DE2344493A1

DE2344493A1 - Loetflussmittel

Info

Publication number: DE2344493A1
Application number: DE19732344493
Authority: DE
Inventors: Frank Hilary Sarnacki; Robert Vernon Steenstrup
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-09-28
Filing date: 1973-09-04
Publication date: 1974-04-11
Also published as: FR2201159A1; US3796610A; FR2201159B1; JPS4972157A; GB1414877A

Description

Böblingen, 27. August 1973 · oe-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: EN 972 040

Lötflußmittel

Die Erfindung betrifft ein Lötflußmittel.

Beim Löten von elektrischen Verbindungen bzw. beim Aufbringen von Lot auf gedruckte Schaltungen ist es normalerweise notwendig, Flußmittel zu verwenden, die die Aufgabe haben, die metallischen Oberflächen, die gelötet werden sollen, von Belägen zu befreien und zu aktivieren. Zusätzlich muß das Flußmittel die aktivierten Oberflächen vor der Bildung irgendwelcher Passivierungsschichten während der Legierungsbildung zwischen Lot und Metalloberfläche beschützen. Um wirkungsvoll zu sein, muß das Flußmittelbad bei der Löttemperatur benutzt werden können. Außerdem müssen sowohl das Flußmittel als auch Rückstände des Flußmittels leicht entfernt werden können und dürfen nicht korrosiv auf die Metalloberflächen, die gelötet werden sollen, einwirken. Bekannte Flußmittel, die beim Löten im Tauchverfahren eingesetzt werden, lassen sich nur in einem engen Temperaturbereich anwenden, haben nur eine begrenzte Lebensdauer, wenn sie längere Zeit bei höheren Temperaturen gehalten werden, ihre Rückstände sind schwer zu entfernen, weil sie zur Polymerisation neigen, und zurückgebliebene Aktivatoren im Flußmittel werden durch Wasser ionisiert und wirken dann lokal korrodierend. Zusätzlich werden zum Entfernen der Rückstände dieser bekannten Flußmittel organische Lösungsmittel benötigt, die aber gleichzeitig organisches Material, das zum

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Einkapseln und Laminieren benötigt wird, anlösen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Lötflußmittel anzugeben, das Metalloberflächen zum Löten aktiviert, jedoch nicht korrosiv wirkt, das in einem großen Temperaturbereich verwendbar ist, so daß es für Lote mit sehr unterschiedlichem Schmelzpunkt einsetzbar ist, das leicht vollständig zu entfernen ist, eine lange Lebensdauer hat bzw. leicht zu regenerieren ist, das organische Kunststoffe nicht wesentlich angreift und das schließlich einen hohen Flammpunkt hat und nicht gesundheitsschädigend wirkt.

Diese Aufgabe löst gemäß der Erfindung ein Lötflußmittel, das 0,2 bis 0,5 Gewichtsprozent Salzsäure und 80 bis 98 Gewichtsprozent Glyzerin enthält und in dem der zu 100 % fehlende Rest aus Wasser besteht.

Zwar ist aus der US-Patentschrift Nr. 3 003 9Ol ein nicht korrosiv wirkendes Lötflußmittel bekannt, das neben 32 Gewichtsprozent Kolophonium, 32 Gewichtsprozent Isopropy!alkohol und 1 Gewichtsprozent einer Lösung von Campher in Alkohol 16 Gewichtsprozent Glyzerin enthält, jedoch ist dieses Lötflußmittel wegen des hohen Isopropylalkoholgehalts nur bei relativ niedrigen Temperaturen verwendbar und es läßt sich offenbar nicht leicht entfernen, was auch gar nicht erwünscht ist, da es z.B. Lötstellen gegen den Angriff von Salzwasser schützen soll. Das erfindungsgemäße Lötflußmittel dagegen erfüllt alle in der Aufgabe definierten Forderungen. Das erfindungsgemäße Lötflußmittel und seine Rückstände lassen sich sehr leicht mit Wasser, d.h. also ohne Verwendung von Kunststoffen anlösenden organischen Lösungsmitteln, vollständig entfernen und es ist in einem großen Temperaturbereich (93,3 bis 232,2 ⁰C) verwendbar. Damit ist dieses Lötflußmittel beim Arbeiten von Loten mit niederen und mittleren Schmelzpunkten brauchbar. Seine thermische Stabilität ist so groß, daß es nach längerem Gebrauch bei den Löttemperaturen höchstens notwendig ist, geringe Mengen der als Aktivator dienenden Salzsäure zuzusetzen, um das Lötflußmittelbad vollständig zu regenerieren. Trotz seiner ausgezeichneten aktivierenden Wirkung auf die mit Lot zu benetzenden

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Metalloberflächen wirkt das erfindungsgemäße Lötflußmittel in keiner Weise korrosiv und ist außerdem wegen seines hohen Flammpunkts und wegen seines hohen Gehalts an Glyzerin, das wegen seiner hautfreundlichen Wirkung als Zusatz zu Hautcremen beliebt ist, ungefährlich.

Es ist vorteilhaft, wenn das Lötflußmittel zusätzlich 2 bis 4 Gewichtsprozent Weinsäure enthält. Die Weinsäure unterstützt die aktivierende Wirkung und fördert außerdem die Wirkung von wasserlöslichen Metallkomplexen.

In manchen Fällen mag es vorteilhaft sein, wenn das Lötflußmittel noch zwischen 1 und 15 Gewichtsprozent eines Alkylalkohols enthält. Der Alkohol wirkt verdünnend und beeinflußt die Viskosität des Lötflußmittels.

Zur Variation des Temperaturbereichs, in dem das Lötflußmittel angewendet werden kann, ist es vorteilhaft, wenn das Lötflußmittel statt normalem Glyzerin alkylsubstituiertes Glyzerin oder ein Gemisch aus bis zu fünffach alkylsubstituierten Glyzerinderivate enthält.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Kurz gesagt, bezieht sich die Erfindung auf ein Lötflußmittel, im besonderen auf die Zusammensetzung eines Flußmittelbades, das Glycerin in Kombination mit einem oder mehreren Aktivatoren, zu denen eine Mineralsäure, wie z.B. Salzsäure, und eine PoIycarbonsäure, wie z.B. Weinsäure, gehören, enthält. Das Glyerzin dient einerseits als Lösungsmittel und andererseits als Netzmittel und gibt im Vergleich zu anderen bisher benutzten Lösungsmitteln dem Tauchbad eine erhöhte thermische und chemische Stabilität. Die Salzsäure aktiviert die metallischen Oberflächen ausreichend und ohne sie übermäßig anzugreifen und fördert dadurch die Legierungsbildung des Lots mit den Kontaktflächen. Die Weinsäure unterstützt noch die Aktivierung der Metalloberfläche und hat die

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zusätzliche Fähigkeit, die Bildung von wasserlöslichen Metallkomplexen zu fördern. Es ist unkritisch, wenn ein Teil des Aktivators durch Verdampfung allmählich verloren geht, denn das Bad kann voll zu der gewünschten Aktivierungsfähigkeit regeneriert werden, indem in periodischen Abständen Säure zugefügt wird.

Indem das Substrat für eine gedruckte Schaltung in dieses Glyzerin und Aktivatoren enthaltende Bad, das auf 10 bis 37,8 °c über den Schmelzpunkt des Lots erhitzt ist, getaucht wird, kann das Substrat einheitlich in einer nicht oxydierenden Umgebung vorgeheizt werden und das flüssige Lot kann dann veranlaßt werden, um erstens elektro- oder stromlos plattierte Oberflächen zu benetzen, zweitens plattierte, durch das Substrat hindurchgehende Löcher zu füllen, oder drittens Komponenten, die mittels Stiften oder Leitungen mit dem Substrat verbunden sind, anzulöten.

Die erfolgreiche Verwendung der auf Glyzerin basierenden Flußmittelzusammensetzungen zusammen mit Lotlegierungen mit niedrigen oder mittleren Schmelzpunkten (65,6 bis 148,9 ⁰C bzw. 148,9 bis 204,4 ⁰C) erlaubt es, bei aufeinanderfolgenden Lötungen in einem größeren Temperaturbereich (93,3 bis 232,2 ⁰C) zu arbeiten. Die Anwendung der Flußmittelbäder auf niederschmelzende Legierungen ist von besonderer Bedeutung, wenn Schaltkarten im Spiel sind, weil dadurch Zusammenbau, Auseinanderbau und Nacharbeit bei wesentlich niedrigeren Arbeitstemperaturen möglich werden. Die entsprechende Verminderung der Temperaturdifferenz ΔΤ zwischen der Umgebung und dem Bad in ⁰C bewirkt eine wesentliche Verminderung der Wärmegradienten im Substrat und der daraus resultierenden differentiellen thermischen Ausdehungsspannungen. Diese Verkleinerung der thermischen Spannungen bewirkt eine Zunahme der Stabilität und Zuverlässigkeit sowohl der Substrate als auch der Lötverbindungen.

Da die Badzusammensetzungen wasserlöslich sind, können sowohl das Flußmittel als auch die Flußmittelrückstände von den Substrat- und den Lötklumpenoberflächen mit Wasser abgewaschen

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werden. Das Einschließen von unerwünschten Verunreinigungen wird dadurch weitgehend vermieden. Aber selbst dann, wenn geringe Rückstände zurückbleiben sollten, würden diese sowohl der Art als auch der Menge nach nicht korrosiv sein.

Die Forderungen, wenn solche erwünscht sind, als Aktivator, Lösungsmittel und Netzmittel zu wirken, können durch die folgenden beiden Zusammensetzungen befriedigt werden:

0,2-0,5 Gewichtsprozent Salzsäure; 2,0-4,0 Gewichtsprozent Weinsäure; 80-98 Gewichtsprozent Glyzerin; 0-15 Gewichtsprozent eines Alkylalkohols und der Rest - sofern vorhanden - Wasser.

Die zweite betrachtete Zusammensetzung enthält:

0,2-0,5 Gewichtsprozent Salzsäure; 80-98 Gewichtsprozent Glyzerin; 0-15 Gewichtsprozent eines Alkylalkohols und Rest - sofern vorhanden - Wasser.

In der ersten Zusammensetzung wirken Salzsäure, Weinsäure und Glyzerin wie oben beschrieben. Das Glyzerin hat außerdem zusammen mit dem zur Verdünnung zugesetzten Isopropylalkohol die Funktion des Lösungsmittels. Die Zusammensetzung ist ideal geeignet, um die Temperaturerfordernisse (93,3 bis 232,2 ⁰C) beim Eintauchlöten unter Verwendung von entweder bei niedrigen oder mittleren Temperaturen schmelzenden Loten zu erfüllen und zuverlässige Verbindungen unter Legierungsbildung an den Grenzflächen herzustellen. Zu den Vorteilen der Zusammensetzung gehören außerdem eine geringe Verdampfungsrate und ein optimales Glätten der Lötstellen. Schließlich, was aber sehr wichtig ist, können Ruckstärfde-des Flußmittels, die nach der Lötoperation übrig geblieben sind, mit Wasser weggewaschen werden.

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Die folgenden Zusammensetzungen sind Beispiele, wie sie bei der Anwendung der Erfindung benutzt werden können. Es sei auch besonders darauf hingewiesen, daß diese Zusammensetzungen nur beispielhaft genannt werden und daß alle Zusammensetzungen brauchbar sind, soweit sie innerhalb der oben angegebenen Bereiche liegen.

Beispiel 1	3	g
Salzsäure	967	g
Glyzerin	9O	g
Isopropylalkohol	30	g
Weinsäure
Beispiel 2	5	g
Salzsäure	995	g
Glyzerin	15	g
Isopropylalkohol

Es sei angemerkt, daß in den obigen Beispielen statt Glyzerin Verbindungen, die aus Glyzerin mit unterschiedlichen Substituenten bestehen und die sich in ihrem Molekulargewicht unterscheiden, oder Mischungen aus solchen Verbindungen zugesetzt werden können.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Lötflußmittel, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,2 bis 0,5 Gewichtsprozent Salzsäure und 80 bis 98 Gewichtsprozent Glyzerin enthält und daß der zu 100 % fehlende Rest aus Wasser besteht.

2. Lötflußmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 2 bis 4 Gewichtsprozent Weinsäure enthält.

3. Lötflußmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 15 Gewichtsprozent eines Alkylalkohols enthält.

4. Lötflußmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Alkylalkohol Isopropylalkohol enthält.

5. Lötflußmittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Glyzerin mindestens ein Wasserstoffatom durch eine Alkylgruppe substituiert ist.

6. Lötflußmittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es statt des Glyzerins ein Gemisch aus bis zu fünfach alkylsubstituierten Glyzerinkomponenten enthält.

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