DE2042370C3

DE2042370C3 - Lotträger und denselben enthaltende Lötpaste

Info

Publication number: DE2042370C3
Application number: DE19702042370
Authority: DE
Inventors: Rajnikant Babubhai Amin; Joel Alfred Conwicke
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1969-08-26
Filing date: 1970-08-26
Publication date: 1974-05-02
Also published as: DE2042370A1; FR2064801A5; JPS5248936B1; GB1324418A; DE2042370B2

Description

2. Lotträger nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichne*, daß er 0,01 bis 99,5 Gewichtsprozent an as a) enthält.

3. Lotträger .lach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als aktiven Wasserstoff enthaltende Verbindung Triäthanolamin enthält.

4. Lotträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er als thixotropes Mittel hydriertes Rizinusöl enthält.

5. Siebdruckfähige Lötpaste, bestehend aus einem Lolträger gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 und einem darin dispergierten feinpulvrigen Lotanteil.

6. Lötpaste nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie andere herkömmliche Siebdruckbestandteile und Viskosnätsmodifizierer und gegebenenfalls die Eigenschaften der Zusammensetzung nicht nachteilig beeinflussende Plastifizierungsmittel enthält.

7. Lötpaste nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lotanteil aus Gold, Silber, Zinn, Germanium, Silicium, Antimon, Wismut, Dlei, Indium, Gallium, Zii.x, Kupfer und/oder deren Legierungen besteht.

8. Lötpaste nach Anspruv.: 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lotanteil aus einer Zinn-Antimon-; Zinn-Blei-, Zinn-Silber- Gold-Zinn- und Gold-Antimon-Legierung besteht.

9. Lötpaste nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Menge von 0,01 bis 75 Gewichtsprozent an dem Träger a) und

1 b's 75 Gewichtsprozent an der Komponente b) enthält.

10. Lötpaste nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 1 bis 10 Gewichtsprozent an dem Träger a), 30 bis 60 Gewichtsprozent an der Komponente b), 40 bis 60 Gewichtsprozent an der 6" Komponente c) und 0,5 bis 10 Gewichtsprozent an der Komponente d), besonders hydriertem Rizinusöl, besteht.

11. Lötpaste nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 25 bis 100 Gewichtsprozent an dem Träger a), 0 bis 20 Gewichtsprozent an der Komponente d) und 0 bis 75 Gewichtsprozent an der Komponente c) besteht.

ρ Lötpaste nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus SO bis 99,5 Gewichtsprozent an dem Träeer a), 0,5 bis 10 Gewichtsprozent an der Komponente d) und 0 bis 15 Gewichtsprozent an der Komponente c) besteht.

13 Verfahren zum Auftragen einer s.ebdruckfähisen Lötpaste nach ein-m der Ansprüche 5 br: P im Siebdruck auf ein Metall, dadurch gekennzeichnet daß die aufgedruckte Lötpaste m einer nichtoxidierenden Atmosphäre erh.tzt w.rd.

Das Löten von Metalien wird im al gemeinen bewirkt indem man am Lötort ein Flußm.ttel und dann mi, einem Lötkolben od. dgl. das Lot aufbr.ngi. Andererseits hat man auch vorgeformtes Lot eingesetzt das zum Schmel/zustand erh.tzt w.rd und h.erdurc'h eine cute Lotbindung ergibt. Zur Anpassung anden Einzelfall sind verschiedene ^Vf Γ™,* herzustellen. Der gesamte Lötprozeß .st dementsprechend sehr zeitraubend und kostspielig.

^PDio Hersteilung siebdruckfähiger Lotpasten ,si veri; ^dentlich versucht worden. Spez.ell waren fur £n Einsatz bei elektronisch.,. Schaltungen geeignete Zusammensetzungen von hohe,.. Wert. Im letzteren

Falle müssen die eingesetzten Lolträger

1. eine gute Druckfähigkeit ergeben,

2. aktiv sein und beim Schmelzpunkt der Lote Oberflächenoxide entfernen und

3. einen nichtkorrosiven und nichtleitfähigen Rückstand hinterlassen.

Diese Vorzüge sind bisher bei siebdruckfähigen Lötpasten nicht voll erzieibar gewesen. Speziell haben die bisher bekannten Zusammensetzungen eine schlechte Siebdruckfähigkeit, schlechte Benctzungseigenschaften und eine schlechte Lötfähigkeit, und die Meng" des Flußmittel-Rückstands ist hoch gewesen. Der letztgenannte Faktor ergibt eine schlechte Lotbindung und kann zur Beeinträchtigung der elektrischen und thermischen Eigenschaften führen.

Aus der britischen Patentschrift 796 598 ist die Verwendung von Aminen, wie Diäthanolamin und Triäthanolamin, als flüssige Träger für fluorhaltige Hydrazinsalzflußmittel bekannt. Diese bekannten Lötpasten hinterlassen jedoch korrodierende Rückstände und sind daher für die Herstellung von elektronischen Schaltungen nicht geeignet. Die eriindungsgemäßen Lotträger und Lötpa=ten sind, wie aus der untenstehenden Definition hervorgeht, anders zusammengesetzt und unterscheiden sich im übrigen auch dadurch von den bekannten Lötpasten, daß sie besonders gut für die Herstellung von elektronischen Schaltungen geeignet sind.

Die Erfindung macht einen besseren, flüssigen Lotiräger verfügbar, der sich zur Herstellung siebdruckfähiger Lötpasten verwenden läßt, mit denen die bisherigen Mangel überwunden werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein flüssiger Lotträger, bestehend aus

a) mindestens 0,01 Gewichtsprozent einer aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung aus der Gruppe hydroxylsubstituierte, aliphatische Amine,

3 4

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

vorliegen, hydroxylsubstituierte, einkernige, aro- oder organisches Lösungsmittel vor.

malische Amine, bei denen Hydroxylgruppe und Die zweite Komponente des Tiägers ist KoIo-

Stickstoff vicinal vorliegen, hydroxylsubstituierte, phonium oder Kolophoniumderivat. Das Kolopho-

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

sich die Hydroxylgruppe in 2- oder 8-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 75 Gewichtsprozent an Kolophonium oder säure ist. Zum Begriff «Kolophonium und Kolopho-Kolophoniumderivaten, io niumderivat« gehören Kolophonium, die Säuren im

c) 0 bis 75 Gewichtsprozent an organischem Lö- Kolophonium, Wurzelharz und alle ihre Derivate, sungsmittel und wie auch die gängigen Handelsprodukte. Der Zweck

d) 0 bis 20 Gewichtsprozent an thixotropem Mittel, des Kolophoniums liegt darin, die Viskosität des Lot

trägers auf eine Druck-Konsistenz zu bringen, als

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

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

£ierten feinpulvrigen Lotanteil, sowie ein Verfahren flüssigen Lotiräg;r in einer Menge von bis zu 75 Ge-

zum Auftragen einer siebdruckfähigen Lötpaste, das wichtsprozent vorliegen; 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

hilzl wird. schlechten Eigenschaften.

Nachfolgend sind bevorzugte Ausführungsformen 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-Oberfiächenoxid 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 Löübcr dem Schmelzpunkt der Lotmetalle aktiv sein, rungsmittel bleibt das feintcilige Lot nicht in dem so daß die Oberflächenoxide der Lotmetalle entfernt 30 flüssigen Lotträger einer siebdruckfähigen Lötpaste werden. Darüber hinaus muß die Verbindung das dispergiert. Dabei sind all die üblichen organischen Fließen des Lotes und die Lotbenetzung verstärken Lösungsmittel verwendbar; zu typischen Lösungs- und 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 3s die Terpene (z. B. //-Terpineol), Äthylenglykol, GIy-Wasscrstoff enthaltenden Verbindungen sind hydroxyl- cerin, Methyläthylketon und Mischungen derselben, substituierte, aliphatische Amine, bei denen Hydroxyl- Die vierte Komponente des Lotträgers bildet ein gruppe und Stickstoff vicinal vorliegen, hydroxyl- thixotropes Mittel, wobei auch 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- o'^ur 8-Stellung in bezug mf den Rinustickstoff des Belastungsvermögens des Lotträgers. Ein Vorbelindet, und Mischungen dciselbcn. Unter »vicinal« liegen von mehr als 20 Gewichtsprozent an thixosind benachbarte oder nebeneinanderliegende Stel- 4-, tropcm Mittel wirkt sich auf das Vermögen des Lotlungen an einem Kohlcnstoffring oder einer Kohlen- trägers, zu verlaufen, stark hindernd aus. Vorzugsstoffkette zu verstehen. Zu diesen Verbindungen gc- weise arbeitet man mit 0,5 bis 10 Gewichtsprozent an hören z. B. Diethanolamin, Triethanolamin. 2-Hy- lhixotro]~em Mittel. Es ist jedes thixolrope Mittel droxychinolin, 8-Hydro\vchirolin, 2-(2-Aminoäth\i- verwendbar, das nicht zum Verbleiben eines in orgaaminj-äthanoi, Diglykolamin, \-l lydroxynielhylpyri- 50 nisehcm Lösungsmittel (z.B. Trichlorethylen) unlösü'ii und N-Hydroxyäthyläthylcndianiin. Für die liehen Rückstands auf dem Lot nach der Durch-/wecktder Erfindung IaTt 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 Vcrbindungsklasscn ν er- beschrieben. Ein bevorzugtes thixotropes Mittel bildet we; Jen. 55 hydriertes Rizinusöl.

Ucr Anteil der aktiven Wasserstoff enthaltenden In den siebdruckfähigen Lötpasten gemäß der

Verbindung in dem flüssigen Lotträger für -siebdruck Erfindung können auch andere, herkömmliche Sieb-

fähige Lötpasteii liegt im Bereich von 0,01 uis K)!) Gc- druckbestandteile und Viskositätsmodifizierer vor-

wichupro/ent. Jegliche kleine Menge tier Aklivwasser- liegen. Auch übliche, die Eigenschaften der Zustofl Verbindung verbessert die oben beschriebenen 60 sammcnset/ungen nicht nachteilig beeinflussende PIa-

I !:ci^! .cli.iiien. und spe/iel'· !vu.l.l die Verbindung vor- stili/iei iingsmittcl Minnen vorgesehen werden.

I1 ei/er., um Oherllächenoxide der Lok /u entfernen Zur Herstellung des flüssigen Trägers vermischt und >la-> Zusammenlaufen des Lotes während des man einfach die Komponenten miteinander und bzw. ! rhii/ens 111 Bildung einer glatten, kontinuierlichen oder löst die eine Komponente in einer anderen. I K'u h.e zu i.nlersli'it/cn. Am anderen I luli· des Mengen- 65 Dabei sind all die vertrauten Techniken zur Bildung anteilhereiLlio kann der Lotträger vollständig aus eines Flüssigkeitssystenis anwendbar.

der aktiven W .r. .crsioiT enthüllenden Verbindung Die siebdruckfähigen Lölpasten enthalten feinbestehen. Vorzugsweise jedoch liegen mindestens pulvriges Lot in dem flüssigen Träger dispergicit. 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 0,15n>.:n liegen.

Die siebdruckfähigen Lötpasten werden in herkömmlicher Weise hergestellt, indem man das Lot und den Lotträger in dem jeweils gewünschten Verhältnis, vorzugsweise im Verhältnis von 1 : 20 bis 20 : 1, mischt. Die sieodruckfähigen 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 Erläuterung der Erfindung.

Tabelle Beispiel

I 5

Lotträger, Gewichtsprozent

1. /i'-Terpineol

2. Abietinsäure

3. Triethanolamin

4. Diäthanolamin

5. Äthylcellulose

6. Hydriertes Rizinusöl

Metall, Gewichtsprozent

1. Gold

2. Silber

3. Zinn

4. Germanium

5. Antimon

Siebdruckfähigkeit

Lotbenetzung

Temperatur, C

Rückstand

A = ausgCEeichnet, G = gut, RG = recht

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

gut, K = keine.

Tabelle Il

290 gering

Beispiel

10 14

15

16

Lotträger,

Gewichtsprozent

Triäthanolamin

/'-Terpineo!

Hydriertes Rizinusöl

Metall, Gewichtsprozent..

Zinn

Antimon

Blei

Gold

Silber

Siebdrucklähigkeit

Nach Lagerung

Lotbenetzung

Temperatur, "C

Lotkügelchen

Rückstand

Abkürzungen: Siehe Tabelle 1.

20	12	12	12	12	12	15	K- (Ji
47,5	95	95	95	95	95	43,3	65
47,5	0	0	0	0	0	43,3	22
5,0	5	5	5	5	5	13,4	13
80	88	88	88	88	88	85	85
95	95	10	60	20	95	95	95
(Ji	5					5	<J1
	—	90	40		—	—	—
—	—	—	—	80	5	—	-τ-
A	A	A	A	A	A	A	Α
A	A	A	A	A	A	A	A
A	A	G	A	A	A	A	A
290	290	350	200	310	250	290	290
keine	keine	keine	wenig	keine	keine	keine	keine
gering	gering	gering	gering	gering	gering	gering	gering

keine

gering

Unter Einsatz, der in ι u'uelle I und II genannten hielten, wurde Abietinsäure und bzw. oder ein thixo-Mengen der Bestandteile wurden verschiedene llüssige 6₅ tropes Mittel in der Aktivwasserstoff-Verbindung und Lotträger und siebdruckiähige Lötpasten hergestellt. gegebenenfalls dem organischen Lösungsmittel gelöst. Zur Herstellung der LoUräger, 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 Löipasten feinpulvriges Lot dispergiert. Diese Zusammensetzungen wurden auf einen vorgebildeten Leiterbereich auf einer Aluminiumoxid-Unlerlage aufgedruckt, worauf die gesamte Unterlage in eirer inerten Atmosphäre auf die Löttemperalur (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 Mängel des Standes der Technik überwunden v/erden, Im besonderen führt Beispiel 2, in dem ein übliche

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 Lotkügclchenbildungseffekt, eine ausgezeichnete Lagerungsbeständigkeit (d. h. die Metallteilchen bleiben in dem Träger suspendiert) und eine hohe Belastbar-

o kcit. Diese, ein thixotropes Mittel enthaltenden Lötpasten erlauben auch die Auftragung dicker Drucke (d.h. von über '/„mm Höhe) ohne jegliche Avisbreitung oder Verbreiterung des Drucks.

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssiger Lotträger bestehend aus a) mindestens 0,01 Gewichtsprozent einer aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung aus der Gruppe hydroxylsubstituierie, aliphatische Amine, bei denen Hydroxylgruppe und Stickstoff vicinal vorliegen, hydroxylsubstituierte, einkernige, aromatische Amine, bei denen Hydroxylgruppe und Stickstoff vicinal vorliegen, hydroxylsubstituierte, mehrkernige, heterocyclische Amine, bei denen sich die Hydroxylgruppen in 2- oder 8-Stellung zum Ringstickstoft befindet, und Mischungen derselben,

b) 0 bis 75 Gewichtsprozent an Kolophonium oder Kolophoniumderivaien,

c) 0 bis 75 Gewichtsprozent an organischem Lösungsmittel und

d) 0 bis 20 Gewicht^cprozent an thixotropem Mittel.