DE2042370B2 - Lottrager und denselben enthal tende Lotpaste - Google Patents

Description

6 Lötpaste nach Anspruch 5, dadurch gekenn- Diese Vorzüge sind bisher bei siebdruckfähigen

zeichnet, daß sie andere herkömmliche Siebdruck- Lctpasten nicht voll erzielbar gewesen. Speziell haben

bestandteile und Viskositätsmodifizierer und ge- die bisher bekannten Zusammensetzungen eine

gebenenfalls die Eigenschaften der Zusammen- 40 schlechte Siebdruckfähigkeit, schlechte Benetzungs-

setzung nicht nachteilig beeinflussende Plasti- eigenschaften und eine schlechte Lötfähigkeit, und die

führungsmittel enthalt. _{Menge des} Flußmittel-Rückstands ist hoch gewesen.

7. Lotpaste nach Anspruch 5 oder 6, dadurch Der letztgenannte Faktor ergibt eine schlechte Lotgekennzeichnet, daß der Lotanteil aus Gold, Silber, bindung und kann zur Beeinträchtigung der elek-Zinn, Germanium, Silicium, Antimon, Wismut, 45 trischen und thermischen Eigenschaften führen.
Blei, Indium, Gallium, Zink, Kupfer und/oder Aus der britischen Patentschrift 796 598 ist die Verderen Legierungen besteht. wendung von Aminen, wie Diäthanc 'amin und Tri-

8 Lotpaste nach Anspruch 7, dadurch gekenn- äthanolamin, als flüssige Träger für fhiorhaltige

zeichnet daß der Lotanteil aus einer Zinn-Anti- Hydra^insalzflußmittel bekannt. Diese bekannten Löt-

^⁰I¹!)"*"' ^Zini>Silber-' Gold-Zinn- und 50 pasten hinterlassen jedoch korrodierende Rückstände

Oold-Antimon-Legierung besteht. und sind daher für die Herstellung von elektronischen

9. Lotpaste nach einem der Ansprüche 5 bis 8, Schaltungen nicht geeignet. Die erfindungsgemäßen

J^"™ gekennzeichnet, ^{daß Sie eine Men}S^{e von} Lotträger und Lötpasten sind, wie aus der unten-

0,01 bis 75 Gewichtsprozent an dem Träger a) und stehenden Definition hervorgeht, anders zusammen-

'^s... ^Gewichtsprozent an der Komponente b) 55 gesetzt und unterscheiden sich im übrigen auch da-

enthalt. durch von den bekannten Lötpasten, daß sie be-

1(J. Lotpaste nach Anspruch 9, dadurch gekenn- sonders gut für die Herstellung von elektronischen

zeichnet, daß sie aus 1 bis 10 Gewichtsprozent an Schaltungen geeignet sind.

dem Trager a) 30 bis 60 Gewichtsprozent an der Die Erfindung macht einen besseren, flüssigen Lot-Komponente b), 40 bis 60 Gewichtsprozent an der 60 träger verfügbar, der sich zur Herstellung siebdruck-Komponente c) und 0,5 bis 10 Gewichtsprozent fähiger Lötpasten verwenden läßt, mit denen die bisan der Komponente d), besonders hydriertem herigen Mängel überwunden werden.
Rizinusöl, besteht Gegenstand der Erfindung ist ein flüssiger Lot-

11. Lotpaste nach einem der Ansprüche 5 bis 8, träger, bestehend aus

dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 25 bis 100 Ge- 6₅

wichtsprozent an dem Träger a), 0 bis 20 Gewichts- a) mindestens 0,01 Gewichtsprozent einer aktiven

Prozent an der Komponente d) und 0 bis 75 Ge- Wasserstoff enthaltenden Verbindung aus der

wichtsprozent an der Komponente c) besteht. Gruppe hydroxylsubstituierte, aliphatische Amine

³ 4

bei denen Hydroxylgruppe und Stickstoff vicinal 0,5 Gewichtsprozent thixotropes Mittel und bzw.

vo. liegen, hydroxylsubstituierte. einkernige, arc- oder organisches Lösungsmittel vor.

mansche Amme bei denen Hydroxylgruppe und Die zweite Komponente des Tracers ist KoIo-

Stickstoff vicinal vorliegen, hydroxyl.ubstituierie, phonium oder Kolophoniumderivat. "Das Kolopho-

mehrkernige heterocyclische Amine, bei denen 5 nium, die nicht wasserdampfflüchtiae Fraktion des

sich die Hydroxylgruppe in 2- oder S-Stellung Koniferen- bzw. Kiefern-Oleoharzes, stellt eine

zum Ringstickstoff befindet, und Mischungen Mischung von fünf isomeren Diterpensäuren dar. deren

derselben, _am reichlichsten auftretende Komponente die Abietin-

b) 0 bis /5 Gewichtsprozent an Kolophonium oder säure ist. Zum Beariff »Kolophonium und Kolopho-

Kolophoniumdenvaten, _i0 niumderivat« cehören Kolophonium, die Säuren im

c)0 bis /D Gewichtsprozent an organischem Lö- Kolophonium." Wurzelharz und alle ihre Derivate,

sungsmittel und _{wie auch die sä}n₂iaer. Handelsprodukte. Der Zweck

d) 0 bis 20 Gewichtsprozent an thixotropem Mittel. des Kolophoniums liegt darin, die Viskosität des Lotträgers auf eine Druck-Konsistenz zu brineen. als

eine siebdruckfähige Lötpaste, bestehend aus dem 15 Flußmittel zu wirken und die Laaerbeständiakeit zu

obengenannten Lotträger und einem darin disper- erhöhen. Dieser Wahl-Bestandteil kann Γη dem

gierten Jeinpukrigen Lotanteil, sowie ein Verfahren flüssigen Louräger in einer Menge von bis zu 75 Ge-

zum Auftrager :iner siebdruckfähigen Lötpaste, das wichfsprozent vorlieeen; ein Einsatz von über 75 Ge-

dadurch gekennzeichnet ist, daß die aufgedruckte wichtsprozent führt" zu Lotträgern von sehr hoher

Lötpaste in einer nichtoxidierenden Atmosphäre er- 20 Viskosität und mit bezüglich" der Druckfähigkeit

hitzi wird. schlechten Eigenschaften.

Nachfolgend sind bevorzugte Ausiührungsformen Die dritte "Komponente des Trägers bildet ein beschrieben. organisches Lösungsmittel, wobei dieser Wahl-Be-Einen kritischen und wesentlichen Bestandteil der standteil in Mengen von bis zu 75 Gewichtsprozent flüssigen Träger stellt die aktiven Wasserstoff ent- 25 des Lotträgers vorliegen kann. Das Lösungsmittel haltende Verbindung dar, die zur Entfernung von erteilt dem Lotträger,"der bei siebdruckfähigen Löt-Oberflächenoxid von den an dem Lötprozeß be- pasten einzusetzen ist, die richtige Konsistenz. Beim teiligten Metallen befähigt ist. Diese Verbindung muß Vorliegen von mehr als 75 Gewichtsprozent an Löüber dem Schmelzpunkt der Lotmetalle aktiv sein, cungsmittel bleibt das feinteilige Lot nicht in dem so daß die Oberflächeno:.ide de Lotmetalle entfernt 30 flüssigen Lotträger einer siebdruckfähigen Lötpaste werden. Darüber hinaus .nuß die Verbindung das dispergiert. Dabei sind all die üblichen organischen Fließen des Lotes und die Lotbt letzung verstärken Lösungsmittel verwendbar; zu typischen Lösungsund in vielen Fällen die Eigenschaft besitzen, daß mitteln gehören Aceton, Benzol, Toluol, aliphatische ihr Rückstand nichtkorrosiv und elektrisch nicht- Alkohole, Terpentinölersatz, Tetrachlorkohlenstoff, leitend ist. Die erfindungsgemäß verwendeten, aktiven 35 die Terpene (z. B. /5-Terpineol), Äthylenglykol, GIy-Wasserstoff enthaltenden Verbindungen sind hydroxyl- cerin, Methyläthylketon und f ⁱischungen derselben, substituierte, aliphatische. Amine, bei denen Hydroxyl- Die vierte Komponente des Lotträgers bildet ein gruppe und Stickstoff vicinal vorliegen, hydroxyl- thixotropes Mittel, wobei aucfi diese Komponente substituierte, einkernige, aromatische Amine, bei ein Wahl-Bestandteil ist und in Mengen von bis zu denen Hydroxylgruppe und Stickstoff vicinal vor- 40 20 Gewichtsprozent des Lotträgers vorliegen kann, liegen, hydroxylsubstituierte, mehrkernige, hetero- Ihr Zweck liegt in der Erhöhung der Viskosität des cyclische Amine, bei denen sich die Hydroxylgruppe Lotträgers auf Druck-Konsistenz und der Steigerung in 2- oder 8-Stellung in bezug auf den Ringstickstoff des Belastungsvermögens des Lotträgers. Ein Vorbefindet, und Mischungen derselben. Unter »vicinal« liegen von mehr als 20 Gewichtsprozent an thixosind benachbarte oder nebeneinanderliegende Stel- 45 tropem Mittel wirkt sich auf das Vermögen des Lotlungen an einem Kohlenstoffring oder einer Kohlen- trägers, zu verlaufen, stark hindernd aus. Vorzugsstoffkette zu verstehen. Zu diesen Verbindungen ge- weise arbeitet man mit 0,5 bis 10 Gewichtsprozent an hören z. B. Diäthanolamin, Triäthanolamin, 2-Hy- thixotropem Mittel. Es ist jedes thixotrope Mittel droxychinolin, 8-Hydroxychinolin, 2-(2-Aminoäthyl- verwendbar, das nicht zum Verbleiben eines in orgaamin)-äthanol, Diglykolamin, a-Hydroxymethylpyri- 50 nischem Lösungsmittel (z. B. Trichloräthylen) unlösdin und N-Hydroxyäthyläthylendiamin. Für die liehen Rückstands auf dem Lot nach der Durch-Zwecke der Erfindung läßt sich jede aktiven Wasser- führung des Einbrennens führt. Übliche thixotrope stoff enthaltende Verbindung innerhalb der oben Mittel sind in Ei rich, »Rheology«, Vol. 4, S. 457, beschriebenen, allgemeinen Verbindungsklassen ver- beschrieben. Ein bevorzugtes thixotropes Mittel bildet wenden. 55 hydriertes Rizinusöl.

Der Anteil der aktiven Wasserstoff enthaltenden In den siebdruckfähigen Lötpasten gemäß der Verbindung in dem flüssigen Lotträger für siebdruck- Erfindung können auch andere, herkömmliche Siebfähige Lötpasten liegt im Bereich von 0,01 bis 100 Ge- druckbestandteile und Viskositätsmodifizierer vorwichtsprozent. Jegliche kleine Menge der Aktivwasser- liegen. Auch übliche, die Eigenschaften der Zustoff-Verbindung verbessert die oben beschriebenen 60 sammensetzungen nicht nachteilig beeinflussende Pia-Eigenschaften, und speziell muß die Verbindung vor- stifizierungsmittel können vorgesehen werden, liegen, um Oberflächenoxide der Lote zu entfernen Zur Herstellung des flüssigen Trägers vermischt und das Zusammenlaufen des Lotes während des man einfach die Komponenten miteinander und bzw. Erhitzens zur Bildung einer glatten, kontinuierlichen oder löst die eine Komponente in einer anderen. Fläche zu unterstützen. Am anderen Ende des Mengen- 65 Dabei sind all die vertrauten Techniken zur Bildung anteilbereiches kann der Lotträger vollständig aus eines Flüssigkeitssystems anwendbar, der aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung Die siebdruckfähigen Lötpasten enthalten feinbestehen. Vorzugsweise jedoch liegen mindestens pulvriges Lot in dem flüssigen Träger dispergiert. Als

Lotanteil sind all die herkömmlichen, normalerweise zum Löten eingesetzten Metalle verwendbar, einschließlich Gold, Silber, Zinn, Germanium, Silicium, Antimon, Wismut, Blei, Indium, Gallium, Zink, Kupfer und Legierungen derselben. Die Teilchengröße des Lotpulvers soll unter 0,15 mm liegen.

Die siebdruckfähigen Lötpasten werden in herkömmlich;. Weise hergestellt, indem man das Lnt und den Lotträger in dem jeweils gewünschten Verhältnis, vorzugsweise im Verhältnis von 1 : 20 bis 20 : 1, mischt. Die siebdruckfähigen Lötpasten können dann auf jede zweckentsprechende Unterlage, insbesondere Metallunterlagen, zur Bildung eines Lotauftrags aufgebracht werden, worauf man das Lot auf eine Temperatur erhitzt, bei der das Lot eine Schmelze bildet und eine hochhaftfeste Lotbindung entsteht. Dabei kann jegliche Atmosphäre Anwendung finden, aber vorzugsweise arbeitet man in inerten oder reduzierenden Atmosphären (nichtoxidierend).

Die folgenden Beispiele, in denen wie auch in der sonstigen Beschreibung sich alle Teil-, Prozent- und ίο Anteilangaben für das Material oder die Komponenten auf das Gewicht beziehen, dienen der weiteren Erläuteruna der Erfindung.

Tabelle I

	2	3	B e i s	ρ i e 1	6	7
1	25	25	4	5	30	20
25	90	50	20	40	45	50
53		45	50	60	45	41
45	.		46	30	10	2
2		5	4	10
	10				—.	—
					—	7
	75	75	.		70	80
75	80	80	80	60	82	—
80	20	20	—	—	15	95
20	—		95	100	3	—
—		.	.	—	—	5
	G	G	5		RG	A
A	K	A	G	RG	G	A
A	310	310	G	G	310	290
310	stark	mäßig	260	260	gering	gering
gering		gering	gering

Lotträger, Gewichtsprozent

1. /?-Terpineol

2. Abietinsäure

3. Triäthanolamin

4. Diäthanolamin

5. Äthylcellulose

6. Hydriertes Rizinusöl ... Metall, Gewichtsprozent ..,

1. Gold

2. Silber

3. Zinn

4. Germanium

5. Antimon

Siebdruckfähigkeit

Lotbenetzung

Temperatur, ⁰C

Rückstand

290 gering

A = ausgezeichnet, G = gut, RG = recht gut, K = keine.

Tabelle II

	10	Il	12	Beispiel	14	15	16
9	12	12	12	13	12	15	15
20	95	95	95	12	95	43,3	65
47,5	0	0	0	95	0	43,3	22
47,5	5	5	5	0	5	13,4	13
5,0	88	88	88	5	88	85	85
80	95	10	60	88	95	95	95
95	5			20		5	5
5	—	90	40		—	—	—
—	—	—	—		5	—	—
—	A	A	A	80	A	A	A
A	A	A	A	A	A	A	A
A	A	G	A	A	A	A	A
A	290	350	200	A	250	290	290
290	keine	keine	wenig	310	keine	keine	keine
keine	gering	gering	gering	keine	gering	gering	gering
gering			gering

Lotträger,

Gewichtsprozent

Triäthanolamin

ß-Terpineol

Hydriertes Rizinusöl

Metall, Gewichtsprozent..

Zinn

Antimon

Blei

Gold

Silber

Siebdruckfähigkeit

Nach Lagerung

Lotbenetzung

Temperatur, ° C

Lotkügelchen

Rückstand

Abkürzungen: Siehe Tabelle I.

100

95

RG RG

290

keine

gering

Unter Einsatz der in Tabelle I und II genannten hielten, wurde Abietinsäure und bzw. oder ein thixo-Mengen der Bestandteile wurden verschiedene flüssige 65 tropes Mittel in der Aktivwasserstoff-Verbindung und Lotträger una siebdruckfähige Lötpasten hergestellt. gegebenenfalls dem organischen Lösungsmittel gelöst. Zur Herstellung der Lotträger, die noch andere Be- Die Auflösung wurde durch 15 bis 20 Minuten Erstandteile als die Aktivwasserstoff-Verbindung ent- hitzen der Mischung beschleunigt. Nach Abkühlung

wurden in dem Lotträger zur Bildung siebdruckfähiger Lötpasten feinpulvriges Lot dispergiert. Diese Zusammensetzungen wurden auf einen vorgebildeten Leiterbereich auf einer Aluminiumoxid-Unterlage aufgedruckt, worauf die gesamte Unterlage in einer inerten Atmosphäre auf die Löttemperatur (s. Tabellen) erhitzt wurde. Die Loteigenschaften sind ebenfalls in den Tabellen genannt.

Wie die Tabellenwerte zeigen, führt der Einsatz des Lotträgers gemäß der Erfindung in siebdruckfähigen Lötpasten zu guten Ergebnissen, während die Mangel des Standes der Technik überwunden werden. Im besonderen führt Beispiel 2, in dem ein üblicher Siebdruckträger eingesetzt wird, nicht zu den mit dem Lotträger gemäß der Erfindung erzielbaren, überlegenen Ergebnissen. Speziell zeigen die Beispiele die gute Siebdruckfähigkeit, die gute Lotbenetzung, den Anfall eines nichtkorrosiven und elektrisch nichtleitfähigen Rückstands, einen nur geringen oder keinen Lotkügelchenbildungseffekt, eine ausgezeichnete Lagerungsbeständigkeit (d. h. die Metallteilchen bleiben in dem Träger suspendiert) und eine hohe Belastbar- >o keit. Diese, ein thixotropes Mittel enthaltenden Lötpasten erlauben auch die Auftragung dicker Drucke (d. h. von über Vw mrn Höhe) ohne jegliche Ausbreitung oder Verbreiterung des Drucks.

Claims (4)

1 2 12. Lötpaste nach Anspruch 10, dadurch gekenn- Patentansprüche: zeichnet, daß sie aus 80 bis 99,5 Gewichtsprozent an dem Träger a), 0,5 bis 10 Gewichtsprozent an

1. Flussiger Lotträger, bestehend aus der Komponente d) und 0 bis 15 Gewichtsprozent

a) mindestens 0,01 Gewichtsprozent einer ak- ^{5 an der} Komponente c) besteht.

tiven Wasserstoff enthaltenden Verbinduns ¹³· Verfahren zum Auftragen einer siebdruck-

aus der Gruppe hydroxylsubstituierte. alipha" fähigen Lötpaste nach einem der Ansprüche 5 bis

tische Amine, bei denen Hydroxylgruppe und ¹² '^m Siebdruck auf ein Metall, dadurch gekenn-

Stickstoff vicinal vorliegen, hydroxylsubsti- zeichnet, daß die aufgedruckte Lötpaste in einer

tuierte, einkernige, aromatische Amine, bei ^lo nichtoxidierenden Atmosphäre erhitzt wird,
denen Hydroxylgruppe und Stickstoff vicinal
vorliegen, hydroxylsubstituierte, mehrkerp.ise.

heterocyclische Amine, bei denen sich die

Hydroxylgruppen in 2- oder S-Stellung zum

Ringstickstoff befindet, und Mischungen der- ¹⁵

selben, " Das Löten \ ι Metallen wird im allgemeinen be-

b) 0 bis 75 Gewichtsprozent an Kolophonium wirkt, indem im.n am Lötort ein Flußmittel und dann oder Kolophoniumderivaten, ^m'¹ einem Lötkolben od. dgl. das Lot aufbringt.

c) 0 bis 75 Gewichtsprozent an organischem Andererseits hat man auch vorgeformtes Lot einge-Lösungsmittel und *" ²⁰ setzt, das zum Schmelzzustand erhitzt wird und hier-

d) 0 bis 20 Gewichtsprozent an thixotropem ^{durch eine} §^ute Lotbindung ergibt. Zur Anpassung Mittel. an den Einzelfall sind verschiedene Vorformteile

herzustellen. Der gesamte Lötprozeß ist dement-

2. Lotträger nach Anspruch 1, dadurch gekenn- sprechend sehr zeitraubend und kostspielig,
zeichnet, daß er 0,01 bis 99,5 Gewichtsprozent an 25 Die Herstellung siebdruckfähiger Lötpasten ist a) enthält. verschiedentlich versucht worden. Speziell wären für

3. Lotträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch den Einsatz bei elektronischen Schaltungen geeignete gekennzeichnet, daß er als aktiven Wasserstoff Zusammensetzungen von hohem Wert. Im letzteren enthaltende Verbindung Triäthanolamin enthält. Falle müssen die eingesetzten Lotträger

4. Lotträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3. 30

dadurch gekennzeichnet, daß er als thixotropes 1. eine gute Druckfähigkeit ergeben,

Mittel hydriertes Rizinusöl enthält. 2. aktiven und beim Schmelzpunkt der Lote Ober-

D. Siebdruckfahige Lötpaste, bestehend aus flächenoxide entfernen und

einem Lottrager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 3. einen nichtkorrosiven und nichtleitfähigen Rück-

und einem dann dispergierten feinpulvrigen Lot- 35 stand hinterlassen,
anteil.