DE2308041A1 - SOLDER ALLOY AND USE OF THE SAME - Google Patents

SOLDER ALLOY AND USE OF THE SAME

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DE2308041A1
DE2308041A1 DE19732308041 DE2308041A DE2308041A1 DE 2308041 A1 DE2308041 A1 DE 2308041A1 DE 19732308041 DE19732308041 DE 19732308041 DE 2308041 A DE2308041 A DE 2308041A DE 2308041 A1 DE2308041 A1 DE 2308041A1
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Description

23080A123080A1

A-65
A ^ 19. Februar 1973
A-65
A ^ February 19, 1973

ASAHI GLASS COi, LTD., Tokyo , JapanASAHI GLASS COi, LTD., Tokyo, Japan

Lotlegierung und Verwendung derselbenSolder alloy and use of the same

Die Erfindung betrifft eine Lotlegierung sowie die Verwendung derselben. Es war in der Vergangenheit schwierig, eine Lotlegierung direkt auf einen anorganischen festen Oxydkörper wie Glas, Keramik oder Metall mit einer Oxydoberfläche, z. B. Silicium, Germanium, Aluminium, Titan, Zirkon, Tantal oder dgl. aufzubringen. Es wurden nun eine Lotlegierung vorgeschlagen, welche fest auf den genannten schwer lötbaren Materialien bei Anwendung von Ultraschall haftet. Diese Lotlegierungen gehören zu den Legierungsgruppen Pb -Sn?- Zn- Sb und Pb-Sn-Zn-Sb-Al. Derartige Lotlegierungen und die Verwendung derselben sind z. B. in der US-Patentanmeldung Nr. 91.208, eingereicht am 19. November 1970 beschrieben worden. Diese speziellen Lotlegierungen zum Löten von Keramik oder dergleichen sind bei Temperaturen im Bereich von 200 bis 350 0O anwendbar. Diese Temperaturen sind relativ niedrig. Wenn man diese Lotlegierungen jedoch dazu verwendet, elektrische oder elektronische Bauteile zu löten, so wird die Qualität der elektrischen oder elektronischen Bauteile herabgesetet. Wenn z. B. ein Glaskolben eines Vidicons an eine Stirnglasplatte angelötet werden soll, so ist es erforderlich, daß dies bei einer Temperatur unterhalb etwa 180 0C geschieht.The invention relates to a solder alloy and the use thereof. It has been difficult in the past to apply a solder alloy directly to an inorganic solid oxide body such as glass, ceramic or metal with an oxide surface, e.g. B. silicon, germanium, aluminum, titanium, zirconium, tantalum or the like. Apply. A solder alloy has now been proposed which adheres firmly to the aforementioned difficult-to-solder materials when using ultrasound. These solder alloys belong to the alloy groups Pb-Sn-Zn-Sb and Pb-Sn-Zn-Sb-Al. Such solder alloys and the use of the same are z. As described in U.S. Patent Application No. 91,208, filed November 19, 1970. These special solder alloys for soldering of ceramics or the like are applicable at temperatures ranging from 200 to 350 0 O. These temperatures are relatively low. However, if these solder alloys are used to solder electrical or electronic components, the quality of the electrical or electronic components is lowered. If z. For example, a glass bulb of a vidicon is to be soldered to a front glass plate, it is necessary that this takes place at a temperature below about 180 0 C.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dne Lotlegierung, deren Anwendungstemperatür unterhalb etwa 180 liegt, und die sich zum Löten schwer lötbarer Materialien eignet, zu schaffen, sowie eine Verwendung derselben.Accordingly, it is the object of the present invention to provide the solder alloy, their application temperature below about 180 and which is suitable for soldering materials that are difficult to solder, as well as a use of the same.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lotlegierung mit 2 bis 98,5 Gewichtsprozent Pb; 1 bis 97,5 Gewichtsprozent Sn; 0,5 - 60 Gewichtsprozent Cd; 0,05 - 10 Gewichtsprozent Zn; 0-5 Gewichtsprozent Sb; 0-5 Gewichtsprozent Bi und 0-15 Gewichtsprozent mindestens eines seltenen Erdmetalls gelöst.This object is achieved according to the invention by a solder alloy with 2 to 98.5 percent by weight of Pb; 1 to 97.5 percent by weight Sn; 0.5-60 percent by weight of Cd; 0.05-10 weight percent Zn; 0-5 weight percent Sb; 0-5 weight percent Bi and 0-15 percent by weight of at least one rare earth element dissolved.

Erfindungsgemäß eignen sich diese Lotlegierungen ausgezeichnet zum Löten schwer lötbarer Materialien, indem man es auf das schwer lötbare Material in geschmolzenem Zustand aufbringt und eine Schwingungsbehandlung im Kontaktbereich anwendet. Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lotlegierung aus Blei, Zinn, Cadmium und Zink anzuwenden und dabei eine Schwingungsbehändlung vorzugsweise mit Ultraschall durchzuführen. Die erfindungsgemäße Lotlegierung eignet sich zum Löten aller schwer lötbarer Materialien wie Glas, Keramik, Silicium oder Germanium bei Temperaturen unterhalb etwa 180 0C.According to the invention, these solder alloys are excellent for soldering difficult-to-solder materials by applying it to the difficult-to-solder material in a molten state and applying a vibration treatment in the contact area. An essential idea of the present invention is to use a solder alloy made of lead, tin, cadmium and zinc and to carry out a vibration treatment, preferably with ultrasound. The solder alloy is suitable for soldering of all hard solderable materials such as glass, ceramic, silicon or germanium at temperatures below about 180 0 C.

Die erfindungsgemäße Lotlegierung welche sich zum Löten von Keramikmaterialien oder Halbleiter oder dergleichen eignet und bei relativ niedrigen Temperaturen anwendbar ist, wird aus Mutterlegierungen von Pb und Sn aufgebaut. Zn wird hinzugegeben, um die Lötbarkeit von Oxyden zu erhöhen und Cd wird hinzugegeben, um den Schmelzpunkt herabzusetzen. Falls erforderlich, wird Sb hinzugegeben, um die Witterungsbeständigkeit und die Wasserbeständigkeit zu erhöhen. Die seltenen Erden werden gegebenenfalls hinzugegeben, um die Bindungsfestigkeit zu erhöhen und Bi wird hinzugegeben, um den Schmelzpunkt zu regeln. Die Komponenten Sb, Bi und die seltenen Erdmetalle können weggelassen werden.The solder alloy according to the invention which is suitable for soldering ceramic materials or semiconductors or the like and is applicable at relatively low temperatures, is composed of mother alloys of Pb and Sn. Zn is added, to increase the solderability of oxides and Cd is added to lower the melting point. If required, Sb is added to increase weather resistance and water resistance. The rare ones Earths are optionally added to increase the bond strength and Bi is added to increase the bond strength To regulate melting point. The components Sb, Bi and the rare earth metals can be omitted.

In der angegebenen Lotzusammensetzung liegt Pb im Bereich von 2 - 98,5 Gewichtsprozent und Sn im Bereich von 1 - 97,5 Gewichtsprozent vor. Falls die Menge an Blei in dem LotIn the specified solder composition, Pb is in the range from 2 to 98.5 percent by weight and Sn in the range from 1 to 97.5 Weight percent before. If the amount of lead in the solder

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unterhalb 2 Gewichtsprozent liegt und falls die Menge an Sn oberhalb 97,5 Gewichtsprozent liegt, so ist der Bereich des halbgeschraolzenen Zustandes der schmelzenden Lotlegierung, d. h. der Temperaturbereich innerhalb dessen eine Mischung aus Flüssigkeit und Mischkristallen vorliegt, zu eng, so daß die geschmolzene Legierung unmittelbar vom flüssigen Zustand in den festen Zustand übergeht, wodurch die Verarbeitbarkeit erheblich beeinträchtigt wird.is below 2 percent by weight, and if the amount of Sn is above 97.5 percent by weight, the range is the semi-molten state of the melting solder alloy, d. H. the temperature range within which a Mixture of liquid and mixed crystals is too tight, so that the molten alloy immediately from liquid state changes to the solid state, whereby the processability is significantly impaired.

Falls andererseits mehr als 98,5 Gewichtsprozent Pb und weniger als 1 Gewichtsprozent Sn in der Lotlegierung vorhanden sind, so sind der Schmelzpunkt und die Viskosität der Lotlegierung zu groß und die Glattheit und Luftdichtheit der Lotlegierung sind zu gering. Zn wird dem Lot zugesetzt, um diesem einehohe Bindungsfestigkeit gegenüber Keramikmaterialien wie Tonwaren und Glas und Halbleitern zu erteilen. Falls die Menge an Zn in dem Lot 0,05 Gewichtsprozent übersteigt, so wird dieser Effekt in ausreichendem Maße ausgeübt. Wenn andererseits die Zinkmenge in dem Lot 30 Gewichtsprozent übersteigt, so ist es schwierig, bei der Herstellung des Lots zu einem gleichförmigen Aufbau zu kommen. Vorzugsweise liegt die Zinkmenge im Bereich von 1 bis 10 Gewichtsprozent.On the other hand, if there is more than 98.5 weight percent Pb and less than 1 weight percent Sn in the solder alloy are, the melting point and viscosity of the solder alloy are too large, and the smoothness and airtightness are too large of the solder alloy are too small. Zn is added to the solder to give it a high bond strength to ceramic materials such as pottery and glass and semiconductors. If the amount of Zn in the solder exceeds 0.05 percent by weight, so this effect is exerted to a sufficient extent. On the other hand, if the amount of zinc in the solder is 30% by weight exceeds, it is difficult to come to a uniform structure in the manufacture of the solder. Preferably the amount of zinc is in the range from 1 to 10 percent by weight.

Die seltenen Erdmetalle werden in einer Menge von vorzugsweise weniger als 15 Gewichtsprozent der Lotlegierung zugesetzt. Falls die Menge der seltenen Erdmetalle 15 Gewichtsprozent übersteigt, so kann keine Lotlegierung mit einem gleichförmigen Aufbau erzielt werden. Es ist im allgemeinen bevorzugt, die seltenen Erden im Bereich von 1-10 Gewichtsprozent zuzusetzen. Als seltene Erdmetalle kommen La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er1 Tm, Yb, Lu, Y und Sc in Frage. Vom wirtschaftlichen Standpunkt ist es bevorzugt, Ce einzusetzen und insbesondere eine Mischung aus seltenen Erdmetallen wie z. B. Cermischmetall, bestehend aus 86,8 # Ce,The rare earth metals are added in an amount preferably less than 15 percent by weight of the solder alloy. If the amount of the rare earth elements exceeds 15% by weight, a solder alloy with a uniform structure cannot be obtained. It is generally preferred to add the rare earths in the range of 1-10 percent by weight. The rare earth metals La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er 1 Tm, Yb, Lu, Y and Sc are possible. From an economical point of view, it is preferable to use Ce and in particular a mixture of rare earth metals such as. B. Cermischmetall, consisting of 86.8 # Ce,

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3,0 % La, 4,0 # Nd, 6,2 % Sm und Pr mit den Hauptverunreinigungen von 3,2 1o Pe, 0,37 % Mg, 0,27 Al und 0,73 % Si (in Gewichtsprozent).3.0% La, 4.0 # Nd, 6.2% Sm and Pr with the main impurities of 3.2 10 Pe, 0.37% Mg, 0.27 1 ° Al and 0.73% Si (in percent by weight ).

Wenn ferner mehr als OßS Gewichtsprozent Sb zu der Lotlegierung gegeben werden, so wird die Wasserbeständigkeit und die Wetterfestigkeit der Lotlegierung verbessert. Wenn jedoch die Menge an Sb in dem Lot 5 Gewichtsprozent übersteigt, so wird die Duktilität herabgesetzt. Der Schmelzpunkt der Lotlegierung kann durch Zugabe von Bi gesenkt werden. Wenn jedoch die Bi-Menge im Lot 5 Gewichtsprozent übersteigt, so wird die Haftfestigkeit beeinträchtigt.Further, if more than 3 ½ weight percent Sb is added to the solder alloy, the water resistance and weather resistance of the solder alloy are improved. However, if the amount of Sb in the solder exceeds 5% by weight, the ductility is lowered. The melting point of the solder alloy can be lowered by adding Bi. However, if the amount of Bi in the solder exceeds 5% by weight, the adhesive strength is deteriorated.

Cd ist eine wichtige Komponente in dem erfindungsgemäßen Lot. Diese Komponente bewirkt eine Senkung des Schmelzpunktes der Lotlegierung. Falls kein Cd zugesetzt wird, so ist die Schmelztemperatur sehr groß und der Temperaturbereich des halbgeschmolzenen Zustandes ist zu eng. Bevorzugt setzt man mehr als 0,5 Gewichtsprozent Cd zu. Wenn jedoch die Cd-Menge in dem Lot 60 Gewichtsprozent übersteigt, so ist die Duktilität herabgesetzt.Cd is an important component in the solder according to the invention. This component causes a lowering of the melting point of the Solder alloy. If no Cd is added, the melting temperature is very high and the temperature range of the semi-molten one Condition is too tight. Preference is given to adding more than 0.5 percent by weight of Cd. However, if the amount of Cd in the solder exceeds 60 percent by weight, the ductility is reduced.

Eine geringe Menge Al kann zur Verhinderung einer Schlacke auf der geschmolzenen Lotlegierung zugesetzt werden. Ferner können geringe Mengen eines oder mehrerer der Elemente Si, Ti oder Be Zugesetztwerden, um eine Trübung der Oberfläche der Lotlegierung zu verhindern. Es ist bevorzugt, weniger als 0,1 Gewichtsprozent Al und weniger als 0,5 Gewichtsprozent einer kombinierten Menge von Si , Ti oder Be dem Lot zuzusetzen.A small amount of Al can help prevent slag can be added on the molten solder alloy. Furthermore, small amounts of one or more of the elements Si, Ti or Be are added to opacify the surface to prevent the solder alloy. It is preferred to have less than 0.1 weight percent Al and less than 0.5 weight percent to add a combined amount of Si, Ti or Be to the solder.

Eine besonders große Bindungsfestigkeit kann mit einem Lot der nachstehenden Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) erzielt werden.A particularly high bond strength can be achieved with a solder the following composition (in percent by weight) can be achieved.

30983^/096230983 ^ / 0962

Pb 40 - 60 %Pb 40 - 60%

Sn 20 - 40 °/o Sn 20 - 40 %

Zn 1 - 5 Io Zn 1 - 5 Io

Gd 5-25 % Gd 5-25 %

Bi ο - 3 %Bi ο - 3%

Sb 0 - 3 %Sb 0 - 3%

Bei dem Verfahren zur Herstellung der Lotlegierung werden die Metallkomponenten geschmolzen und vorzugsweise im Vakuum oder unter einer Inertgasatmosphäre, wie unter Stickstoff oder Argon oder unter einem reduzierenden Gas, wie Wasserstoff, vermischt. Die erfindungsgemäße Lotlegierung hat einen Schmelzpunkt von 70 - 180 0C und zeigt bei diesen niedrigen Temperaturen ein großes Haftvermögen. Die Lotlegierung kann bei bemerkenswert niedrigen Temperaturen aufgebracht werden, so daß sie sich sehr gut zum Löten von elektrischen oder elektronischen Bauteilen eignet, welche bei höheren Temperaturen zerstört werden. Die Haftfestigkeit der erfindungsgemäßen Lotlegierung ist der Haftfestigkeit herkömmlicher Lotlegierungen, welche bei relativ hohen Temperaturen angewandt werden, und welche kein Cd enthalten, nicht wesentlich überlegen. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lotlegierung besteht jedoch darin, daß solche Gegenstände ausgezeichnet gelötet werden können, welche mehr eine große Luftdichtheit als Haftfestigkeit erfordern.In the method for producing the solder alloy, the metal components are melted and preferably mixed in a vacuum or under an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon or under a reducing gas such as hydrogen. The solder alloy has a melting point of 70-180 0 C and is at these low temperatures, a large adhesion. The solder alloy can be applied at remarkably low temperatures, so that it is very suitable for soldering electrical or electronic components which are destroyed at higher temperatures. The adhesive strength of the solder alloy according to the invention is not significantly superior to the adhesive strength of conventional solder alloys which are used at relatively high temperatures and which contain no Cd. A major advantage of the solder alloy according to the invention, however, is that such objects can be soldered excellently which require greater airtightness than adhesive strength.

Die erfindungsgemäße Lotiegierung eignet sich nicht nur zum Löten von Metall ohne Oxydhaut, sondern auch zum Löten der nachstehenden schwer lötbaren Materialien mit Oxydoberfläche. Das erfindungsgemäße Lot kann direkt auf eine Vielzahl von schwer lötbaren Materialien aufgebracht werden, insbesondere auf anorganische Estkörperoxyde, wie Oxydglas, z. B. Silicatglas oder Quarzglas, Glaskeramik, Tonwaren oder Porzellan, gesinterte, geschmolzene oder gebrannte feuerfeste Oxyde, wie Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Spinel , Thoriumoxyd,The soldering according to the invention is not only suitable for Soldering of metal without an oxide skin, but also for soldering the following difficult-to-solder materials with an oxide surface. The solder according to the invention can be applied directly to a large number of materials that are difficult to solder, in particular on inorganic Estkörperoxde, such as oxide glass, z. B. silicate glass or quartz glass, glass ceramic, pottery or porcelain, sintered, melted or burned refractory oxides, such as aluminum oxide, magnesium oxide, spinel, thorium oxide,

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Berylliumoxyd, Zirkonoxyd, Keramikmaterialien, für elektrische und elektronische Bauteile, wie Bariumtitanat, Ferrite, Steatit, Forsterit, Titanoxyd, natürliche oder synthetische anorganische Oxydkristalle, wie Quarzkristalle, Rubinkristalle oder Saphirkristalle und für Cermets. Ferner kann die Lotlegierung auf schwer lötbare Halbleitermetalle, wie Silicium oder Germanium direkt aufgebracht werden, sowie auf schwer lötbare Metalle mit Oxydoberflächen, wie Aluminium, Titan, Zirkon, Tantal oder Silicium oder Germanium oder dergleichen. Das erfindungsgemäße Lot kann fest mit der Oberfläche des schwer lötbaren Materials verbunden werden, indem man dieses in geschmolzenem Zustand unter Anwendung einer Schwingungsbehandlung (vorzugsweise einer Ultraschall-Schwingungsbehandlung) aufbringt. Zur Anwendung der erfindungsgemäßen Lotlegierung wird die Lötfläche des schwer lötbaren Mateials mit dem geschmolzenen oder halb geschmolzenen Lot in Berührung gebracht und das Lot wird einer Schwingungsbehandlung ausgesetzt. Geeignete Ergebnisse werden bei Anwendung von Ultraschall mit einer Frequenz von vorzugsweise 20 - 100 KHz in einer Richtung parallel zur zu lötenden Oberfläche erzielt.Beryllium oxide, zirconium oxide, ceramic materials, for electrical and electronic components such as barium titanate, ferrites, Steatite, forsterite, titanium oxide, natural or synthetic inorganic oxide crystals such as quartz crystals, ruby crystals or sapphire crystals and for cermets. Furthermore, the solder alloy can be used on difficult-to-solder semiconductor metals such as silicon or germanium can be applied directly, as well as on difficult-to-solder metals with oxide surfaces, such as aluminum, titanium, Zirconium, tantalum or silicon or germanium or the like. The solder according to the invention can be firmly attached to the surface of the material that is difficult to solder can be connected by applying a vibration treatment (preferably an ultrasonic vibration treatment) in a molten state brings up. To use the solder alloy according to the invention, the soldering surface of the difficult-to-solder material is used brought into contact with the molten or half-molten solder, and the solder is subjected to a vibration treatment. Suitable results are obtained when using ultrasound at a frequency of preferably 20-100 KHz in achieved in a direction parallel to the surface to be soldered.

In einem speziellen Fall wird ein Lötspatel auf etwa 200 250 0G erhitzt und in einer Richtung parallel zur zu lötenden Oberfläche in Schwingungen versetzt. Während dieser Bearbeitung übt der Lötspatel eine Reibungskraft auf die zu lötende Oberfläche aus, so daß die Aktivität der Oxydoberfläche erhöht wird. Wenn ein Material mit einer relativ großen Wärmekapazität gelötet werden soll, so ist es bevorzugt, die Oberfläche dieses Materials auf etwa 100 - 150 0C vorzuheizen, bevor die Lötoperation beginnt, so daß die Bindungsfestigkeit zwischen der Lotschicht und der Oxydoberfläche verbessert wird. Die Lotschicht kann gewöhnlich eine Dicke von 0,02 0,2 mm oder auch bis zu mehreren Millimetern haben.In a special case, a soldering spatula is heated to around 200 250 0 G and set in vibration in a direction parallel to the surface to be soldered. During this processing, the soldering spatula exerts a frictional force on the surface to be soldered, so that the activity of the oxide surface is increased. If a material is to be soldered with a relatively large heat capacity, so it is preferable to the surface of this material to approximately 100 - preheat 150 0 C before the soldering operation begins, so that the bonding strength is improved between the solder layer and the Oxydoberfläche. The solder layer can usually have a thickness of 0.02 0.2 mm or up to several millimeters.

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Bei einem weiteren Verfahren zum Löten einer Oberfläche eines schwer lötbaren Materials mit dem erfindungsgemäßen Lot wird die Schwingungsbehandlung und vorzugsweise die Ultraschall-Schwingungsbehandlung auf ein Bad des geschmolzenen Lotes ausgeübt und das schwer lötbare Material wird eingetaucht, so daß das Lot an der Oberfläche des mit dem geschmolzenen Lot in Berührung gebrachten Materials fest haftet. Das schwer lötbare Material, welches mit dem Lot überzogen ist, wird sodann mit einem anderen lötbaren Material, wie z. B. einem lötbaren Metall in Berührung gebracht, worauf der Kontaktbereich zur Bewirkung einer Haftfestigkeit erhitzt wird. Andererseits können aber auch zwei schwer lötbare Materilien miteinander verbunden werden, indem man das erfindungsgemäße Lot auf beide zu verbindende Oberflächen aufbringt und sodann die beschichteten Oberflächen miteinander in Kontakt bringt und den Kontaktbereich erhitzt, um das Lot zu schmelzen. Nach der Abkühlung stellt man fest, daß auf diese Weise eine gute Haftfestigkeit erzielt wird.In a further method for soldering a surface of a material that is difficult to solder with the one according to the invention The vibration treatment and preferably the ultrasonic vibration treatment is applied to a bath of the molten solder Solder applied and the difficult to solder material is immersed so that the solder on the surface of the with the molten solder that has come into contact with it. The difficult-to-solder material that comes with the solder is coated, is then with another solderable material, such as. B. brought into contact with a solderable metal, whereupon the contact area is heated to effect adhesive strength. On the other hand, you can also two difficult to solder materials are connected to each other by applying the solder according to the invention to both to be connected Applies surfaces and then brings the coated surfaces into contact with one another and the contact area heated to melt the solder. After cooling, it is found that good adhesive strength is achieved in this way will.

Das erfindungsgemäße Lot eignet sich insbesondere als Basislotschicht auf welche ein herkömmliches Lot, welches in der Hauptsache aus Pb und Sn besteht, und welches sich an sich nicht zum Löten des schwer lötbaren Materials eignet, aufgebracht wird. In letzterem Fall wird das erfindungsgemäße Lot auf die Glas- oder Keramikoberfläche oder dgl. aufgebracht, worauf das herkömmliche Lot auf diese Lotschicht aufgebracht wird oder worauf ein lötbares Materials mit dem herkömmlichen Lot darauf befestigt wird.The solder according to the invention is particularly suitable as a base solder layer on which a conventional solder, which is in mainly consists of Pb and Sn, and which in itself is not suitable for soldering the difficult-to-solder material, is applied. In the latter case, the solder according to the invention is applied to the glass or ceramic surface or the like. whereupon the conventional solder is applied to this solder layer or whereupon a solderable material with the conventional Solder is attached to it.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.In the following the invention is illustrated by means of embodiments explained in more detail.

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Beispiel 1example 1

Lotlegierungen verschiedener Zusammensetzungen sind in der nachstehenden Tabelle zusammengestellt. Sie werden dazu verwendet, um eine Natriumkalk-Glasplatte mit den Abmessungen 77 mm χ 27 mm χ 0,9 mm zu löten. Hierzu wird ein Ultraschall-Schwingungslötspatel verwendet. Dieser wird in Berührung mit einem auf 180 0C erhitzten Lot auf der Glasoberfläche gebracht, so daß eine Ultraschallschwingung mit einer Frequenz von 60 KHz und einer Amplitude von 5 M in einer parallel zur zu lötenden Oberfläche verlaufenden Richtung ausgelibt wird, wobei das Lot mit der Oberfläche verbunden wird.Solder alloys of various compositions are listed in the table below. They are used to solder a soda lime glass plate with the dimensions 77 mm 27 mm 0.9 mm. An ultrasonic vibration soldering spatula is used for this. This is brought into contact with a solder heated to 180 ° C. on the glass surface, so that an ultrasonic oscillation with a frequency of 60 KHz and an amplitude of 5 M is emitted in a direction running parallel to the surface to be soldered, the solder with the Surface is connected.

TabelleTabel

Pb Sn Sb Cd Zn Bi seltene ErdmetallePb Sn Sb Cd Zn Bi rare earth metals

3030th 3030th 3030th 22 ,75, 75 25,425.4 8484 2525th 4747 4545 4545 6363 5050 22 2020th 22 22 ,25, 25 11 11 2020th 2020th 3232 2020th 1010 5252 33 33 33 22 0,50.5 33 22 2020th 11 2,12.1 1,01.0

Solidus-TemperaturSolidus temperature

(0C) Liquidus-Temperatur( 0 C) Liquidus temperature

(0C) 143 145 150 177 142 165( 0 C) 143 145 150 177 142 165

143 145 100 143 142 145143 145 100 143 142 145

145 230145 230

Bindungsfestigkeit ausgez.ausgez.schwach ausgez^ ausgez. {*Bond strength excellent excellent weak excellent {*

ausgez. ausgez,excellent excellent,

WasserfestigkeitWater resistance

DuktilitätDuctility

ziempretty austhe end schwachweak austhe end ziempretty ziempretty lichlich gez.signed ziempretty gez.signed lichlich liehborrowed gutWell lichlich gutWell gutWell gutWell

aus- aus- aus- ziem- aus- aus- schlecht gez. gez. gez. lieh gez. gez.from-from-from-from-from-badly signed. signed. borrowed signed.

gutWell

309834/0962309834/0962

Die Tabelle zweit sieben verschiedene Lotzusammensetzungen in Gewichtsprozent, sowie die Solidustemperatur und die Liquidustemperatur und die verschiedenen Eigenschaften, wie die Bindungsfestigkeit, die Wasserbeständigkeit und die Duktilität. In dieser Tabelle ist das seltene Erdmetall ein Cermischmetall, bestehend aus 86,8% Ce; 3,0 % La; 4,0 % Nd; 6,2 "A Sm und Pr sowie mit 3,2 % Fe; 0,37 ί° Mg; 0,27 $> Al und 0,73 Si (Gewichtsprozent).The table two seven different solder compositions in percent by weight, as well as the solidus temperature and the liquidus temperature and the various properties, such as the bond strength, the water resistance and the ductility. In this table, the rare earth metal is a mixed cerium metal, consisting of 86.8% Ce; 3.0 % La; 4.0% Nd; 6.2 "A Sm and Pr as well as with 3.2 % Fe; 0.37 ° Mg; 0.27 $> Al and 0.73 ° Si (percent by weight).

In dieser Tabelle liegt das Lot Nr. 3 außerhalb des Rahmens der Erfindung. Zur Messung der Bindungsfestigkeit wird die Schneide einer Rasierklinge an die Kante der auf die Glasplatte aufgebrachten Lotschicht gesetzt und entlang der Glasplatte bewegt, um die Lotschicht abzutrennen. In der Tabelle bedeutet der Ausdruck "ausgezeichnet", daß mehr als die Hälfte der Lotschicht haften bleibt. Der Ausdruck "schwach" bedeutet, daß das gesamte Lot abgelöst wird. Zur Messung der Wasserbeständigkeit wird das auf die Glasplatte aufgebrachte Lot in einer Atmosphäre von 100 % relativer Feuchtigkeit bei 60 0G während 10 Tagen gehalten und die Veränderungen der Lotschicht werden von der gegenüberliegenden Seite der Glasplatte her beobachtet. In der Tabelle bedeutet der Ausdruck "ausgezeichnet", daß keine Veränderung festgestellt wurde und der Ausdruck "ziemlich gut" bedeutet, daß die peripheren Bereiche der Lotschicht verfärbt werden. Der Ausdruck "schwach" bedeutet, daß die Lotschioht von der Glasplatte abgelöst wird.Lot No. 3 in this table is outside the scope of the invention. To measure the bond strength, the edge of a razor blade is placed on the edge of the solder layer applied to the glass plate and moved along the glass plate in order to separate the solder layer. In the table, the term "excellent" means that more than half of the solder layer adheres. The term "weak" means that all of the solder is peeled off. To measure the water resistance, the solder applied to the glass plate is kept in an atmosphere of 100% relative humidity at 60 ° C. for 10 days and the changes in the solder layer are observed from the opposite side of the glass plate. In the table, the term "excellent" means that no change was observed, and the term "fairly good" means that the peripheral areas of the solder layer are discolored. The term "weak" means that the solder is peeled from the glass plate.

Zur Messung der Duktilität wird ein Draht von etwa 1 mm Durchmesser aus einem Block des Lotes gebildet. Der Ausdruck "ausgezeichnet" bedeutet, daß der Draht leicht gebildet wird und der Ausdruck "ziemlich gut" bedeutet, daß es immer noch gelingt, einen Draht zu formen, wobei jedoch dieser DrahtTo measure the ductility, a wire about 1 mm in diameter is formed from a block of solder. The expression "Excellent" means that the wire is easily formed and the term "fairly good" means that it is still succeeds in forming a wire, but this wire

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ab und zu unterbrochen wird. Der Ausdruck "schlecht" bedeutet, daß eine Drahtbildung nicht möglich ist.is interrupted every now and then. The term "bad" means that wire formation is not possible.

Diese Versuche zeigen, daß ein Lot ohne Cd bei relativ niedrigen Temperaturen nicht aufgebracht werden kann, da ansonsten die Bindungsfestigkeit sehr gering ist. Andererseits zeigt ein Lot mit einem Cd-Gehalt und insbesondere mit einem Gehalt an Cd von 10 - 20 Gewichtsprozent eine ausgezeichnete Haftfestigkeit, Wetterbeständigkeit und Duktilität.These tests show that a solder without Cd cannot be applied at relatively low temperatures, otherwise the bond strength is very low. On the other hand, shows a solder with a Cd content and in particular with a Cd content of 10-20 percent by weight provides excellent adhesive strength, weather resistance and ductility.

Beispiel 2Example 2

In einem tonhaltigen Tiegel werden als Ausgangsmaterialien 30 % Pb, 46 $ Sn, 1 $> Sb, 20 $> Cd und 3 % Zn (Gewichtsprozent) auf 450 0C während 1 h unter einer Stickstoff atmosphäre erhitzt, wobei das Lot gebildet wird. Eine Vidiconröhre wird mit dem Lot mit einer Stirnplatte verbunden. Die Röhre besteht aus Borsilikatglas und hat die Form eines Zylinders von 20 mm Durchmesser und 1 mm Dicke. Die Stirnplatte besteht aus dem gleichen Borsilikat. Sie hat eine Dicke von 1 mm und einen Durchmesser von 20 mm. Die Stirnplatte wird auf das Ende der Röhre gebracht und das Lot wird auf die Spitze des Ultraschall-Lötspatels aufgebracht und geschmolzen. Die Grenzfläche zwischen der Röhre und der Stirnplatte wird mit dem geschmolzenen Lot beschichtet. Die Lotschicht wird mit dem geheizten Spatel auf etwa 170 0C gehalten. Die Luftdichtigkeit der Lötverbindung wird mit einem Helium-Dichtigkeitspriifgerät gemessen. Dabei wird das Volumen des durch die Lötverbindung hindurchdringenden Heliumgases (Normalbedingungen) bei 1 Atmosphäre und pro Sekunde (Atmosphären cm /see) gemessen und berechnet. Das Leckvolumen beträgt weniger als 1 χ 10 Atmosphären cnr/sec. Somit eignet sich die Lötverbindung für den praktischen Gebrauch. Die Löttemperatur beträgt etwa 170 0C. Eine derart niedrige Löttemperatur eignet sich ausgezeichnet zum Löten von Vidiconröhren ohne daß irgendwelche Spannungen oder andere Störungen hinsicht-In a clay crucible, 30 % Pb, 46 $ Sn, 1 $> Sb, 20 $> Cd and 3 % Zn (percent by weight) are heated to 450 ° C. for 1 h under a nitrogen atmosphere as starting materials, the solder being formed. A vidicon tube is connected to a faceplate with solder. The tube is made of borosilicate glass and has the shape of a cylinder 20 mm in diameter and 1 mm in thickness. The faceplate is made from the same borosilicate. It has a thickness of 1 mm and a diameter of 20 mm. The faceplate is placed on the end of the tube and the solder is applied to the tip of the ultrasonic soldering spatula and melted. The interface between the tube and the faceplate is coated with the molten solder. The solder layer is kept at about 170 ° C. with the heated spatula. The airtightness of the soldered joint is measured with a helium leak tester. The volume of the helium gas penetrating through the soldered joint (normal conditions) at 1 atmosphere and per second (atmospheres cm / sec) is measured and calculated. The leak volume is less than 1 χ 10 atmospheres cnr / sec. Thus, the solder joint is suitable for practical use. The soldering temperature is about 170 ° C. Such a low soldering temperature is excellently suited for soldering Vidicon tubes without any tension or other disturbances.

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lieh Gleichförmigkeit und Genauigkeit auftreten.uniformity and accuracy occur.

309834/0962309834/0962

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1. Lotlegierung gekennzeichnet durch 2 - 98,5 Gewichtsprozent Pb; 1 - 97,5 Gewichtsprozent Sn; 0,5 - 60 Gewichtsprozent Cd; 0,05 - 10 Gewichtsprozent Zn; 0-5 Gewichtsprozent Sb; 0 - 5 Gewichtsprozent Bi und 0-15 Gewichtsprozent mindestens eines seltenen Erdmetails.1. Solder alloy characterized by 2 - 98.5 percent by weight Pb; 1-97.5 weight percent Sn; 0.5-60 percent by weight of Cd; 0.05-10 weight percent Zn; 0-5 percent by weight Sb; 0 - 5 percent by weight Bi and 0-15 percent by weight of at least one rare earth detail. 2. Verwendung der Lotlegierung nach Anspruch 1, zum Löten eines schwer lötbaren Materials mit einer Oxydober— fläche durch Aufbringen des geschmolzenen Lotes unter Anwendung einer Schwingungsbehandlung auf die Berührungsstelle zwischen dem schwer lötbaren Material und der Lotlegierung."2. Use of the solder alloy according to claim 1, for soldering a material that is difficult to solder with an oxide surface surface by applying the molten solder using a vibration treatment to the point of contact between the difficult to solder material and the solder alloy. " 3. Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Ultraschall-Schwingungsbehandlung anwendet.3. Use according to claim 2, characterized in that an ultrasonic vibration treatment is applied. 4. Verwendung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Glas, Keramik, Glaskeramik, Tonwaren, Porzellan, feuerfeste Oxyde, anorganische Oxydkristalle, Silicium oder Germanium gelötet werden.4. Use according to one of claims 2 or 3, characterized in that glass, ceramics, glass ceramics, pottery, Porcelain, refractory oxides, inorganic oxide crystals, Silicon or germanium can be soldered. 5. Verwendung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die auf das schwer lötbare Material aufgebrachte Lotschicht ein lötbares Metall oder ein mit einer Lotschicht versehenes schwer lötbares Material unter Anwendung einer Schwingungsbehandlung auf die Berührungsstelle aufbringt. 5. Use according to any one of claims 2 to 4, characterized in that on the difficult to solder Material applied solder layer a solderable metal or a material provided with a solder layer difficult to solder applying a vibration treatment to the point of contact. /096?/ 096?
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