DE2536896A1

DE2536896A1 - Verfahren zum loeten von aluminium oder aluminiumlegierungen unter verwendung von flussmittel-loetmittelzusammensetzungen, sowie flussmittel-loetmittelzusammensetzungen zur verwendung bei diesem verfahren

Info

Publication number: DE2536896A1
Application number: DE19752536896
Authority: DE
Inventors: Bernard Michael Allen; Gordon Francis Arbib
Original assignee: Multicore Solders Ltd
Current assignee: Multicore Solders Ltd
Priority date: 1974-08-19
Filing date: 1975-08-19
Publication date: 1976-03-04
Also published as: FR2282319B1; NL178571B; NL7509861A; DE2536896C2; NL178571C; JPS5145648A; AU8408875A; US4070192A; FR2282319A1

Description

Verfahren zum Löten vonAluminium oder Aluminiumlegierungen unter Verwendung von Flußmittel-Lötmittelzusammensetzungen, sowie Flußmittel-Lötmittelzusammensetzungen zur Verwendung bei diesem Verfahren,

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Löten von Aluminium oder Aluminiumlegierungen und insbesondere auf ein Verfahren zum Löten von Aluminium oder Aluminiumlegierungen unter Verwendung von Flußmittel-Lötmittelzusammensetzungen, sowie auf Flußmittel-Lötmittelzusammensetzungen zur Verwendung bei diesem Verfahren.

Man hat schon eine Reihe von Lotlegierungen vorgeschlagen, die zum Löten eines Teils oder Stückes, das aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, mit einem anderen Teil geeignet sein sollen, der aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen kann oder aber nicht. Diese bekannten Lotlegierungen enthalten die sogenannten "weichen

609810/0690

Lötmittel", welche Lötmittel sind, die unter 35O°C schmelzen. Die weichen Lötmittel sind im allgemeinen gegenüber dem "harten Lötmittel" mit höherem Schmelzpunkt sowie gegenüber dem "Hart- oder Messinglöt-" und "Schweiß"-Legierungen für Aneinanderfügungen der Art bevorzugt, welche einen Teil aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung enthalten, da bei den weichen Lötmitteln die Ausdehnung, die Änderungen des Anlassens und die Verformung oder Verzerrung des Teiles, die stattfinden können, geringer bei niedrigeren Temperaturen sind» Die Verwendung von weichen Lötmitteln setzt auch die Energie und Zeit herab, welche zur Herstellung einer Lötfuge oder -Stelle erforderlich sind, wobei zu beachten ist, daß für Aluminium die erforderlichen Energie- und Zeitmengen rasch mit der Löttemperatur zunehmen, da Aluminium eine verhältnismässig hohe spezifische Wärme hat. Darüber hinaus ist zu beachten, daß je niedriger der Schmelzbereich des verwendeten Lötmittels, umso breiter ist die Auswahl geeigneter Flußmittelzusammenset zsungen, welche während des Lötvorganges nicht verkohlen. Der niedrige Schmelzpunkt eines weichen Lötmittels ermöglicht es auch, bei wärmeempfxndlichen Bestandteilen verwendet zu werden, wie z.B. bei jenen, die in der Elektronik- und Elektroindustrie zu finden sind.

Es gibt ein weites Gebiet von Metallen, die von den Fachleuten allgemein als geeignet für Weichlotνerfahren erkannt sind. Derartige Metalle beinhalten unlegierten Kohlenstoffstahl, Messing und Kupferlegierungen im allgemeinen, sowie Nickellegierungen, Mit einem geeigneten Lötflußmittel kann auch rostfreierstahl weichgelötet werden. Metalle, wie z.B. Wolfram, Titan, Molybdän und Chrom können gewöhnlich nicht weichgelötet werden.

Weitere Angaben betreffend das. Weichlöten von Aluminium können in

B09810/0690

(i) Aluminum Soldering Handbook, veröffentlicht

durch die Aluminum Association in New York 1971

und in

(ii) Soldering Aluminium, veröffentlicht durch die Aluminium Federation in London 19 68,

gefunden werden,

Es gibt jedoch zwei Nachteile, die durch die Verwendung der Weichlötmittel entstehen können, die bisher zum Löten von Aluminium oder Alumxniumlegxerungen verwendet worden sind. Zunächst ist der Korrosionswiderstand von Lötfugen, die mit den meisten dieser Weichlötmittel gemacht sind, nicht immer zufriedenstellend; es besteht die Tendenz, daß fehlerhafte Stellen entlang der Zwischenschicht zwischen der Weichlötlegierung und dem Aluminiumiück entstehen, so daß die elektrische und/oder mechanische Verbindung an der Fuge verlorengehen kann. Zweitens enthalten diese Weichlötlegierungen oft ein oder mehrere Elemente (wie z.B. Wismuth, Zink, Cadmium oder Antimon), die mit gewissen anderen Metallen, Legierungen, Lötmitteln oder Plattierungen nicht verträglich sind, welche eins oder mehr der anderen Teile einer Fuge bilden können, welche Aluminium oder einen Aluminiumlegierungsteil aufweist. So z.B. greift Antimon Zink im Messing an, während Wismuth, Zink und Cadmium sich gewöhnlich mit jedem Zinn-Bleilötmittel vermischen, das vorhanden ist, um eine Mxschlegxerungsfuge einer nicht annehmbaren Zusammensetzung zu erzeugen. Nationale und internationale Spezifikationen für solche gelöteten Fugen verbieten streng mehr als zufällige Mengen derartiger Elemente. Darüber hinaus können Weichlötlegierungen, welche Wismuth, Zink, Cadmium oder Antimon einzeln oder mehr davon enthalten, nicht genug streckbar oder geschmeidig für die Herstellung großer Mengen in Form von

B09810/0690

dünnem Lötdraht oder Lötdraht mit Flußmittelkern, wobei sie auch nicht auf andere Teile verschiedener Metalle genügend gut fließen und sie befeuchten können und wobei sie den Korrosionswiderstand der Fuge reduzieren können»

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer weichen Lötmittelzusammensetzung mit Flußmittel, welche sich zum Löten eines Teiles aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung mit einem anderen Metallteil geeignet sind, wobei die Weichlötzusammensetzung einen Schmelzpunkt unter 300⁰C hat und eine gelötete Fuge mit beträchtlichem Korrosionswider st and ergeben kann.

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Flußmittel-Lötmittelzusammensetzung geschaffen, die sich zum Löten eines Teils aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung mit einem anderen metallischen Teil eignet, wobei die Flußmittel-Lötmittelzusammensetzung ein Flußmittel enthält, welches sich zur Verwendung beim Aluminiumlöten eignet, sowie eine Weichlotlegierung mit einem Schmelzpunkt weniger als 300⁰C, mit zumindest 35 Gew.% Blei, mindestens Gew.% Zinn und x-Gew.% Silber, worin χ = 0,1 + (5 χ 10 KSn)

— 5 3
+ (1 χ 10 HSn) , worin (Sn) der Gewichtsprozentsatz des Zinns in der Weichlotlegierung ist und gegebenenfalls bis 3 Gew,% Kupfer enthalten sind, wobei der Rest, falls überhaupt,

aus zufälligen Elementen und Verunreinigungen besteht.

Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Teils, das aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gemacht ist, mit einem zweiten metallischen Teil an einer Fugen- oder Verbindungsstelle, geschaffen, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: (a) Anbringen des ersten und des zweiten Teils in die Stellung, in welcher sie miteinander

B09810/0690

verbunden werden sollen, (b) Anbringen einer Lötmittel-Flußmittelzusammensetzung nach einem ersten Aspekt der Erfindung an die besagte Fugen- oder Verbindungsstelle und (c) Zusammenlöten des ersten und des zweiten Teils.

Bei den in den Zusammensetzungen nach dem ersten Aspekt der Erfindung verwendeten Weichlotlegierungen ist die minimale Menge von Silber in der Legierung durch die Menge des anwesenden Zinns bestimmt. Die Anmelderin hat gefunden, daß eine derartige Bedingung wesentlich ist, falls der Bereich der Zusammensetzung der Legierungen nach der Erfindung nicht manche Legierungen mit einem unzufriedenstellenden Korrosionswiderstand aufweisen soll.

Flußmittel-Lötmittelzusammensetzungen und insbesondere Lötmittelzusammensetzungen mit einem Flußmittelkern sind bekannt. Flußmittel-Lötmittelzusammensetzungen ermöglichen die Einführung sowohl von Flußmittel als auch von Legierung in den Bereich der Verbindungsstelle zusammenarbeitend und gleichzeitig und in konstanten Proportionen von Flußmittel zu Lötmittel. Sie sind gewöhnlich aus einer Lötlegierung gebildet und weisen eine ihnen zugeordnete Menge eines Lötflußmittels auf, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß dann, wenn die Flußmittel-Lötmittelzusammensetzung an die Verbindungsstellung im LotVorgang angebracht wird, das damit verbundene Flußmittel fortschreitend auf die Verbindungsstelle fließt, während die Lötlegierung der Flußmittel-Lötmittelzusammensetzung verbraucht, d.h, während des Vorganges geschmolzen und verfestigt ist. Die Flußmittel-Lötmittelzusammensetzung wird zweckmässigerweise in Form eines länglichen Teils vorgesehen, der einen im wesentlichen ununterbrochenen Kern oder eine Vielzahl gesonderter Kerne aus dem Flußmittel aufweist, wobei sich dieser Kern oder diese Kerne durch das Innere (im Gegensatz zur Oberfläche) der Lötlegierung in Längsrichtung

B09810/0690

— b —

erstrecken· Flußmittel-Lötmitte!zusammensetzungen dieser praktischen Form'werden hier als Lötmittelzusammensetzungen mit Flußmittelkern bezeichnet. Es ist jedoch zu verstehen, daß eine Flußmittel-Lötmittelzusammensetzung aus einem länglichen Teil der Lötlegierung bestehen kann, der mit einer Menge des LotflußmitteIs überzogen werden kann, wobei auch die Zusammensetzung aus einem innigen Gemisch eines Flußmittel- und eines Lötmittelpulvers bestehen kann, wobei das Gemisch beispielsweise ein formschlüssiger Feststoff oder sogar eine Paste oder Chreme im Bereich normaler Zimmertemperaturen sein kann. Lotzusammensetzungen mit Flußmittelkern können durch Spritzgießen der Lötlegierung gemacht werden, um somit eine längliche Drahtstange zu bilden, während gleichzeitig Flußmittelkerne in Hohlräume in den Draht oder die Stange eingeführt werden. Der Durchmesser des spritzgegossenen Drahtes oder der entsprechenden Stange kann dann beispielsweise durch Walzen oder Ziehen herabgesetzt werden.

Überall dort, wo hier auf den Schmelzpunkt einer Legierung Bezug genommen wird, kann so verstanden werden, daß auf die Liquiditätstemperatur dieser Legierung Bezug genommen wird. Die Proportionen der Elemente, die in der Weichlötlegierung enthalten sind, sind in dieser Beschreibung als Gewichtsprozentsätze der Legierung ausgedrückt.

Die erfindungsgemäß verwendete Weichlotlegierung enthält zumindest 10 % Zinn aus einer Anzahl von Gründen. Zuerst werden solche Legierungen leichter in Drähte mit Flußmittelkern als die Legierungen mit weniger als 10 % Zinn hineingezogen. Darüber hinaus haben Legierungen mit weniger als 10 % Zinn höhere Schmelzpunkte, welche Ci) die Kosten sowie die Schwierigkeiten etwaiger Vorwärmung vor dem Löten erhöhen und (ii) das Risiko einer Überhitzung von wärmeempfindlichen Vorrichtungen in der Nähe der Verbindungsstelle

B03810/0690

erhöhen. Die Fähigkeit der Zinn-Bleilötlegierungen, sich über Aluminiumoberflächen auszubreiten und sie zu befeuchten, wird mit Zinninhalten über 10 % verbessert.

Ein Zusatz von bis 3 % Kupfer zur Weichlötlegierung kann zur Verbesserung der Stärke und Kriechfestigkeit bzw. Dauerstandfestigkeit der Lötlegierung nützlich sein.

Die erfindungsgemäße Flußmittel-Lötmittelzusammensetzung kann ein Lötmittelteil mit Flußmittelkern in Form eines Stockes oder einer Stange bzw. eines Drahtes oder eines Bandes sein, welche inSp ulenform mit oder ohne einen Bildner auf sehr praktische Weise gelagert werden können. Die Flußmittel-Lötmittelzusammensetzung kann auch in Form einer besonderen Gestalt vorliegen, die für einen besonderen Zweck gewählt ist, wobei die Zusammensetzung aus einer Stange, einem Draht oder einem Band gestanzt oder geschnitten werden kann.

Die erforderliche Menge an Flußmittel wird zweckmässigerweise in die Lötlegierung als eine Faser oder eine Schnur bzw, aus mehreren derartigen Teilen einverleibt und in im wesentlichen fortlaufenden Strähnen aus Flußmittel, die sich durch das Innere der Lötlegierung in Längsrichtung erstrecken. Die erfindungsgemäße Lötmittel-Flußmittelzusammensetzung kann auch die Form eines Gemisches aus Lötlegierungspulver und Flußmittel mit oder ohne einen zusätzlichen Träger einnehmen, wobei das Gemisch die Form beispielsweise eines formschlüssigen Feststoffes oder einer Chreme oder Paste einnehmen kann.

Die zum Löten von Aluminium und zur Einschließung in die erfindungsgemäßen Flußmittel-Lötmittelzusammensetzungen geeigneten Flußmittel sind im allgemeinen ein organisches Flußmittel der Art, welche (a) gewisse Amine (z.B. Diäthylentriamin) und (b) entweder Fluorborsäure und/oder gewisse

B09810/0690

Salze der Fluorborsäure (beispielsweise Ammoniumfluorborat und Zinkfluorborat) oder gewisse Alkalimetall- und/oder Ammoniumhalogene (z.B. Lithiumchlorid, Aluminiumchlorid und Natriumchlorid) und gegebenenfalls Cc) gewisse Oxide (z.B. Zinkoxid oder Cadmiumoxid) enthalten, oder sie können ein Reaktionsflußmittel der Art sein, welche Ca) gewisse Schwermetallchloride (z.B. Zinnchlorid und Zinkchlorid) und zumindest eines der (b) gewissen Alkalimetall- und/oder Ammoniumhalogene (z.B. Lithiumchlorid, Aluminiumchlorid und Natriumfluorid) und (c) gewisse reduzierende und/oder benetzende Mittel (z.B. Hydrazinhydrochlorid oder ölsäure) oder ein Gemisch eines organischen Flußmittels und eines Reaktionsflußmittels enthalten.

Im allgemeinen enthält das organische Flußmittel 20 bis 80 Gewichtsteile Amin bzw. Amine, 5 bis 60 Gewichtsteile Fluorborsäure und/oder Salze derselben und gegebenenfalls bis 15 Gewichtsteile von Metalloxiden. Das Reaktionsflußmittel enthält im allgemeinen 50 - 90 Gewichtsteile von Schwermetallchloriden und gegebenenfalls bis zu 50 Gewichtsteilen von Alkalimetall- und/oder Ammoniumhalogenen und/oder bis zu 10 Gewichtsteile von reduzierenden und/oder benetzenden Mitteln.

Solche Aluminiumlötflußmittel können zweckmässigerweise in flüssiger Form hergestellt werden, indem sie verdünnt oder in einem geeigneten Lösungsmittel (welches in manchenFällen Wasser oder ein Alkohol sein kann) in geeigneten Konzentrationen suspendiert werden. Wechselweise können die Flußmittel in Feststofform vorliegen.

Um den Korrosionswiderstand einer Anzahl gelöteter Fugen zu prüfen, die aus verschiedenen Weichlötlegierungen gemacht sind, wurden die nachfolgend einzeln beschriebenen Versuche

B0981Q/Ü690

unternommen. In der nachfolgenden Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen; darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines PrüfProbestückes in Form eines "T-Stückes"j und

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Schwankung des Korrosionswiderstandes verschiedener Verbindungen, die mit den Weichlötlegierungen gemacht worden sind, entsprechend dem Zinn- und Silbergehalt, der Weichlötlegierung, welches zum Bilden der Lötverbindung verwendet wurde.

Bezugnehmend auf Fig. 1 wurde eine Anzahl von Weichlotlegierungen 1 zum Bilden von Lötverbindungen zwischen den horizontalen und den vertikalen Teilen 3 und 2 der "T-Stück"-Prüfproben eingesetzt, worin zumindest eines der beiden Stücke entweder Aluminium oder eine Aluminiumlegierung war. Die Nominalzusammensetzungen der bei diesen "T-Stücken" verwendeten Aluminiumlegierungen sind in Tabelle 1 erwähnt. In Tabelle 1 beziehen sich die Bezeichnungen SlC, Nt, N8, H9, H15 und H30 auf Aluminiumlegierungen, die in British Standard No. 1470 beschrieben sind, während die Zahlen 3003, 5052 und 6061 United States AA Standard-Aluminiumlegierungen sind. Entweder vier oder sechs gleiche "T-Stücke" wurden für jede Kombination von Aluminium oder Aluminiumlegierung und Lötlegierung hergestellt, wie in Tabelle 1 aufgezeichnet. Ein organisches Flußmittel der obenbeschriebenen Art wurde bei dem Lötvorgang verwendet. Die Lötverbindungen wurden in Bezug auf Widerstand gegen elektrolyt!sehe Korrosion wie folgt geprüft. Von jedem Satz aus vier ähnlichen Probestücken wurden zwei in normalen Büroumgebungsbedingungen und zwei durch Eintauchen in eine übliche oder normierte synthetische Salzlösung

B09810/Ü690

bei Umgebungstemperatur gelagert. Die normierte synthetische Salzlösung ist in British Standard No. 2011; Part 2K: 19 63 beschrieben und hat die Zusammensetzung:

Natriumchlorid	27	g
wasserfreies Magnesium chlorid	6	g
wasserfreies Calcium chlorid	1	g
Kaliumchlorid	1	g
destilliertes Wasser zum Bilden	1	Liter

Die Probestücke wurden während des Versuches keiner von aussen ausgeübten Beanspruchung unterworfen. Wenn sechs gleiche Versuchsstücke verfügbar waren, so wurden vier, wie oben beschrieben, behandelt, während die übrigen zwei Versuchsstücke in einem Versuchsbehälter der Art LONG TERM DAMP HEAT (40 - 2°C, 90 - 95 % R.H. gemäß dem British Standard No. 2011, Teil 2C).

Es ist üblich in der Praxis beim Löten, flüssigwerdende Flußmittelreste unmittelbar nach dem Löten durch Waschen der Lötverbindungen in Wasser zu entfernen. Um die Bedingungen des praktischen Lötens, so weit es mit einem einfachen beschleunigten Korrosionsversuch verträglich ist, nachzumachen, wurden die frisch gelöteten Versuchsstücke, es sei denn, es wurde anders bestimmt, sämtlich in kaltem Wasser gewaschen, bevor sie in die Versuchsbedingungen eingeführt wurden. Es wurde auch berücksichtigt, daß der Waschschritt dazu diente, die Versuchsergebnisse besser nachmachbar zu machen, indem die Möglichkeit von (a) Änderungen in der Elektrolyt zusammensetzung infolge der Anwesenheit von falschen Ionenarten, die auf die Flußmittelreste zurückzuführen sind, sowie einer

B09810/0690

(b) Umsetzung zwischen der Salzlösung und den Flußmittelresten an der Verbindungsstelle, was die anfängliche Konzentration der Salzlösungssalze an der Verbindungsstelle ändern könnte, herabzusetzen. Die Verbindungsstellen wurden periodisch optisch geprüft, wobei eine Fehlerstelle festgestellt wurde, wenn die beiden Teile den mechanischen Kontakt verloren und sich unter ihrem Eigengewicht oder nach Ausübung eines leichtenDruckes mit einer Sonde trennten.

Weisse Räume in den Tabellen zeigen, daß die Verbindungsstellen während des Versuches keine Fehler hatten, der, wenn die in den Tabellen gegebenen Angaben aufgezeichnet wurden, schon 450 Tage im Falle der Tabelle 2, 400 Tage im Falle der Tabelle 3, 300 Tage im Falle der Tabelle 4 und 200 Tage im Falle der Tabelle 5 in Anspruch genommen hat. Bürolagerung wurde aus Kontrollbedingung verwendet, um zu zeigen, ob fehlerhafte Stellen einer bestimmten Lötzusammensetzung auf innewohnende Schwäche oder auf die Wirkungen der Umgebung zurückzuführen war. Die in den Tabellen 2,3 und H für Verbindungsstellen zwischen Aluminium SlC und sich selbst und in Tabelle 2 zwischen Aluminium SlC und Kupfer aufgezeichneten Ergebnisse zeigen, daß unter normalen Bürolagerungsbedingungen keine katastrophale innewohnende Abschwächung der Verbindungsfuge bei Umgebungstemperatur ungeachtet der Zusammensetzung der verwendeten Lötlegierung vorliegt. Die in der Tabelle 2 angegebenen Ergebnisse zeigen, daß LONG TERM DAMP HEAT ein Bild oder Muster von Verbindungsstellenfestigkeit bzw. -Dauerhaftigkeit ergibt, welche jener ähnlich ist, die durch Salzlösung seintauchen erfolgt, obwohl sie über eine längere Zeitspanne ausgedehnt ist. Daher schien der Salzlösungsversuch ein zufriedenstellend beschleunigter Korrosionsversuch zu sein, so daß anschliessend der LONG TERM DAMP HEAT-Versuch weggelassen wurde und daher keine Ergebnisse in den Tabellen 3 und 4 angegeben wurden. Die Probestücke wurden zweifach in der SaIz-

b'03810/0690

lösung und unter Bürolagerungsbedingungen geprüft.

Die Tabellen 2 und 3 zeigen die Festigkeit bzw. Dauerhaftigkeit von Lötverbindungen, die mit verschiedenen Zinn-Blei-, Blei-Silber- und Zinn-Blei-Silberlötlegierungen gemacht sind. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 zusammengestellt, aus welcher es ersichtlich ist, daß jene Blei-Silber- und Zinn-Blei-Silberlötmittel, die Zusammensetzungen im Bereich oberhalb der oberen Kurve AA¹ haben, gewöhnlich ihre Festigkeit für lange Zeitspannen (über 200 Tagen) der Salzlösungseintauchung behielten. Die Zinn-Bleilötmittel und Zinn-Blei-Silber lötmittel mit Zusammensetzungen im Bereich unterhalb der unteren Kurve BB¹ (welche durch die Gleichung (ag) = 0,1 + (5 χ 10"^)(Sn²) +(Ix 10"⁵)(Sn³) dargestellt ist, worin (Ag) und (Sn) die Gewichtsprozente von Silber bzw, Zinn in der Weichlot legierung sind) verloren im allgemeinen vollständig ihre Festigkeit innerhalb einer vergleichsmässig kurzen Zeitspanne (selten mehr als 25 Tage) des Salzlösungeintauchens, Aus Zinn-Blei-Silberlötmittein gemachte Lötverbindungsstellen, deren Zusammensetzung zwischen der oberen und der unteren Kurve AA¹ und BB¹ fallen, hatten eine Zwischenfestigkeit bzw, -Dauerhaftigkeit, eine veränderliche oder eine ungewisse Festigkeit bzw, -Dauerhaftigkeit, Daher ist im allgemeinen ratsam, die Zusammensetzung der Lötlegierung so auszuwählen, daß sie innerhalb des Bereiches oberhalb der oberen Kurve AA^f zum zufriedenstellenden Widerstand der Lötverbindung gegenüber diesem Versuch für die elektrolytische Korrosion zu sein hat.

Das Eintauchen in eine 3 %ige Natriumchloridlösung während 90 Tagen wurde als Korrosionsversuch empfohlen; (siehe Y„ Sugiyama und H. Irie, "Corrosion resistance of soldered joints in aluminium", Sumitomo Light Metal Technical Reports 19 67, 8_ (4), 23). Hierbei ist zu beachten, daß die in diesen

B098 10/Ü690

Versuchen geprüften Lötlegierungen mit Zusammensetzungen oberhalb der oberen Kurve AA' größtenteils diese Leistung überschreiten.

Damit die Lötverbindung einen sinnvollen Widerstand gegen Korrosion hat, so beispielsweise die Zusammensetzung der Lötlegierung derart sein kann, daß der Zinngehalt nicht 18 % . überschreitet, falls der Silbergehalt 0,5 % ist, während der Zinngehalt nicht 25 % überschreiten soll, wenn der Silbergehalt 1 % ist, und der Zinngehalt nicht 35 % überschreiten soll, wenn der Silbergehalt 2 % ist und der Zinngehalt nicht ^5 % überschreiten soll, wenn der Silbergehalt 4 % ist, und der Zinngehalt nicht 60 % überschreiten soll, wenn der Silbergehalt 7 % ist.

Tabelle H zeigt die Wirkung des Widerstandes gegen elektrolytische Korrosion in Salzlösung, des Zusatzes gewisser anderer metallischer Legierungskomponenten zu einer 18-Zinn-80-Blei-2-Silberlötlegierung, Sie zeigt die sehr starke Herabsetzung des Korrosionswiderstandes dieser Lötlegierung, wenn bedeutsame Mengen von Wismuth, Cadmium, Antimon oder Zink anwesend sind, wobei jedoch sie keinen solchen Verlust zeigt, wenn 1 % Kupfer anwesend ist.

In einer weiteren Versuchsreihe wurden organische Flußmittel-Lötmittelzusammensetzungen gebildet, wovon eine eine Zinn-Blei-Weichlötlegierung und eine eine Zinn-Blei-Silberlötlegierung enthielt. Die Lötmittel-Flußmittelzusammensetzungen wurden verwendet, um Stücke aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit anderen Stücken aus Aluminium, einer seiner Legierungen oder einem anderen Metall zusammenzulöten. Die Lötverbindungen, die so gebildet wurden, wurden auf Korrosionswiderstand geprüft, indem sie in eine synthetische Salzlösung eingetaucht wurden, wie oben beschrieben. Für einen

B09810/Ü690

Satz von Versuchsstücken wurde ein solches Eintauchen durchgeführt, ohne zuerst etwaige Flußmittelreste aus der Nachbarschaft der Lötverbindungen zu beseitigen, während für einen anderen Satz von Lötstellen die Flußmittelreste vor dem Eintauchen entfernt wurden; die Ergebnisse in Tabelle 5 neigen dazu, es nahezulegen, daß die Anwesenheit von organischen Flußaittelresten eine geringe Wirkung auf den Korrosionswiderstand der Lötverbindungen ausübt.

Die Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse eines Vergleichs zwischen Lötverbindungen, die mit 30-Zinn- 70-Blei und 24-Zinn-2 Silber- 7M—Bleilötmitteln (Lötlegierungen 32 und 43) gemacht wurden, wobei die Verbindungsstellenteile aus bestimmten Aluminiumlegierungen und aus anderen Metallen, wie gezeigt, gewählt worden sind. Aus den in der Tabelle 5 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß die silberhaltige Lötlegierung 43 einen grösseren Korrosionswxderstand als die Zinn-Blei-Legierung 32 ergibt. Die Verbesserung soll jedoch viel weniger bedeuten, wenn eines der Verbindungsstellenstücke aus N8- oder H15-Legierung besteht, insbesondere wenn das andere Verbindungs· stellenstück selbst keine Aluminiumlegierung ist.

6098 10/0690

TABELLE 1
ZUSAMMENSETZUNGEN VON ALUMINIUMLEGIERUNGEN

Bezeich- Aluminium Kupfer nung der Legierung

Magnesium Silizium Eisen Mangan Zink Titan Chrom

cn ο tß

SIC	99,0	Mini- 0,10	0,20	-	0,5	,HO-O	Fe	0	,7	1	o,	1	0,1	-
		mum	0,10			0,5	»8
3003	Rest	0,15-0,H0	-	0,6	0,H0		0	,7		,0	zu 1,5	0,10	-
5052	Rest	0,10	2,2-2,8	(Si +	,3-0,		=0	,H5)		o,	10	0,20	—
6061	Rest	0,10	0,8-1,2	0	,5-1,	7	0	,7	0	o,	15	0,25	0,15
NH	Rest	0,10	1,7-2,H		,7-1,	0	0	,5		o,	5	0,2	0,2
Ν8	Rest	3,9-5,0	H,0-H,9			3	0	,HO	0	,5-	1,0	0,2	0,2
Η9	Rest	0,10	0,4-0,9	0		0	,HO	0	0,	10	0,2	0,2
Hl 5	Rest	0,2-0,8	0		0	,7		1,2	0,2	0,2
Η30	Rest	0,5-1,2	0	0	»5	,HO-I,0	0,2	0,2

0,15-0,35 0,15-0,35

0,25

0,10

0,25

Die Zahlen sind in Gewichtsprozenten angegeben und sie sind maximal,
es sei denn, es ist anders angegeben.

Fortsetzung von Tabelle 1
(letzte Spalte) erfolgt
auf Seite 16

Fortsetzung von Tabelle 1 (letzte Spalte)

Bezeichnung der Legierung Zusätzliche Beschränkungen
der Zusammensetzungen

	SIC
er: C	3003
te	5052
CO
_i	6061
O	N4
O	N8
co
	H9
O
	H15
	H30

Cu+Si+Fe+Mn+Zn=1

Mn + Cr = 0,5

ro αϊ

OO

co

TABELLE 2

VERGLEICH VON ZINN/BLEI- UND ZINN/BLEI/SILBERLÖTLEGIERUNGEN

Zusammensetzung der Lötmittellegierungen

Bezugnahme d. Legierung

Sn

Pb

Ag

Verhältnis von Tagen zu Mängeln vom gelöteten T-Verbindungsstellen"-Versuchsstück zwischen einem Horizontalteil aus handelsüblichem
Aluminium (SIC) und einem Vertikalteil entweder aus handelsüblichem Aluminium (SIC) oder aus Kupfer

BÜROLAGERUNG LONG TERM DAMP HEAT
Aluminium Kupfer Aluminium Kupfer

SALZLÖSUNG EINTAUCHEN
Aluminium Kupfer

1	100	-	-
2	60	40	-
3	40	60	-
4	15	85	-
5	5	95	-
6	-	97,5	2,5
7	1,0	97,5	1,5
8	96,5	-	3,5
9	62	36	2
10	39	60	1
11	14	85	1
12	5	93,5	1,5
13	39,9	60	0,1
14	39,5	60	0,5
15	38	60	2

107	40	107	40	4	4	4	4
40	40	107	107	19	7	19	7
40	40	40	40	19	11	19	19
39	39	39	39	4	4	19	6
18	39	39	39	4	4	4	4

40
40
40

40

107

15
40

19
11

19
19
40

40

40	40	40	40	19	19	40	40
40	40	40	40	40	19	19	19
40	40			40	40	40	82

CD OO _D CD

TABELLE 3
VERGLEICH VON ZINN/BLEI- UND ZINN/BLEI/SILBERLÖTLEGIERUNGEN

Zusammensetzung der Lötmxttellegierungen Verhältnis von Tagen zu Mängeln von gelöteten "T-Verbindungsstellen"-Versuchsstücken zwischen Horizontal-
und Vertikalteilen aus handelsüblichem Aluminium (SIC)

Bezugnahme der Legierung

Sn

Pb

Bürolagerung

Salzlösung Eintauchen

«ν. C CD CD O

04	15	85	-
16	14,5	85	0,5
11	14	85	1
17	13	85	2
31	20	80	-
19	19,5	80	0,5
20	19	80	1
21	18	80	2
32	30	70	-
23	29,5	70	0,5
24	29	70	1
25	28	70	2
26	60	37	3
27	46	50	4
28	56	37	7
29	34	61	5

1	2	1/2	1 1/2
		217
27	7
6	1/2	6 1/2
6	1/2	6 1/2
		32
1	1/2	4
6	1/2	6 1/2
6	1/2	29
		217
6	1/2	6 1/2
8	30

234

CO CD OO CO

TABELLE

VERGLEICH VON ZINN/BLEI-, ZINN/ZINK- UND ZINN/BLEI/SILBER-LÖTLEGIERUNGEN MIT ZINN/BLEI/SILBERLEGIERUNGEN, WELCHE VERSCHIEDENE ZUSÄTZLICHE ELEMENTE ENTHALTEN

Verhältnis von Tagen zu Mängeln von gelöteten "T-Verbindungsstellen"-Versuchsstücken zwischen Horizontal- und Vertikalteilen aus handelsüblichem Aluminium (SIC)

Bezugnahme der Legierung

Sn

Pb

Ag

Andere

Bürolagerung Salzlösung Eintauchen

	21
V-" ' O cc αε	25 30 31
O	32
cn Φ ο	33 34 35
	36
	37
	38
	39
	40
	41

18	80	2	2	Cd
28	70	2
30	68	-
20	80		10	Bi
30	70		10	Cd
18	70	2	1	Cu
18	70	2	2	Sb
18	79	2	10	Zn
18	78	2	2,	5 Cd, 0,25 Cu, 0,5 Sb, 2,5 Zn
18	70	2	10	Zn
18	74,25	2	20	Zn
90	-	-	30	Zn
80	-	-
70

4
4
4

11
109

4
4

20

109 4 4 4

68 4

221 0 4

109

126

11

TABELLE 5

VERGLEICH VON LÖTMITTELLEGIERUNG 32 (30 Sn 70 Pb) UND LÖTMITTELLEGIERUNG 43 (24 SN 74 Pb 2 Ag) AN VERSCHIEDENEN VERBINDUNGSSTELLENTEILENLEGIERUNGEN

Für jede Art eines horizontalen Verbindungsstellenteiles bezieht sich die obere Ergebnislinie auf Verbindungsstellen aus welchen Flußmittelreste vor dem Eintauchen in die Salzlösung entfernt worden sind. Die untere Ergebnislinie bezieht sich auf Verbindungsstellen, au-s welchen der Flußmittelrest vor dem Eintauchen nicht entfernt worden ist.

	Verhältnis von Tagen zu Mängeln während "T-Verbindungsstellen^tl-Ver8uchsstücken	Cu	Messing	des Salzlösungseintauchens,	von gelöteten	N8
er ο	Bezeichnung des Vertikal teils	43 32	43 32	Ni Stahl	rostfrei er Stahl	43 32
IjC C	Bezeichnung des Horizon talteils	43 32 43 32	43 32

C-!	N4	19	4	1/2	19	4	1/2	115	4	1/2	132	1	1/2	19	1	1/2	57	4 1/2	Vv %
CD	N8	19	4	1/2	19	1	1/2	57	4	1/2	152	4	1/2	19	4	1/2	19	1 1/2	rvj cn
O		115	1	1/2	47	1	1/2	4 1/2	1	1/2	19	1	1/2	57	1	1/2			368'
		40	1	1/2	132	1	1/2	19	1	1/2	26	1	1/2	26	1	1/2			CO cn
	H9	26	1	1/2	19	1	1/2	132	1	1/2	152	4	1/2	26	7
		19	1	1/2	19	4	1/2	170	4	1/2	170	4	1/2	26	1	1/2
	Hl 5	47 57	4	1/2		1	1/2	19	4	1/2	115	7		33 115	7
	H30		1	1/2		1	1/2	19	4	1/2	19	1	1/2		4	1/2
	SIC	1 1	1/2 1/2	1 1	1/2 1/2	47 115	1 1	1/2 1/2	132 40	1 1	1/2 1/2	1 1	1/2 1/2
		4 4	1/2 1/2	4 7	1/2	26 152	4 4	1/2 1/2	115 170	1 4	1/2 1/2	4 4	1/2 1/2

Forts, der Tab. 5 (restl. 7 Spalten) Seite 21

Fortsetzung der Tabelle 5 (restliche 7 Spalten)

Verhältnis von Tagen zu Mängeln während des Salzlösungseintauchens, von gelöteten "T-Verbindungsstellen"-Versuchsstücken

Bezeichnung ~ ^{H9 H15 H3}° ^{SIC 3003 5O52 6O61}

Bezeichnung des Horizon- 43 32 43 32 43 32 43 32 43 32 43 32 43 talteil s

H30 SIC

	1	1/2	19	11/2	1/2	57	1	1/2	115	1	1/2	57	1	1/2	132	1	1/2	19	1	1/2
	1	1/2	19	1	1/2	19	1	1/2	47	1	1/2	40	1	1/2	26	1	1/2	19	1	1/2
33	1	1/2	63	1	1/2		1	1/2	33	1	1/2	40	1	1/2	176	1	1/2		1	1/2
26	1	1/2	33	1		152	1	1/2	183	1	1/2	40	1	1/2	132	1	1/2	176	1	1/2
			63	7		57	7			1	1/2	132	1	1/2	47	19		115	19
26			33	7		152	26		132	1	1/2	176	19		115	7		152	7
						152	1	1/2	115	7		132	1	1/2		1	1/2	176	1	1/2
						57	1	1/2		7		40	1	1/2	115	1	1/2	57	1	1/2
									115	1	1/2		4	1/2		1	1/2		1	1/2
										1	1/2		4	1/2		1	1/2		1	1/2
									7
						1	1/2

σ> co co

Claims

Patentansprüche ;

lj Flußmittel-LötmittelzusammensetÄung, dadurch gekennzeichnet, daß sie'ein Flußmittel, das zur Verwendung beim Aluminiumlöten geeignet ist, sowie eine Weichlötlegierung aufweist, die einen Schmelzpunkt von weniger als 300⁰C hat, wobei die Weichlotlegierung zumindest 35 Gew.% Blei, nicht weniger als 10 Gew.% Zinn und zumindest χ Gew.% Silber (worin χ =0,1 +'(5 χ 10 ) (Sn)² + (Ix ΙΟ""⁵) (Sn)³, (Sn) ist dabei der Gewichtsprozentsatz von Zinn in der Weichlötlegierung), und, gegebenenfalls bis zu 3 Gew,% Kupfer aufweist, wobei der Rest, falls einer bleibt, aus zufälligen Elementen und Verunreinigungen besteht.

2. Flußmittel-Lötmittelzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußmittel-Lötmittelzusammensetzung in Form eines Lötmittelteils mit Flußmittelkern vorliegt»

3. Flußmittel-Lötmittelzusammensetzung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gemisch aus dem Flußmittel und einer Vielzahl gesonderter Teilchen der Weichlötlegierung aufweist.

Flußmittel-Lötmittelzusammensetzung nach Anspruch 3,

6098 10/Q690

dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Gemisches derart ist, daß das Gemisch bei Zimmertemperatur formschlüssig ist.

Flußmittel-Lötmittelzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativmengen von Zinn und Silber in der Weichlötlegierung derart sind, daß die Weichlotlegierung eine Menge Silber aufweist, die mindestens so groß ist als die durch die Kurve AA¹ beschriebene in Fig. 2 ist.

6. Verfahren zum Löten eines ersten Teiles aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zusammen mit einem zweiten Teil aus einem Metall, das an einer Verbindungsstelle Weichlötverfahren zugänglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß a) der erste und der zweite Teil in die Stellungen, in welchen sie gelötet werden sollen, angebracht werden, b) daß an der besagten Verbindungsstelle eine Lötmittel-Flußmittelzusammensetzung nach. Anspruch 1 angebracht wird und daß c) der erste und der zweite Teil miteinander gelötet werden.

7, Lötverbindungsstelle, die durch das Verfahren nach Anspruch 6 gebildet ist.

8, Lötverbindungsstelle nach Anspruch 7, zur Verwendung - oder verwendet - in einer Korrosionsumgebung, wie im British Standard No, 2011; Teil 2K: 19 63 beschrieben.

BÜ9810/Ü690