobsrfläche
zu löten.
Die vorliegende Neuerung kann, wie nachstehend erläutert.wird,
beispielsweise auch in anderer Art verwendet werden: Es kann ein Lötmittel, welches metallisches Gallium enthält, z.B.
das Sn-Pb-Eutektikum, welchem 0,1 % oder weniger Gallium beigefügt
ist, benutzt werden. Der Galliumgehalt kann so gering sein, dass die mechanischen Eigenschaften der Grundlötmittellegierung
praktisch nicht beeinflusst werden, und immer noch ist leichtes Bestreichen der zu verlötenden Aluminiumoberfläche
direkt mit der Lötkolbenspitze, welche von diesem Lötmittel benetzt ist, ausreichend, um die ΑΙρΟ,-Oxydschicht zu entfernen.
Auf diese Weise kann das Benetzen der metallischen Oberfläche mit dem Lötmetall in einem Schritt ausgeführt werden.
009843/1660 ßAD original
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Das Verfahren zum Löten von Aluminium durch Verwendung von metallischem Gallium gemäss der vorliegenden Neuerung gleicht
in der Praxis auffallend der Verwendung von Benetzungsmitteln beim Waschen oder Reinigen von Glas oder Keramik oder Metallen.
Die Korrosionsbeständigkeit einer gemäss dem beschriebenen Verfahren gelöteten Verbindungsstelle muss nicht schlechter
sein als eine beispielsweise durch das Ultraschallverfahren gelötete Verbindung. Natürlich reagieren mit dicken Galliumschichten
bedeckte Aluminiumoberflächen augenblicklich mit fliessendem Wasser, und es bildet sich sofort ein Krater
oder Loch bis auf den Grund der Aluminium-Gallium-Legierungsschicht. V/enn jedoch die ursprüngliche Dicke der Gallium enthaltenden
Schicht so gering ist, dass sich der Galliumgehalt im Lötmetall löst, so ist die Korrosionsbeständigkeit einer
solchen Verbindungsstelle verglichen mit Lötstellen, welche durch dieselbe Lötgrundlage (aber ohne Gallium)
mittels Ultraschall gemacht vrurden, nicht beeinträchtigt.
Soviel bekannt ist, ist Gallium ungiftig. Um Oxydation des Basislötmittels
(z.B. vom Sn-Typ) während des Lötvorganges zu verhindern, können bekannte ungiftige und korrosionsbeständige
Plussmittel, wie beispielsweise Kolophonium, verwendet werden.
BAD ORIGINAL 009843/1660
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Da weder spezielle Werkzeuge noch eine spezielle Kenntnis notwendig sind, kann jeder, der im Kupferweichlöten Erfahrung
besitzt, in kurzer Zeit im Aluminiumlöten instruiert werden. Obwohl der gegenwärtige Preis von metallischem Gallium eher
hoch ist, bewirkt die extrem gering benötigte Quantität
— "5 2
(von der Ctrössenordnung von 10 gr pro cm gelöteter Oberfläche),
dass der Preis einer Lötverbindung trotzdem tief ist.
Das neuerungsgemässe Verfahren ist, wie bereits erwähnt, nicht auf reines Aluminium beschränkt, sondern kann auch auf andere
Materialien, insbesondere Metalle und Legierungen, welche ähnliche Eigenschaften aufweisen, d.h. die rasche Bildung
einer Oxydschicht, welche herkömmliches Löten verhindert, und die Benetzbarkeit durch flüssiges Gallium, angewandt werden.
Selbstverständlich muss eine für eine gegebene Legierung geeipnete Basislötlegierung gewählt werden, um die Bildung von
spröden oder brüchigen Verbindungen etc. zu vermeiden.
009843/1660 ^0 °*'G'NAl
Claims (12)
- - 11 - Erf.Patentansprüche1ή Verfahren zum Ueberziehen, insbesondere Weichlöten, von Materialien, welche Metallatome und/oder -ionen enthalten und sich spontan und rasch mit einer mechanisch festen Metalloxydschicht überziehen, dadurch gekennzeichnet, dass man die zu metallisierende Oberfläche des Materials mit einer Metallatome und/oder -ionen enthnltenden Substanz, deren SchmeL^g^nk unterhalb von 100 C liegt und welche in Luft auch im flüssigen Zustand mindestens kurzzeitig chemisch praktisch stabil ist und das zu überziehende Material benetzt, in Berührung b
- 2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung einer elektrisch leitenden und/oder wärmeleitenden Kontaktschicht auf einer Materialoberfläche.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Li-, Be-, Mg-, Ca-, Al- und/oder Zr-Atome und/ oder -Ionen enthält.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d^ss als Material ein Metall, eine Metallegierung oder -verbindung, z.B. Aluminium oder eine Legierung von Al mit Mg und/o. Si, verwendet wird.009843/1660- 12 - Erf. 26f:
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, date der Schmelzpunkt der Substanz unterhalb 6O0C4 vorzugsweise unterhalb der menschlichen Körpertemperatur, liegt*
- 6. Verfahren nach Anspruch 1» daduroti gekennzeichnet« da*β die Substanz Ga-Atome und/oder -Ionen enthält.
- 7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet« dass die Substanz mindestens teilweise aus, z.B. reinem, metallischem Gallium, einer metallisches Gallium enthaltenden Metallegierung oder -Verbindung besteht»
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Substanz eine Legierung von Gallium mit Aluminium und/ oder Zinn verwendet wird.
- 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz, z.B. eine Weichlotlegierung mit metallischem Gallium, in flüssigem Zustand auf die zu metallisierende oder verlötende Oberfläche aufgebracht wird.
- 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die su metallisierende Oberfläche mit einem Stück aus feste:* Materie bestrichen wird, welches mindestens teilweise mit tier, z.B. metallisches Gallium enthaltenden, Substanz benetzt oder bedeckt ist.009843/1660BAO ORIGINAL- 13 - Erf. 265
- 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stück aus fester Materie porös und/oder elastisch ist.
- 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stück aus fester Materie Glas und/oder Keramik umfasst.Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.009843/1660ORIGINAL INSPECTED
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH47269A CH511950A (de) | 1969-01-15 | 1969-01-15 | Verfahren zum Überziehen oder Weichlöten von Materialien und Anwendung des Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktschicht auf einer Materialoberfläche |
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DE1965182A1 true DE1965182A1 (de) | 1970-10-22 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19691965182 Pending DE1965182A1 (de) | 1969-01-15 | 1969-12-27 | Verfahren zum UEberziehen,insbesondere Weichloeten von Materialien und Anwendung des Verfahrens zur Herstellung einer Kontaktschicht auf einer Materialoberflaeche |
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NL (1) | NL7000401A (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0044906A2 (de) * | 1980-07-24 | 1982-02-03 | VDO Adolf Schindling AG | Lötfähiges Schichtensystem |
DE3403378A1 (de) * | 1984-02-01 | 1985-08-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München | Verfahren zur oberflaechenbehandlung eines quarzglassubstrates |
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1969
- 1969-01-15 CH CH47269A patent/CH511950A/de not_active IP Right Cessation
- 1969-12-27 DE DE19691965182 patent/DE1965182A1/de active Pending
-
1970
- 1970-01-13 NL NL7000401A patent/NL7000401A/xx unknown
- 1970-01-14 FR FR7001177A patent/FR2037042A1/fr not_active Withdrawn
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EP0044906A3 (en) * | 1980-07-24 | 1984-04-11 | Vdo Adolf Schindling Ag | Solderable layer system |
DE3403378A1 (de) * | 1984-02-01 | 1985-08-08 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München | Verfahren zur oberflaechenbehandlung eines quarzglassubstrates |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2037042A1 (en) | 1970-12-31 |
NL7000401A (de) | 1970-07-17 |
CH511950A (de) | 1971-08-31 |
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