DE2163723C3 - Lötmischung aus kristallisierbarem, aber zunächst nicht kristallisiertem Lötglas und eingelagerten inerten Feuerfestteilchen und ihre Verwendung zur Herstellung einer dichten, mechanisch festen Verschmelzung - Google Patents

Description

3. Lötmischung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:

τ u· 11

ώ::::: IS

zenden Flächen aufgebracht und 1 bis 60 min au eine Temperatur von 400 bis 500⁰C erhitzt wird

11. Verwendung nach Anspruch 10, wobei di< Schicht 8 Minuten lang auf 45O⁰C erhitzt wird.

12. Verwendung nach Anspruch 10 und 11, wobei eine Vormischung aus den Teilchen des vor kristallisierten Glases und einem Teil der Teilche des kristallisierbaren Lötglases mit einem Mi schungsverhältnis von 100 bis 2250 Gewichtsteile an Teilchen des kristallisierten Glases auf ίθ^β Ge wichtsteile an Teilchen des kristallisierbaren Löt glases hergestellt wird und dann der Vormischung der Rest der Teilchen des kristaHisierbaren Lötglases und die Feuerfestteilchen zugegeben wire und mit der Vormischung innig vermischt wird.

13. Verwendung nach einem der Ansprüche K bis 12, wobei eine der miteinander zu verschmelzenden Flächen die Oberfläche eines Aluminiumin einem elektronischen Miniatur-

30

Kristallisierbares Glas 89 bis 93 "

4. Lötmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuerfestteilchen aus /9-Eukryptit bestehen.

5. Lötmischung nach einem der Ansprüche 1 bis;

4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 70 Gewichtsprozent aller Bestandteile eine Teilchengröße unter 400 U. S. Series Sieve Screen aufweisen, aber weniger als 3,0 Gewichtsprozent der Bestandteile Teilchen einer Größe unter 3 μπι sind.

6. Lötmischung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß das vorkristallisierte Glas die gleiche Zusammensetzung wie das kristallisierbare Lötglas besitzt.

7. Lötmischung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß das kristallisierbare Lötglas die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweist:

0 bis 3 B O

5 bis 15 B O'

70 w ss Phn"

0 bis 10 SiO ' und
5 b' 20 7 O

8. Lötmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kristallisierbare Lötglas die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweist:

1 5 bis 2 5 BaO

8* bis 9 BO*
74 bis 80 Pbo"

1 bis 2 5 SiO und
10 bis 13' ZnO

9. Lötmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das kristallisierbare Lötglas die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweist:

1 g g_aQ

g'-> 30'

75J PtO³,'

20 SiO '

118 Znd'

Die Erfindung betrifft zunächst eine Lötmischung aus kristallisierbarem, aber zunächst nicht kristalli siertem Glas und eingelagerten inerten Feuerfestteilchen.

Es ist bekannt (US-PS 32 50 631), Lötmischunger dieser Art für das Verbinden oder Einhüllen von Bau teilen aus Glas, Keramik, Metall u. dgl. zu verwenden Die Schmelztemperaturen der Lötmischungen müssen wesentlich unter der Deformationstemperatur der zt verbindenden Bauteile liegen, um Beschädigungen zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für elektronische Bauteile, wie Miniaturbausteine, Luminiszenzkathoden

u. dgl. Bei den bekannten Lötmischungen wird durch die Zugabe der Feuerfestteilchen erreicht, daß dei Wärmeausdehnungskoeffizient der Lötmischung nach dem Auskristallisieren des Lötglases näher an dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der verlöteten Bau· ^{teile liegt> als dies bei einem} kristallisierten Lötglas der ^{Fa!1 ist}- ^{Es wurc}leⁿ Wärmeausdehnungskoeffizienten ^{im Bereich von etwa 80 bis 12}° " ¹⁰"'/°C (0 bis 300⁰C) erreicht. Selbst wenn keine wärmeempfindlichen Bauteile miteinander verbunden oder überzogen werden sollen, spielen bei der Verwendung derartiger Lotmischungen die Faktoren Zeit und Temperatur auch eine Rolle hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit ihres Einsatzes. Die aus der US-PS 32 50 631 bekannten Lötmischungen zeichnen sich aber dadurch aus, daß zum Erschmelzen Temperaturen von 425 bis 450° C erreicht werden müssen und daß die Erwärmungsdauet ^ Stunde und mehr beträgt. Diese Faktoren machen ^die Verwendung der bekannten Lötmischung insbesondere für die Herstellung von elektronischen Miniaturbauteilen unwirtschaftlich. Außerdem hat sich herausgestellt, daß die Fähigkeit der bekannten Lötmischungen mit Aluminiumoxidsubstraten HeißSchmelzverbindungen aufzubauen, relativ gering ist. Die Aluminiumoxid-Keramiken weiser, aber einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten im

^6o Bereich von 60 bis 80 · lO-'/'C (0 bis 300⁰C) auf. Fer^ner werden wegen der engen Dimensionsgrenzen der Abdichtung und der erforderlichen hohen Festigkeit und Dichtigkeit derselben ungewöhnlich harte An-

10. Verwendung einer Lötmischung nach einem ⁶5 forderungen bezüglich Festigkeit, Reproduzierbarkeit Ah des Aufbringens und der Abdichtungseigenschaften an

die Lötmischung gestellt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Löt-

g g ee

der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung einer dichten, mechanisch festen Verschmelzung, wobei eine Schicht der Mischung zwischen die zu verschmel-

21

mischung zu schaffen, bei deren Erschmelzen der Temperatur/Zeit-Faktor kleiner ist und die insbesondere ohne Schwierigkeiten bei der Herstellung elektronischer Miniaturbauteile mit einem Keramiksubstrat verwendet werden kann.

Die erfindungsgemäße Lötmischung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich ein vorkristallisiertes Glas enthält.

Es ist zwar bekannt (DT-OS 14 96 449), einen Glaskeramikkörper dadurch herzustellen, daß ein nicht kristallisiertes, aber auskristallisierbares Glas mit einem kristallisierten Material gemischt und dann die Entglasung vorgenommen wird.

Bei dem Zusatz von vorkristallisiertem Glas zu der aus der US-PS 32 50 631 bekannten Lötmischung treten aber unerwartete Vorteile hervor. Die erfindungsgemäße Lötmischung zeigt überraschenderweise einen deutlichen Effekt sowohl hinsichtlich der Verringerung des Zeit-Temperatur-Faktors während des Heißverschmelzens als auch hinsichtlich des Aufbaus einer gut reproduzierbaren, zu einer starken hermetischen Abdichtung führenden Verbindung zwischen Elementen aus keramischen Werkstoffen, insbesondere aus Aluminiumoxid. Weiter wurde gefunden, daß die erschmolzenen Lötmischungen einen hohen Widerstand gegenüber Feuchtigkeit aufweisen, so daß ihre Lebensdauer sowohl während der Lagerung als auch während des Gebrauchs des mit der Lötmischung aufgebauten Bauteils deutlich verlängert wird.

Die Gewichtsprozente, in denen das kristallisierbare Lötglas, die eingelagerten inerten Feuerfestteilchen und das vorkristallisierte Glas in der Lötmischung vorhanden sind, variieren über einen weiten Bereich, und zwar sind die eingesetzten Mengen abhängig von den Umgebungen, in denen die mit Hilfe der Lötmischungen aufgebauten Bauteile eingesetzt werden «ollen. Allgemein kann gesagt werden, daß die Feuerfestteilchen und das vorkristallisierte Glas in solchen Mengen zugesetzt werden, daß sie zusammen die nötige Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Fließeigenschaften und der Kristallisationsgeschwindigkeit bringen, um den angestrebten niedrigen Zeit/ Temperatur-Faktor während des Erschmelzen zu erreichen und danach die gewünschte mechanisch feste, dichte und feuchtigkeitsbeständige Verschmelzung aufzubauen. Vorzugsweise ist die Lötmischung gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:

Feuerfestteilchen 5 bis 15

Vorkristallisiertes Glas 0,0001 bis 0,03 ^s°

Kristallisierbares Glas 85 bis 95

Eine besonders bevorzugte Lötmischung ist gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent :

Feuerfestteilchen 7 bis 11

Vorkristallisiertes Glas 0,02

Kristallisierbares Glas 89 bis 93

Als Feuerfestteilchen können sowohl synthetische als auch natürliche verwendet werden, wie sie in der Technik üblich sind. Vorzugsweise jedoch bestehen die Feuerfestteilchen aus /?-Eukryptit oder geschmolzenem Quarz. Unter diesen beiden bevorzugten Materialien wird /9-Eukryptit der Vorzug gegeben. Diese Materialien wurden auch in der Lötmischung gemäß der US-PS 32 50 631 verwendet. Allgemein gesagt sollen solche inerte Feuerfestteilchen eingesetzt werden, die, 723

wenn sie alkine eingesetzt werden, den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Lötmischung um mindestes 15 bis 25 · 10-⁷/°C herabsetzen können.

Das vorkristallisierte Glas kann irgendein bekanntes krisiallisiertes Glas sein, das nach bekannten Methoden entglast worden ist. Vorzugsweise weist das vorkristallisierte Glas die gleiche Zusammensetzung auf wie das kristallisierbare Lötglas.

Als kristallisierbares, aber zunächst nicht kristallisiertes Lötglas kann irgendein bekanntes Lötglas verwendet werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung, insbesondere zum Verbinden von Aluminiumoxid-Keramiken, werden aber Lötgläser des Blei-Zink-Borat-Typs bevorzugt. Die bevorzugten Zusammensetzungsbereiche sind in der folgenden Tabelle in Gewichtsprozent zusammengefaßt:

Tabelle A

Bestandteil	Weiter	Bereich	Bevorz.	Bereich	Spez.
					Beispiel
BaO	0 —	3	1,5-	2,5	1,8
B2O3	5 —	15	8 —	9	8,2
PbO	70 --	85	74 —	80	75,7
SiO2	0 —	10	^	2,5	2,0
ZnO	5	20	10 —	13	11,8

Die Zusammensetzungen können auch andere Oxide enthalten, wie CaO, CuO, SnO₂, Bi₂O₃, Na₂O, K₂O, Li₂O, CdO und Fe₂O₃. In vielen Fällen werden jedoch solche Zusammensetzungen bevorzugt, die diese Bestandteile nicht aufweisen, sondern alleine aus den in der Tabelle A aufgeführten Bestandteilen bestehen. Vergleichbare Lötgläser vom Blei-Zink-Borat-Typ sind in der US-PS 32 50 631 beschrieben.

Die Bestandteile der Lötmischung sind gewöhnlich fein zerteilt und werden durch Mischen der Teilchen der verschiedenen Bestandteile miteinander angesetzt. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn alle Bestandteile eine Teilchengröße von unter 150 μπι aufweisen. Vorzugsweise sind etwa 50 Gewichtsprozent der Teilchen kleiner als 44 μΐη, aber weniger als 5 Gewichtsprozent kleiner als 5 μίτι. Um die besten Ergebnisse zu erhalten, insbesondere beim Löten von Aluminiumoxid-Keramiken, ist vorzugsweise vorgesehen, daß mindestens 70 Gewichtsprozent aller Bestandteile eine Teilchengröße unter ~0,35μιη (400 U. S. Series Sieve Screen) aufweisen, aber weniger als 3,0 Gewichtsprozent der Bestandteile Teilchen einer Größe unter 3 μηι sind. Die Teilchen lassen sich auf die erforderliche Größe unter Anwendung der bekannten Frittungs- und Mahl-Methoden bringen.

Die Erfindung ist auch auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Lötmischung zur Herstellung einer dichten, mechanisch festen Verschmelzung gerichtet, wobei eine Schicht der Mischung zwischen die zu verschmelzenden Flächen aufgebracht und 1 bis 60 Minuten auf eine Temperatur von 400 bis 500⁰C erhitzt wird. Bei einer bevorzugten Verwendung wird die Lötmischung bei 425°C innerhalb von 20 bis 50 Minuten erschmolzen. Dies zeigt deutlich, daß der Temperatur/ Zeit-Faktor ohne wesentliche Temperaturerhöhung ganz wesentlich verkürzt werden kann. Dasselbe gilt für die bevorzugte Erhitzung auf 450⁰C während einer Erwärmungsdauer von 8 Minuten. Die aus vorstehenden Angaben hervorgehenden Zeit/Temperatur-Faktoren entsprechen einer Verkleinerung dieses Faktors um einen Faktor von mindestens 1,5.

5 T 6

Die Lötmischungen können nach irgendeiner der wie angegeben auf einen Maximalwert gehalten wird hierfür üblichen Techniken angemischt werden. Es und danach mit einer Geschwindigkeit von 50 bis wird aber diejenige Verwenduni; bevorzugt, bei der 60°C/min abgekühlt wird. Ein solcher Wärmebehandeine Vormischung aus den Teilchen des vorkristalli- lungszyklus sichert eine qualitativ hochwertige Versierten Glases und eines Teils der Teilchen des Lot- 5 Schmelzung und eine beträchtliche Verminderung des glases mit einem Mischungsverhältnis von 100 bis Auftretens von zur Schwächung der Verschmelzung 2250 Gewichtsteilen an Teilchen des ausL istallisierten führenden Spannungen während des Kühlens.
Glases auf 10^e Gewichtsteile an Teilchen des aus- Die erfindungsgemäße Lötmischung soll nun in krisfAÜisierbaren Löiglases hergestellt wird und dann einigen Beispielen näher gekennzeichnet werden,
der Vormischung der Rest der Teilchen aus auskri- 10 R ' ' 1 1
stallisierbarem Lötglas und die Feuerfestteilchen zu- e 1 s ρ

gegeben wird und mit der Vormischung innig ver- Ein Lötglas folgender Zusammensetzung wurde

mischt wird. hergestellt:

Die Teilchengröße der voi kristallisierten Glas- Bestandteile Gewichtsprozent

teilchen liegt vorzugsweise in der Größenordnung —20 15 c-q 2 00

bis -r-80 U. S. Series Sieve Screen. Das Vermischen der 7 A 11*80

Vormischung mit den anderen Teichen kann in einer puQ 75 69

geeigneten Mühle, z. B. einer Kugelmühle, stattfinden. g q g'20

Es ist auch möglich, daß der Rest der Teilchen aus aus- ^Iq 180

kristallisierbarem Lötglas und die Feuerfestteilchen ao

auch vorgemischt werden und beide Vormischungen indem die erforderlichen Mengen von Einsatzstoffen

in den erforderlichen Mengen miteinander vermischt in einem Platintiegel bei etwa 982°C in Luftatmo-

werden. Das Mischen kann nach irgendeinem bekann- Sphäre IV₂ Stunden behandelt wurden. Das Glas

ten Verfahren, z. B. mit Hilfe einer Farbmischeinrich- wurde dann gefrittet und zu solcher Teilchengröße ge-

tung, erfolgen. Auch ist es möglich, daß verschiedene 25 mahlen, daß mehr als 70 Gewichtsprozent der Teilchen

Feuerfestteilchen eingesetzt werden und diese zuvor in unter 400 U. S. Series Sieve Screen im Durchmesser

einer Vormischung angesetzt werden. Vorzugsweise lagen. Nach dem Mahlen hatte das Glaspulver fol-

werden mit den Teilchen des vorkristallisiei ten Glases gende Teilchengrößenverteilung:

im Bereich von —20 bis +80 U. S. Series Sieve Screen

Teilchen des zunächst noch nicht kristallisierten Lot- 3° % _Spj_tzen Duchmes<-er

glases im Bereich von 0,508 bis 0,635 mm verwendet. ° in Mikron

Diese Teilchen werden bei dem Mischen dann auf die ■——

für die verwendungsfertige Lötmischung erforderlichen 90 60

Größen zerkleinert. g0 43

Die Teilchen des vorkristallisierten Glases werden 35 75 35

vorteilhafterweise hergestellt, indem Teilchen kristall!- 59 28

sierbaren Glases in einer Schicht mit einer Dicke von 59 22

etwa 1,587 mm 2 Stunden lang bei einer Temperatur 40 17

von ungefähr 450°C vorkristallisiert werden. 25 H

Der Ausdruck »hermetisch dicht« für die Charakte- 40 20 9 4
risierung der Abdichtungsfähigkeit der erschmolzenen jq ^'q
Lötmischung entspricht der Dichtigkeit, die durch den 5 4^
Military Standard Test Nr. 883 festgelegt ist, nach dem 2 30
im Falle »ohne Wärmeschock« eine Verbindung hermetisch dicht ist, wenn ihre Durchlässigkeit gegenüber 45

Helium unter 1 · 10"⁸ cm³ He/sec liegt. Siebgröße (Mesh) (°/„)

Die erfindungsgemäßen Lötmischungen können auf

die Keramiksubstrate nach irgendeiner der bekannten 100 (147 Mikron) Spuren

Methoden aufgebracht werden. Hierzu gehören Auf- 140 (84 Mikron) 0,8

sprühen, Siebdrucken oder die Verwendung pyroli- 50 200 (74 Mikron) 4,8

sierbarer Klebestreifen. Wenn die Lötmischungen in 270 (53 Mikron) 7,6

versprühbare Aufschlemmungen überführt werden, 325 (44 Mikron) 5,0

werden sie üblicherweise in einem flüssigen organi- 400 10,5

sehen Träger, wie Alkohol, dispergiert, bis eine für das —400 71,3

Sprühen ausreichende Viskosität erreicht wird. Ein 55

anderes Beispiel für den Träger ist eine l,5%'S^e Nitro- 499 g dieses Pulvers wurden dann mit 1 g des oben cellulose-Lösung in Amylacetat. Irgendeiner der ge- beschriebenen, aber vorkristallisierten Glases vorgebräuchlichen pastösen organischen Träger kann für mischt. Das vorkristallisierte Glas wurde hergestellt, die Herstellung einer Auftragspaste benutzt werden; indem 10 g des Glaspulvers unter einem Druck von auch die üblichen Klebebänder können verwendet 60 70 kg/cm² in eine Tablette eines Durchmessers von werden. Nach Aufbringen des die Lötmischung ent- 19,05 mm gepreßt wurde und diese 2 Stunden auf haltenden Trägers wird dieser getrocknet und/oder 450°C erhitzt wurde, um eine vollständige Entglasung nach den üblichen Mei'ioden erhitzt, um den Träger zu erreichen. Die Tablette wurde dann gefrittet und zu wegzubrennen und um die Lötmischung zu entglasen. einer Teilchengröße gemahlen, die der des Glaspul-Ein besonders bevorzugter Wärmebehandlungszyklus 65 _verSi d_em dj_eses vorkristallisierte Glas zugegeben wird, zur Entglasung einer erfindiingsgemäßen Lötmischung entspricht. Diese so gebildete Morrnischung (500 g) besteht darin, daß zunächst mit einer Geschwindigkeit wurde sorgfältig 15 Minuten in einer Kugelmühle gevon 75 bis 100°C/min aufgeheizt wird, die Temperatur mischt.

Getrennt davon wurde eine Mischung von 400 g nicht kristallisierten Glaspulvers und 50 g /?-Eukryptit vorher auf eine Teilchengröße gemahlen, die der der Vormischung entspricht. Die Vormischung und das /ϊ-Eukryptit-lialtige Pulver wurden dann 15 Minuten unter Benutzung einer Farbenmischeinrichtung miteinander vermischt. Die fertige Mischung enthielt 0,02 Gewichtsprozent vorkristallisiertes Glaspulver und 10 Gewichtsprozent /J-Eukryptit.

Aus dem Pulver wurde dann eine druckfähige Paste durch Zumischen eines organischen Trägers (bestehend aus einem organischen Binder und einem flüssigen Lösungsmittel dafür) hergestellt. Das Gewichtsverhältnis von Pulver zu Träger in der Paste betrug 6,5 :1. Die resultierende Paste wurde dann mittels Siebdruck auf einen Boden und einen Deckel aus Aluminiumoxid (Wärmeausdehnungskoeffizient 64 · 10-'/⁰C bei 0 bis 700°C) unter Anwendung der üblichen Techniken und eines Siebes einer Maschenweite von 175 Mikron aufgebracht.

Die aufgedruckten Überzüge wurden dann bei 33O⁰C 15 Minuten getrocknet, um das organische Lösungsmittel auszutreiben, und 6 Minuten bei 440°C gebrannt, um den organischen Binder auszutreiben. Bis zu diesem Zeitpunkt hat keine Kristallisation in merklichem Umfang stattgefunden. Der zweite Erwärmschritt ist nur bei Verwendung organischer Binder notwendig. Im Fall einer alkoholischen Aufschlämmung ist nur ein einziger Trocknungsschritt (125°C; 15 Min.) erforderlich. Das Aluminiumoxid-Bodensubstrat wurde dann mit den üblichen elektronischen Zuleitungsrahmen versehen, während das Aluminiumoxid-Deckelsubstrat umgedreht wurde und der Boden und die Zuleitungsrahmen damit in Berührung gebracht wurden. Dieses Paket wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 100°C/Min. auf 450°C erhitzt und bei dieser Temperatur 8 Minuten gehalten, um die Lötmischung völlig auszukristallisicren. Das Paket wurde dann vollständig mit einer Geschwindigkeit von 60°C/Min. auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Struktur wurde dann einem Test unterworfen, der im folgenden beschrieben wird.

Die auf vorstehend beschriebene Weise hergestellte

Tabelle B

Struktur wurde dem Military Standard Test Nr. 883 unterworfen, indem beide Testbedingungen A und B, die erstere zur Prüfung auf feine Risse und die letztere zur Prüfung auf große Risse, angewandt wurden. Bei der Durchführung des Testes unter Bedingung A wurde die Struktur herausgenommen und daraufhin beobachtet, ob Blasen von ihr aufsteigen.

Die Struktur hatte den Test unter Bedingung A bestanden, was besagt, daß der Durchgang von Helium

ίο unter 1 · 10"⁸ cm³ He/sec lag. Die Struktur hatte auch den Test unter Bedingung C bestanden, indem keine Blasen beobachtet worden sind.

Zusätzlich wurde die Struktur auch noch einer Wärmeschockprüfung unterworfen; diese bestand darin, daß die Struktur zuerst 1 Minute in kochendes Wasser getaucht wurde und dann 5 Sekunden in Eiswasser abgeschreckt wurde. Dieser Zyklus wurde 4 weitere Minuten wiederholt. Danach wurde die Struktur wieder dem Test unter Bedingung A und C unterworfen. Sie bestand beide Tests, was die ungewöhnlich starke Natur der Verschmelzung mit der erfindungsgemäßen Lötmischung wiedergibt, ganz abgesehen von der Tatsache, daß der Zeit/Temperatur-Faktor gegenüber den Faktoren der bekannten Lötglaser wesentlich reduziert ist.

Beispiel 2

Um den bei den erfindungsgemäßen Lötmischungen auftretenden Synergismus zu veranschaulichen, wurde eine Differential-Thermal-Analyse (D. T. A.) und der Differential-Abtast-Calorimeter-Test (D. S. C.) an verschiedenen Lötmischungen einschließlich der aus der US-PS 32 50 631 bekannten und der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen durchgeführt. Die Art dieser Versuche ist in der Veröffentlichung »Du Pont 900 Differential Thermal Analyzer«, herausgegeben von der Fa. DuPont Instrument Products Division, beschrieben. Die verwendete Vorrichtung entsprach der in dieser Veröffentlichung beschriebenen Vorrichtung. Die geprüften Lötmischungen und die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle B zusammengestellt.

Zusammensetzungen
2

Bestandteil (Gewichtsprozent)

BaO

B₂O₃

PbO

SiO₂

ZnO

% Feuerfestteilchen
% vorkristallisiertes Glas
DTA größtes Maximum nach Minuten
Kristallisationszeit (Minuten)

A. größtes Maximum (Min.)

B. Gebiet unter der Isotherme (⁰C Min./100 g)
Spannung in der Verschmelzung (kg/cm³)

75,69 2,00	0	10	10
0	0,02	0	0,02
0	19,0	12,0	10s5
42,5	25,0	41,5	23,5
54,5	19,5 10,1	10,25 5,5	11,5 8,1
32,5 9,7	28,1 — 52,5 Druck	239 Zug	91,4 Druc 609 616/2C
239 Zug

ίο

Diese Lötmischungen schließen also das Lötglas Druckspannung, die die kombinierte Lötmischung zur ein, das hinsichtlich seiner Teilchengröße, den Zusatz- Verwendung mit den bei elektronischen Miniaturbaumengen und der Technik, nach der es gemischt worden steinen üblichen Aluminiumoxid-Substraten, ideal geist, im Beispiel 1 beschrieben ist. Die angegebenen eignet macht.

Mengen an Feuerfestteilchen und vorkristallisiertem 5 Als weiterer Beweis für die unerwarteten syner-

Glas sind die der fertig gemischten Lötmischung. In gistischen Effekte, sind die DTA- und DSC-Werte als

jedem Fall waren die Teilchengrößen innerhalb der Ganzes genommen zu betrachten. Dieser Wert zeigt,

Lötmischungen die gleichen, und das vorkristallisierte daß der Zusatz von /Muikryptit entweder zu einer

Glas hatte eine Zusammensetzung, die gleich der des kleineren Menge von Kristallen, anderen Kristallen

Lötglases war. Das vorkristallisierte Glas wurde durch io oder einer Kombination von beiden führt, als es das

2 Stunden langes Erhitzen auf 450⁰C entglast. Lötglas allein oder mit Zusatz von vorkristallisiertem

Die angegebenen Spannungswerte wurden nach der Glas tut (beide Zusätze von gleicher Größe). So üblichen Stab-Spannungsmethode bestimmt, bei wel- könnte man vermuten, daß bei Verwendung von eher ein kleiner Haufen des angegebenen Glases auf das /9-Eukryptit zusammen mit vorkristallisiertem Glas Ende eines Stabes aus Standardglas eines Ausdeh- 15 die Lötverbindung einen kristallinen Charakter ähnlich nungskoeffizienten von 83 ■ 10~'/°C aufgeschmolzen dem des /9-Eukryptit haben würde, da das vorkri- und dann gekühlt wurde. Es wurde pro Minute um stallisierte Glas keinen wesentlichen Einfluß auf die 10°C bis auf 450°C erhitzt, diese Temperatur 30 Mi- kristalline Natur des Lötglases hat. Im Gegensatz zu nuten gehalten und dann mit einer Geschwindigkeit dieser Erwartung und völlig überraschend führt die von 5°C/Min. auf Raumtemperatur abgekühlt. Auf 20 Kombination zu einem kristallinen Charakter ähnlich Spannung wurde nach den üblichen optischen Metho- denen des Lötglases und des Lötglases plus vorkristalliden geprüft. Druckspannung zeigt einen niedrigeren siertem Glas, entweder in Qualität, Art der Kristalli- und Zugspannung einen höheren Wärmeausdehnungs- sation oder beidem. Solche »artverwandte« im Gegenkoeffizienten gegenüber dem Grundglas an. Da etwa satz zu »fremder« Kristallisation verbessert den Grad 14 kg/cm² gleich einem Ausdehnungspunkt sind, muß 25 der Reproduzierbarkeit erheblich; die mangelnde Reder Test eine Druckspannung über 56 kg/cm² anzeigen, produzierbarkeit war einer der Hauptnachteile der wenn eine gute Verschmelzung mit üblichen Alumi- Verwendung von /3-Eukryptit als alleiniger Zusatz. niumoxid-Substraten (in der Größenordnung von 60 Ferner wurde »Fremd«-Kristallisation durch das Fehlen bis 8 · 10'V°C) erhalten werden sollen. eines zweiten Maximums bei Beispiel Nr. 3 im DSC-

Die in der Tabelle wiedergegebenen Ergebnisse 30 Test angezeigt.

zeigen deutlich den synergistischen Effekt, der bei der Außerdem beseitigt die Kombination von Feuerern ndungsgemäßen Lötmischung auftritt. Einmal ist festteilchen und vorkristallisiertem Glas nur die nachfestzustellen, daß die Lötmischung Nr. 3 mit /?-Eu- teiligen Einflüsse von /3-Eukryptit, wie durch das Gekryptit eine Druckspannung von 28 bis 52,5 kg/cm² biet unter der Isothermen bewiesen, sondern senkt hat. Andererseits führt das vorkristallisierte Glas (Lot- 35 auch überraschend den Zeit/Temperatur-Faktor, wie mischung Nr. 2) eine Zugspannung 238 kg/cm². Man durch die Testergebnisse, über die vorstehend berichtet würde danach erwarten, daß, wenn Lötmischungen wurde, sowie die Maxima-Werte und die Zeiten bis Nr. 2 und Nr. 3 miteinander vereinigt werden, die re- zur vollständigen Kristallisation bei den DTA- und sultierende Lötmischung zu einer Spannung gleich der DSC-Testen belegt ist.

der Lötmischung Nr. 3 oder eines Wertes zwischen 40 Schließlich ist noch zu bemerken, daß die kombiden Werten der einzelnen Lötmischungen, der wahr- nierte Lötmischung schneller als die schnell kristallischeinlich mehr zur Zugspannung tendieren würde, sierende Lötmischung gemäß Beispiel 2 mit vorkriführen würde. Im Gegensatz dazu und völlig über- stallisiertem Glas allein kristallisiert, obwohl /3-Euraschend führt die erfindungsgemäße Kombination kryptit (das gemäß Nr. 3 zu einer längeren Auskrinicht nur zu einer viel größeren Druckspannung als bei 45 stallisationszeit führt als die Lötmischung, der vorVerwendung von /S-Eukryptit allein, sondern zu einer kristallisiertes Glas allein zugesetzt ist) zugegeben ist.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Lötmischung aus kristallisierbarem, aber zunächst nicht kristallisiertem Lötglas und eingelagerten inerten Feuerfestteilchen, dadurchge- ö kennzeichnet, daß sie zusätzlich ein vorkristallisiertes Glas enthält.

2. Lötmischung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung in Gewichts-Prozent:

Feuerfestteilchen 5 bis 15

Vorknstalhs.ertes Glas 0,000 bis 0,03

Knstalhsierbares Glas 85 bis 95