DE2137329C3 - Lotflußmittel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lötflußmittel, bestehend is Kolophonium, einem grenzflächenaktiven Mittel,

grenzflächenaktiven Stoffe in den genannten Lötflußmitteln in großen Mengen eingesetzt werden.

In der deutschen Patentschrift 895 089 ist ein Verfahren zum Löten von Kupfer und seinen Legierungen beschrieben, in dem Brom-, Jod- und Fluorhydrate des Ammoniaks oder seiner organischen Substitutionsprodukte in Form von Aminen, gegebenenfalls in Mischung mit Glycerin oder Kolophonium, als Flußmittel Verwendung finden. Nachteilig an diesen Flußmitteln ist, daß sie zum Löten von Kupfer und seinen Legierungen für Wirktemperaturen erst oberhalb 300 C geeignet sind und daher zum Löten von mikroelcktronischen Bauteilen auf Schaltkarten nicht verwendet werden können. Außerdem spritzen Flußmittel, die derartige Aktivatoren enthalten, beim L.iUen.

:.· der deutschen Patentschrift 1119 086 ist ein H.ißmittel für Weichlote auf Kolophoniumbasis beschrieben, da^r> als Aktivierungsmittel das halogenwasserstoffsaure Salz eines Ν,Ν-disubstituierten Alkanolamins enthält. Dieses Flußmittel erreicht zwis:;hin 300 und 360°C das Maximum an Wirksamkeit. Nachteilig ist, daß es bei der Verarbeitung klebrige Rückstände hinterläßt, deren Entfernung zusätzlichen Keinigungsaufwand erfordert.

In der deutschen Patentschrift 1194 682 ist ein Huüinittel für Weichlote auf Kolophoniumbasis beschrieben, das als Aktivierungsmittel ein halogenwas-erstoffsaures, vorzugsweise ein chlorwasserstoffsaures, Salz eines organischen Amins der allgemeinen Formel R₁R₂R₃N enthalt, wobei R₁ eine elektronet-ative Gruppe, vorzugsweise em parasubstituierter Phenylrest, R_s eine die Löslichkeit in dem Harz vermittelnde Gruppe und R₃ Wasserstoff oder eine Niedrigalkylgruppe ist. Nachteilig an diesem Flußmittel ist, daß es an den Lötstellen zähe Flußmittelre-ie hinterläßt, was beim Löten mikroelektronischer Bauteile, bei dem alle Flußmittelreste vollständig entfernt werden müssen, unerwünscht ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Lötfiußmittels, mit dem die Nachteile der bisher bekannten Lötflußmittel ausgeschaltet werden können. Das Lotflußmittel gemäß der Erfindung soll verwendbar sein zum Löten von mikroelektronischen Schaltungen. Es soll nichtleitend und nichtkorrodierend sein, eine gute benetzende Wirkung und gute Wärmeleitfähigkeit besitzen und zu nichtklebrigen Rückständen führen, die jederzeit, auch ohne Ultraschallbehandlung, leicht entfernbar sind.

Das erfindungsgemäße Lotflußmittel, bestehend aus Kolophonium, einem grenzflächenaktiven Mittel, gegebenenfalls einem Lösungsmittel und gegebenenfalls einem Polymerisationsinhibitor, ist dadurch gekennzeichnet, daß das grenzflächenaktive Mittel eine fluorierte Verbindung der allgemeinen Formel

R(CF₂)HCOOM,

worin η eine positive Zahl, vorzugsweise von 6 bis 10, R = H oder F und M = H oder ein Base-Kation, vorzugsweise NH₄ ⁺ oder Na⁺, ist, oder eine Verbindung der allgemeinen Formel genannten Verbindungen die Ammoniumsalze der perfiuorierten Alkansäuren mit η - 8 oder 10. Audi geeignet sind perfiiuirierte Alkansäuren oder Salze derselben, in denen alle Wasserstoffe mit Ausnahme des endständigen Η-Atoms durch Fluor ersetzt sind und η - () bis 9 ist.

Spezielle Beispiele der an zweiler Stelle genannten Verbindung sind die folgenden:

[C₇F₁₀CONHC₃H₁₁N C₂H₅(CH₃),] Ci [C₇F₁₁₁CONHC₁H₆N "(C₂Hj)₂CH,! I [C₇F₁₅CONHC₁H₆N (CH₃),. l~

und

[C_nF₂ „₊,CONHCjH₁N⁺(Ri),^:

darstellt, worin η = 6 bis 9, q = 2 bis 3, r = 0 bis 2, R₁ = CH₃, R₁ = C₁H₅ und X = Halogen ist. Besonders geeignet sind aus der Gruppe der erst-Der RF-Anteil wird so gewählt, daß die gewünschten Eigenschaften für eine wirksame Oberflächenbehandlung, d. h. die gewünschte Oberflächenspannung des Lctflußmittels erhalten werden, und eine optimale benetzende Wirkung des Lotes gewährleistet ist.

Ähnliche Veränderungen in dem RH-Anteil des Moleküls wurden die chemischen und physikalischen Eigenschaften des grenzflächenaktiven Mittels beeinfiussen. Die gewünschten Eigenschaften des grenzflächenaktiven Mittels können durch Variation des Ri?-RH-Verhältnisses erhalten werden. Die Kettenlänge des quartären Ammoniumkations ist bestimmend für die gewünschte Wasser-, öl-, oder Alkohollöslichkeit, wobei der Einfluß des Anions auf die Eigenschaften zu vernachlässigen ist.

Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Lötflußmittclzusammensetzung besteht aus 99 bis 99,99 Gewichtsprozent Kolophonium und 0,01 bis 1 Gewichtsprozent fluoriertem grenzflächenaktivem Mittel. Ein Schutzüberzug kann hergestellt werden mit einer Zusammensetzung, die aus 10 Ji-. 80 Gewichtsprozent Kolophonium, 0,01 bis 1 Gewichtsprozent fluoriertem grenzflächenaktivem Mittel, Rest organische Lösungsmittel besteht. Das besonders vorteilhafte, flüssige Lötflußmittel nach der Erfindung besteht aus 30 bis 40 Gewichtsprozent wasserhellem Kolophonium, 0,01 bis 1 Gewichtsprozent fluoriertem grenzflächenaktivem Mittel, gegebenenfalls 2 bis 3 Gewichtsprozent GIycerin (besonders geeignet zum Löten von elektronischen Bauteilen), Rest organisches Lösungsmittel, beispielsweise einen Alkohol mit ein bis drei C-Atomen.

Wasserhelles Kolophonium ist ein gut bekanntes Material. Es ist eine Mischung aus mehreren Kornponenten. Während die spezifische Zusammensetzung einzelner Kolophoniumsorten von deren Herkunft abhängt, besteht wasserhelles Kolophonium im allgemeinen aus einer Mischung isomerer Diterpensäuren. Die drei wichtigsten Komponenten sine Abietinsäure, Dextropimarsäure und Lävopimarsäure Ei.in »mittleres« Kolophonium enthält etwa 80 bi; 90 Gewichtsprozent Abietinsäure und etwa 10 bii 15 Gewichtsprozent Pimarsäuren. Die Bezeichnung «wasserhelles Kolophonium« bezieht sich auf der Reinheitsgrad, der mittels kolorimetrischer Methoder (ASTM-Bestimrr.ung D 509-55) bestimmt wird. Di< Eigenschaften von wasserhellern Kolophonium sin< im einzelnen beschrieben in dem Buch von H. H Manko, »Solders and Soldering«, McGraw Hill 1964.

An Stelle von wasserhellem Kolophonium könnet auch andere Kolophonium-Materialien Anwendun; finden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß wasserhelle

Kolophonium anderen Koloph·.· liumarten überlegen Bei Anteilen über 65 Gewichtsprozent, bei ungefähr 65 ist, beispielsweise hydriertem Kolophonium aus Holz bis 80 Gewichtsprozent, wird das Lötflußmittel zäh- und polymerisiertem-dimerisierterr. Kolophonium. Ob- flüssig und kann nur noch als Lötpaste verwendet gleich das wasserhelle Kolophonium diesen Arten werden. Es werden jedoch auch mit der Lötpaste mit überlegen ist, wird auch mit ihnen ein Lötflußmittel 5 diesen hohen Gehalten an wasserhellem Kolophonium erhalten, das den handelsüblichen Lötflußmitteln auf gute Ergebnisse hinsichtlich des Fließens des Lotes Kolophoniumbasis ohne Aktivierungszusätze noch und des Verzinnens erzielt. Bei Anteilen von v.asserweit überlegen ist. unabhängig davon, welche KoIo- hellem Kolophonium unter 20 Gewichtsprozent bi.-phoniumart verwendet wurde. ginnt die Viskosität des Lötflußmittels zu niedrig zu

Einige Arten von Kolophonium können bei der io werden, um den beiden Forderungen, die durch ein Herstellung des erfindungsgernäßen Lötfiußmittels Lötflußmittel mit 30 bis 40 Gewichtsprozent erfüllt nicht verwendet werden. Es sind dies Kolophonium werden, gerecht zu werden. Mit weniger als 20 Gc- oder Kolophonium-Harze, die mit den anderen Be- wichtsprozent Anteil an wasserhellem Kolophonium standteilen des Lötflußmittels wit- organische Lösiings- wird jedoch eine Formulierung erhalten, mit der mittel oder fluorierte grenzfläc! „naktive Mittel unver- 15 Schutzüberzüge hergestellt werden können. Der beträglich sind. Kolophonium oder Kolophonium- vorzugte Anteil an Kolophonium für Schutzüberzüge Harze die mit den Lösungsmitteln, die zur Reinigung liegt bei 10 bis 20 Gewichtsprozent unter Verwendung verwendet werden, unverträglich und giftig sind, von Alkoholen oder Äthylacetat als Lösungsmittel, sollten ebenfalls vermieden weiden. Das gleiche gilt Der Anteil des fluorierten grenzflächenaktiven Mittels für ein Kolophonium-Harz, das bei den Löttempera- 20 liegt im Bereich von 0,01 ^s 1,0 Gewichtsprozent, türen instab 1 ist. Der zweite wesentliche Bestandteil des nichtakti-

Im Gegensatz zu bekannten Lötflußmitteln auf vierten Lötflußmittels gemäß der Erfindung ist das

Kolophoniumbasis ohne Aktivierungszusätze zeigt das organische Lösungsmittel oder das Lösungsmittel-

erfindungsgemäße Lötflußmittel ausgezeichnete Fluß- gemisch. Die besten Ergebnisse werden mit Isopropyl-

mitteleigenschaften bis zu Temperaturen von etwa 25 alkohol als Lösungsmittel erzielt. Aufgabe des Iso-

316° C und besitzt außerdem einen sehr breiten An- propylalkohols ist es, das Kolophonium und das

wendungsbereich von 190 bis 316° C. Es wird an- fluorierte grenzflächenaktive Mittel zu lösen und die

genommen, daß der Zusatz von Glycerin und der Bestandteile des Lötflußmittels ^;n klarem, homogenem,

Zusatz des grenzflächenaktiven fluorierten Mittels flüssigem Zustand zu halten. Es können Alkohole oder

den Anwendungsbereich des wasserhellen KoIo- 30 Mischungen derselben in vorteilhafter Weise ver-

phoniums erweitern und damit eine breitere Anwen- wendet werden, die bis zu drei C-Atome enthalten,

dung des Lötflußmittels im Vergleich zu bekannten beispielsweise Methanol, Äthanol, Isopropanol und

Lötflußmitteln auf Kolophoniumbasis ohne Akti- n-Propanol. Alkohole mit vier C-Atomen, beispiels-

vierung-.zusätze ermöglichen. Ein bekanntes Lötfluß- weise n-Butanol oder Isobutanol, sind auch noch

mittel auf Kolophoniumbasis hat beispielsweise einen 35 geeignet; das fluorierte grenzflächenaktive Mittel wird

Anwendungsbereich von 232 bis 288°C und verliert von ihnen jedoch nur teilweise gelöst, so daß schlech-

sehr schnell an Aktivität bei 293°C. Bisher wurde an- tere Ergebnisse erzielt werden. Alkohole mit fünf oder

genommen, daß die Verwendung von wasserhellem mehr C-Atomen, in denen das fluorierte grenzflächen-

Kolophonium ohne Zusätze zu Fehlstellen bei den aktive Mittel unlöslich ist, sind ungeeignet.

Lötprozessen führen würde, wobei in erster Linie das 40 Alkohole mit ein bis drei C-Atomen, insbesondere

wasserhelle Kolophonium durch Überhitzen braun Isopropanol, sind zwar besonders geeignet, können

wurde und seine Fähigkeit verlor, Beläge zu entfernen. aber auch durch andere Lösungsmittel ersetzt werden.

Bisher wurde auch angenommen, daß wasserhelles Diese Lösungsmittel müssen vollständig in 1,1,1-Tri-

Kolophonium ziemlich schlechte Flußmittelverhalten chloräthan oder Difluordichlormethan löslich und

besitzt. 45 verträglich (oder löslich) mit den anderen Kompo-

In dem flüssigen Lötflußmittel gemäß der Erfindung nenten des Lötflußmittels sein. Sie sollen minimale werden vorzugsweise 30 bis 40 Gewichtsprozent Zersetzungsprodukte nach dem Löten ergeben und wasserhelles Kolophonium verwendet. Durch die eine gleichmäßige Verdampfungsgeschwindigkeit beVerwendung von 30 bis 40 Gewichtsprozent KoIo- sitzen, damit ein Verspritzen des Lötflußmittels wähphonium oder eines Äquivalents werden zwei Be- 50 rend des Lötens vermieden wird. Andere Lösungsdingungen während des Lötprozesses erfüllt: .nittel, die diese Bedingungen erfüllen, können ver-

1. Es wird während des Lötens eine ausreichend ^{wendet werden}- ^{Als s}°]^che kommen für das Lötflußdicke Kolophoniumschicht erhalten, um die "2!¹¹?¹ ^mäu der Erfindung beispielsweise Aceton Oxicjbildung auf den Oberflächen, die mitein- ^(SiedeP^u"^k' ⁵⁶'⁵ _C ^C) oder 2-Athoxyathano (Siedeander verbunden werden, während des Fließens ⁵⁵ P^unkt; ^{135 C}> ^{in F}™&- ^Beide Lösungsmittel ergeben des Lotes -u verhindern und ^{mit den ai}^^eren Komponenten des Lotflußmittels

2. der Anteil des wasserhellen Kolophoniums be- ^e'^{ne k}'^a^^{e L}^^u"8 ^{und sind} jn U.l-Tnchloräthan günstigt die Verteilung des Lotes, d. h. die Be- ^ode,^r Difluordichlormethan löslich

netzung. Die Hauptaufgabe des Kolophonium- Vorteilhafte Lotflußmittel gemab der Erfindung

lötfiußmittels ist, Oxid durch Reduktion während ^{6o konne}" ^{auch er},^ha'i^{en werden mit} Losungsni.ttel-

des Lötvorganges zu entfernen und diejenigen gf™'?**®" ^{aus A}'^k°^h°^le? ^mit-^em !^{S drei} ^-Atomen

Oberflächen der Teile zu reinigen, die mitein- ^b.s90%) und Alkoholen mit vier bis fünf C-Atomen

ander verbunden werden sollen, was Voraus- (30 bis 10%). Ein größerer Anteil (90%) des Alkohols

sctzung für die Herstellung einer ausgezeichneten ™^{11 drei} C-Atomen ist erforderlich, um die Löslichkeit

Lötverbindung ist. ⁶S ^des fluorierten, grenzflächenaktiven Mittels zu gewährleisten. Die Löslichkeit desselben nimmt in

Der Gehalt an Kolophonium in den flüssigen Lot- Richtung Methanol, Äthanol, Propanol zu. Beispiele

flußmitleln liegt /wischen 20 und 65 Gewichtsprozent. für vorteilhafte Alkohole mit vier und fünf C-Atomen

sind folgende:	Siedepunkt "C	Flammpunkt "C
Alkohole	117 99,5	115 85
1-Butanol	108,4 !3d
2-Butanol	119,3	136
Isobiitanol	70
1-Pentanol
2-Pentanol

Alle der genannten Alkohole mit vier und fünf C-Atomen sind löslich in 1,1,1-Trichloräthan oder Difluordichlormcthan. Der Anteil der obengenannten Gemische an dem flüssigen Lötflußmittel beträgt etwa 60 bis 70 Gewichtsprozent.

Eine Menge von 60 bis 70 Gewichtsprozent Lösungsmittel, beispielsweise Isopropanot, wird bevorzugt, weil innerhalb dieses Bereiches ein homogenes flüssiges Lötflußmittcl, ohne Komponententrennung unabhängig von der Verdampfung des Lösungsmittels erhalten werden kann. Wenn das Lötflußmittcl in Form einer Paste gewünscht wird, ist die bevorzugte Menge des Lösungsmittels 30 bis 40 Gewichtsprozent. Für ein Lötflußmittel in Pulverform ist kein Lösungsmittel erforderlich, und das wasserhelle Kolophonium wird nur mit 0,01 bis 1 Gewichtsprozent des fluorierten grenzflächenaktiven Mittels gemischt. Das pulverförmige Lötflußmittel wird auf eine Vorform des Lots gegeben und aufgeschmolzen.

Als dritte Komponente in dem bevorzugten flüssigen Lötflußmittel gemäß der Erfindung ist Glycerin vorhanden, das in einer Menge von 2 bis 3 Gewichtsprozent verwendet wird. Glycerin kann in dem Lötflußmittel gemäß der Erfindung wahlweise verwendet werden.

Aus der nachfolgenden Diskussion geht hervor, daß der Zusatz von Glycerin sehr erwünscht ist. Glycerin dient als Polymerisationsinhibitor in dem bevorzugten flüssigen Lötflußmittel gemäß der Erfindung und wirkt einer Zersetzung und Verkohlung des Lötflußmittels entgegen. Die Wirkungsweise des Glycerins als Polymerisationsinhibitor ist ähnlich der bekannter Polymerisationsinhibitoren, wie Hydrochinon, die die Polymerisation durch Anwesenheit von Sauerstoff verhindern. Glycerin ist nicht giftig, leicht zu handhaben und besitzt die wertvollen Eigenschaften der Alkohole. Wenn Glycerin verwendet wird, dann im allgemeinen nur in Mengen von 2 bis 3 Gewichtsprozent. Mit einer Menge von mehr als 3 Gewichtsprozent werden klebrige Rückstände erhalten. Bei einem Zusatz von weniger als 2 Gewichtsprozent ist die Wirkungsweise des Glycerins herabgesetzt. Eine Variation des 2 bis 3 Gewichtsprozentbereiches ist zulässig, je nach dem, welche Mengen ein Rückstand zugelassen werden und welche Wirksamkeit gewünscht wird. Für mikroelektronische Schaltungen, bei denen im wesentlichen kein Rückstand erwünscht ist, werden mit dem Lötflußmittel gemäß der Erfindung mit einem Zusatz von 2 bis 3 Gewichtsprozent Glycerin die besten Ergebnisse erhalten.

Zusätzlich zu den oben aufgeführten Bestandteilen des Lötflußmittels auf Kolophoniumbasis ohne Aktivierungszusätze können noch andere Bestandteile in geringen Mengen vorhanden sein. Es sind dies beispielsweise Alkohole, die zusammen mit den Alkoholen mit ein bis drei C-Atomen vorhanden sein können, in Mengen von weniger als 14 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des Lötflußmittels. Dieses ist dann erwünscht, wenn ein zweites Lösungsmittel verwendet wird für einen bestimmten Anwendungszweck des Lötfltißmittels. Beispielsweise kann Äthylcnglykol verwendet werden. Andere Glykole sind in dem LötflußmiUcl gemäß der Erfindung weniger geeignet, weil sie zu klebrigen Rückständen führen und mit der Gcsamtzusammensel/ung nicht verträglich sind.

ίο Wichtigster Bestandteil des Lölflußmitlcls gemäß der L^:rfindung ist das fluorierte, grenzflächenaktive Mittel. Verbindungen dieser Art besitzen im Molekül ein hydrophiles und ein hydrophobes (lipophiles) Ende. In dem lipophilen (KohlenwasscrslofO-Rest sind

is nahezu alle Wasserstoffatome durch Fluor ersetzt. Die Anwesenheit von zwei oder mehr Fluoralomen an einem Kohlenstoffatom verleiht der entsprechenden Verbindung Stabilität und inertes Verhallen. Die fluorierten, grenzflächenaktiven Mittel zeichnen sich

äo aus durch extrem inertes Verhalten; sie brennen nicht und sind thermisch stabil bis 260'¹C oder mehr.

Die Fluorkohlcnwasserstoffe, die im Rahmen dieser Erfindung für die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindung benötigt werden, sind be-

*5 kannt, und für die Verbindungen an sich wird kein Schutz beansprucht. Die Verbindungen können nach bekannten Verfahren, wie sie beispielsweise in den USA.-Palentschriften 2 519 983. 2 655 533, 2 648 706 und 2 559 629 beschrieben !»iiui, hergestellt werden.

Über die Herstellung von Fluorkohlenwasserstoffer gibt es umfangreiche Literatur. Eine typische Methode bei der eine Reaktionsröhre verwendet wird und be der gute Ausbeuten erzielt werden, wird im folgender beschrieben. Fluor wird mit Stickstoff verdünnt, danr langsam mit Kohlenwasserstoffdämpfen umgesetzt ir einem Netz aus Kupferdraht, der mit Silber plattier ist. Die Temperaturen in der Reaktionsröhre bclrager 140 bis 325"C. AgF₂ ist der wirksame Bestandteil füi die Fluoricrung der organischen Verbindungen. In den Maße, wie AgF₂ verbraucht wird, wirkt elementare; Fluor auf die metallische Oberfläche ein und erzeug einen aktiven Überzug. Mit diesem Verfahren wire beispielsweise n-Heptan, in einer Ausbeute von 62°/ in C₇F,_e umgewandelt.

Die fluorierten, grenzflächenaktiven Mittel, die in Rahmen dieser Erfindung verwendet wer 'en, sim grenzflächenaktiv sowohl in organischen Lösungs mitteln als auch in wäßrigen Lösungen. Sie stellen dii stabilsten und wirksamsten aller grenzflächenaktivei

So Stoffe dar. Bei ihrem Einsatz werden grenzflächen aktive Eigenschaften wirksam ohne die nachteiligei Nebeneffekte, die normalerweise bei der Vcrwendunj der üblichen grenzflächenaktiven Mittel in Erscheinunj treten.

Durch die Verwendung von fluorierten, grenzflächen aktiven Mitteln wird eine ausgezeichnete Kombinate» von Eigenschaften erhalten, die durch keine ander Kombination von Materialien erhältlich ist und du sich besonders günstig bei Lötflußmitleln auf KoIo

Go phoniumbasis ohne Aktivierungszusätze auswirkt. Du Verwendung eines fluorierten, grenzflächenaktivei Mittels setzt die Oberflächenspannung des Lot fluU mittels herab und bewirkt eine bessere Verteilung um Benetzung durch das Lötflußmittcl. Die fluoricrfeii grenzflächenaktiven Verbindungen besitzen auch aus gezeichnete thermische und chemische Stabilität U-den Löttemperaturen. Fluor, welches sehr korrosi wirkt, wird aus dem «rcn/Hächenaktivcn Mitte! wan

rend des Lötens nicht in Freiheit gesetzt. Alle anderen Halogenatome, wie Fluor, Chlor, Brom oder Jod, liegen in Form von Verbindungen und nicht in elementarer Form vor. Es sind keine organischen Säuren oder .Milfonierte, langkettige aliphatische Alkohole wie bei den bisherigen Lötflußmitleln vorhanden. Durch die Verwendung eines Lötfiußmittels mit einem fluorierten, grenzflächenaktiven Mittel wird der Rcinigungsaufwand auf ein Minimum herabgesetzt.

Es wird angenommen, daß die Moleküle der kationischen fluorierten grenzflächenaktiven Verbindung sich entlang der Grenzflächen orientieren und so die Obcrdächenaktivität vergrößern, selbst bei sehr kleinen Konzentrationen. Diese Orientierung ist keine Eigenschaft der grenzflächenaktiven Mittel im allgemeinen, so dali das kationische fluorierte grenzflächenaktive Mittel gemäß der Erfindung nicht mit anderen grenzflächenaktiven Mitteln verglichen werden kann. Die Oberflächenaktivität ist eine sehr spezifische Eigenschaft der kationischen, fluorierten, grenzflächenaktiven Mittel. Weiterhin müssen bei Verwendung von heterogenen I.ötfUißmittelmischungen Kontrolle und Stabilität berücksichtigt werden. Bei erhöhten Temperaturen während des Lötens wird die Stabilität des Lötflußmittcls herabgesetzt. Bei Verwendung der erfind 'ngsgemäßen kationischen fluorierten grenzflächenaktiven Mittel werden Systeme erhalten, die ausgezeichnete ihciuiiäche Stabilität besitzen, was möglicherweise auf die einheitliche und homogene Struktur der grenzflächenaktiven Mittel zurückzuführen ist.

Viele Lötflußmittel besitzen keine Aktivierungszusätze, die Korrosion hervorrufen würden. Die chemische Analyse solcher nichtkorrodierender Löt flußmittel ergibt jedoch, daß freies Halogen anwesend ist. Für die kationischen fluorierten grenzflächenaktiven Mittel konnte mittels Analyse nachgewiesen werden, daß kein freies Halogen vorhanden ist. Dies ist einer der wesentlichen Vorzüge des erfindungsgemäßen Lötflußmittels, weil Halogen Korrosion verursacht und zu frühzeitigem Ausfallen elektronischer Schaltkreise führt.

Im allgemeinen kann das Lötflußmittel auf KoIophoniumbasis gemäß der Erfindung bei allen bekannten Lötverfahren verwendet werden. Das Lötflußmittel gemäß der Erfindung gestattet jedoch die Herstellung von Lötverbindungen bei höheren Temperaturen als bisher und in einem größeren Temperaturbereich von 190 bis 316° C.

Das Lötflußmittel gemäß der Erfindung wird besonders in der Elektronik zum Löten von Kupferplatten, tauchverzinnten Platten, mit Metallseifen behandelten Zinn-Blei-Platten, Goid und Silber unter Verwendung bekannter Loieeingesetzt, ist aber darüber hinaus in vielen weiteren Lötverfahren verwendbar.

Beispiel 1

Ein nichtaktivierles Lötflußmittel gemäß der Erfindung wird hergestelll unter Verwendung folgender Bestandteile:

Gewichtsprozent

Wasserhelles Kolophonium 37,99

Isopropanol 60

Glycerin 2

kationisches, fluoriertes, grenzflächen-

akiivcs Mitiel 0.01

Als kationisches, fluoriertes grenzflächenaktives Mittel wird eine Verbindung der allgemeinen Formel:

[C₇F₁₅CONHC₁H₁₅N (C₂H^CH;,] I

verwendet, die unter der Handelsbezeichnung FC-134 bei der 3-M Corporation erhältlich ist.

Die oben angegebene Zusammensetzung wurde auf folgende Weise zubereitet. Pulverförmiges, wasserhelles Kolophonium wurde zu Isopropanol gegeben:

ίο anschließend wurden Glycerin und das grenzflächenaklivc Mittel zugesetzt. Die Bestandteile wurden bei Zimmertemperatur so lange gemischt, bis eine homogene Lösung entstanden war. Die Lötflußmittelzusammensetzung kann auch bei erhöhten Temp'ra-

t5 türen hergestellt werden; es wurde jedoch festgestellt, daß eine Zubereitung bei erhöhten Temperaturen das Fließverhalten des wasserhellen Kolophoniums herabsetzte. Wenn die Bestandteile bei Temperaturen von etwa 71 "C vermischt wurden, wurde die benetzende

ia Wirkung des Lötflußmittels an der Lötstelle herabgesetzt. Am günstigsten hat sich erwiesen, die einzelnen Komponenten bei Temperaturen zwischen 21,1 und 24,4° C zu vermischen. Das Lötflußmittel obengenannter Zusammensetzung besitzt einen Feststoffgehalt von 40%. eine Dichte von 0,902 g/cm³ bei 25.6"C und keinen Gehalt an freien Säuren.

Es soll noch einmal hervorgehoben werden, daß. wenn die Entfernung des Lötf!ußtnitte!s nicht gewünscht wird, oder die Löttemperaturen niedriger als 260° C sind, oder das Aussehen der Lötstelle unwesentlich ist, oder die Vorrichtung nicht gereinigt werden kann, der Glyceringehalt auf 0 erniedrigl werden kann. Wenn Glycerin verwendet wird, ist es günstig, dieses in Mengen von 2 bis 3 Gewichtsprozent zu verwenden.

Änderungen der Lötflußmittelzusammcnsetzung bezüglich des Feststoffgehaltes, der Menge und der Art des organischen Lösungsmittels innerhalb der angegebenen Bereiche gewährleisten die Anwendung in

einem sehr breiten Bereich. Das Lötflußmittel findet beispielsweise Verwendung zum Auslöten an punktförmigen Lötstellen, bei denen zum Verflüssigen der Lötnähte oftmals Temperaturen auftreten, die höher sind als die spezifische Temperatur eines 63/37 Zinn-

Blei-Lotes von 182"C oder anderer Zinn-Blei-Lote. Diese Auslötprozesse werden durchgeführt bei gedruckten Schaltungen, die Leiterzüge für Moduls enthalten oder in denen mehrere Leiterzugebenen ir einem Laminataufbau vereinigt sind. Die Vorteile de« erfindungsgemäßen Lötflußmittels für solche Techni ken sind:

1. verbesserte Wärmeleitfähigkeit während des Lö tens,

2. verbesserte Benetzung der Oberflächen, die mit einander verbunden werden,

3. erweiterter Temperaturbereich zum Löten gegen über anderen nichtaktivierten Lötflußmitteln au Kolophoniumbasis und

4. leichte Entfernung von Flußmittekückständei nach dem Löten.

Die Reinigung von Flußmittelrückständen win vorgenommen in einem Sprüh- oder Tauchverfahre! entweder in einer Mischung von Difluordichioi 6s methan-Isopropanol oder 1,1,1-Trichloräthan. Azec trope Gemische, die sowohl l.l.l-Trichloräthan al auch Alkohol enthalten, können mit Erfolg verwende werden

11 12

Die vorteilhafteste Ausführungsform ist ein flüssiges förmiges Lötflußmittel aus den entsprechenden I

Lötflußmittel, das die obengenannten Bestandteile standteilen. Ein Schutzüberzug aus einer Lötflußmitl

enthält. Wie angegeben, kann jedoch auch eine Lot- zusammensetzung gemäß der Erfindung dient zur 1

paste hergestellt werden, wenn dies für bestimmte höhung der Benetzung in den Bereichen, in der

Anwendun<*szwecke gewünscht wird oder ein pulver- 5 Bauteile eingelötet werden sollen.

Claims (7)

gegebenenfalls einem Lösungsmittel und gegebenenfalls einem Polymerisationsinhibitor. Beim Löten elektrischer Verbindungen, insbesondere bei gedruckten Schaltungen, werden Lötflußmittel verwendet, um das zu lötende Metall zu reinigen und, was wichtiger ist, die Metalloberfläche für ein gutes Anhafteif\orzubereiten. Wirksame Lötflußmittel müssen in einem breiten Temperaturbereich verwendbar sein: sie müssen gute Wärmeleitfähigkeit besitzen, und ίο außerdem müssen die Löiflußmittelrückständc leicht entfernbar sein und/oder auf die hergestellten Lötverbindungen nichtkorrodierend wirken. Bisher wurden, um die genannten Forderungen zu erfüllen, LötHußmittel auf der Basis von Kolophonium als wes. lichem Bestandteil verwendet. Kolophonium ist einleitend und wirkt im rllgemeinen auch nichtkorrodierend. Es besitzt jedoch verschiedene Nachteile. So hat Kolophonium die Tendenz, sich zu zersetzen oder zu polymerisieren, wenn es den ther- darstellt, worin η — 6 bis 9, q — 2 bis 3, r =■ O 20 mischen Zyklen des Vorwärmens und des Lötens unterworfen wird. Der Rückstand des Lötßußmittek ist hart und verkohlt, und seine Entfernung erfordert einen hohen Reinigungsaufwand. Auch sind die Rückstände einige Zei. nach dem Löten nicht mehr emi-m- 25 bar. Zur Entfernung des teilweise gehärteten Kolophoniums wurde eine Reinigung mittels Ultraschalleinwirkung vorgeschlagen. Diese Reinigungsmethode führt zwar zur Entfernung der polymerisieren oder verkohlten Kolophoniumrückstände; viele Transistoren werden jedoch durch die Ultraschalleinwirkung in Patentansprüche:

1. Lötfliißmittel, bestehend aus Kolophonium, einem grenzflächenaktiven Mittel, gegebenenfalls einem Lösungsmittel und gegebenenfalls einem Polymerisationsinhibitor, dadurch gekennzeichnet, daß das grenzflächenaktive Mittel eine fluorierte Verbindung der allgemeinen Formel

R(CF₂)„COOM,

worin /: eine positive Zahl, vorzugsweise von 6 bis 10, R =- H oder F und M - H oder ein Base-Kation, vorzugsweise NH.,· oder Na", ist, oder eine Verbindung der allgemeinen Formel

[C_nF₂ „ _{+ 1}CONHC₃H₆N+(R₁)_?(R_;;)_r]X-

bis 2, R₁ CH₃, R₂ == CH₅ und X Halogen ist.

2. Lötflußmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fluorierte grenzflächenaktive Mittel eine der folgenden Verbindungen ist:

[C₇F₁₅CONHC₃H₁₅N (CH₃)₃]I
[C₇F₁₅CONHC₃H₆N (C₂H₅)XH₃]I
[C₇F₁₅CONHC₃H₆N^c₂H₅(CH₃J₂]CI-

3. Lötflußmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es, in Gewichtsprozent, aus 99

bis 99,99% Kolophonium und 0,01 bis
fli

1 ⁰I ¹ /0 nachteiliger Weise beeinflußt, so daß eine Montierung der Transistoren vor der Ultraschallbehandlung nicht möglich ist und diese Montierung in einem gesonderten

fluoriertem, grenzflächenaktivem Mittel mit der in 35 Fabrikationsschritt vorgenommen werden muß.

einem der Ansprüche 1 bis 2 genannten Zusammen- Andere Bauteile werden auch von den zur Ent

fernung der Lötflußmittelrückstände angewendeten Lösungsmitteln angegriffen. Die Überzüge auf gedruckten Schaltungen erweichen in den üblicherweise

Ansprüche 1 bis 2 genannten Zusammensetzung, gegebenenfalls 2 bis 3% Glycerin und Rest organischem(n) Lösungsmittel(n) besteht.

setzung besteht.

4. Lötflußmittel nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß es, in Gewichtsprozent, aus 10

bis 80% Kolophonium, 0,01 bis 1% fluoriertem, 40 verwendeten Lösungsmitteln, wenn diese unter den grenzflächenaktiven Mittel mit der in einem der für die Entfernung der verkohlten Kolophoniumrückstände erforderlichen Bedingungen angewendet werden. Um diese Nachteile zu überwinden, konnten bisher nur sehr schwach wirksame Lötflüßmittel ver-

5. Lötflußmittel nach Anspruch 1, 2 oder 4, 45 wendet werden, oder die Lötflußmittelrückstände dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel mußten unmittelbar nach dem Löte;', entfernt werden, aus der Gruppe von Alkoholen mit ein bis fünf was für die Ergiebigkeit moderner Lötvetfahren sehr C-Atomen, Aceton, 2-Äthoxyäthanol oder Mi- nachteilig war.

schlingen derselben gewählt ist. Lötflußmittel auf Kolophoniumbasis sind in der

6. Lötfliißmittel nach Anspruch 4, dadurch ge- 5° Patentliteratur beschrieben. In der USA.-Patentschrift kennzeichnet, daß es, in Gewichtsprozent, aus 30 3 003 901 ist ein nichtkorrodierendes Lötflußmittel aus

Kolophonium, Isopropanol, Glycerin bzw. Ricinusöl und in Alkohol gelöstem Campher beschrieben. Nachteilig an diesem Lötflußmittel ist, daß Campher bei 204 C siedet, so daß ein solches Lötflußmittel nicht bei höheren Löttemperaturen verwendet werden kann. Außerdem ist Campher giftig.

In der USA.-Patentschrift 2 805 970 ist ein Lötflußmittel beschrieben,. das Kolophonium, ein wasserverdrängendes, öllösliches grenzflächenaktives Mittel und ein Lösungsmittel enthält. Das grenzflächenaktive Mittel besteht aus einer heterogenen Mischung von Calciumseifen hochmolekularer organischer Säuren in Verbindung mit kleinen Mengen einer grenzflächena'.-.tiven Substanz, beispielsweise eines sulfonierten, langkettigen aliphatischen Alkohols, wie Oleylalkohol. Nachteilig daran ist, daß die Calciumseife einer Säure korrodierend wirken kann, und außerdem müssen die

bis 40% Kolophonium, 0,01 bis 1%

[C,F_I£CONHC₃H₆N+(C₂H₅)₂CH₃]I-

2 bis 3% Glycerin und Rest Isopropanol besteht.

7. Verwendung des Lötflußmittels mit der in einem der Ansprüche 1 bis 6 angegebenen Zusammensetzung zum Löten, insbesondere von mikroelektronischen Bauteilen.