DE2735638A1

DE2735638A1 - Lotgemisch mit automatischer loetspalteinregulierung

Info

Publication number: DE2735638A1
Application number: DE19772735638
Authority: DE
Inventors: James C Barker
Original assignee: Rubbermaid Health Care Products Inc
Current assignee: Rubbermaid Health Care Products Inc
Priority date: 1977-08-08
Filing date: 1977-08-08
Publication date: 1979-02-15
Also published as: DE2735638C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Lotgemisch mit automatischer
Lötspalteinre#ul erung, bestehend aus einem Lotmaterial und einem Flussmittel und/oder einem Träger.
Eine der wichtigsten Uberlegungen bei Zusammen löten von zwei Teilen Ist die Größe des einzustellenden Lötspaltes zwischen den zu verlötenden Flächen dieser Tell. Die Größe des Lötspaltes Ist sehr wichtig für die Auswahl des Lotes, verbunden mit den Fl ießeigenschaften und der gewünschten Festigkeit der Lötverbindung. Die Kontrolle und Regelung der Lötspaltgröße ist sehr schwierig, wenn die zu verlötenden Teile sehr schnell und mit einiger Kraft zusammengebracht werden, wie beispielsweise bei gewissen automatisierten Lötprozessen. Die Einhaltung genauer Lötspalttoleranzen ist bei Anwendung physikalischer Kontrollvorrichtungen sehr schwierig.
Wenn die zu verlötenden Teile aus verschiedenen Materialien bestehen, führt der Unterschied im Temperaturkoeffizienten der thermischen Ausdehnung der beldeh Werkstoffe nicht nur zu einer Anderung der Lötspaltbreite, sondern dle Beanspruchung durch die unterschiedliche Ausdehnung beeinträchtigt auch die Festigkeit der Lötverbindung. Beim Auflöten von carbldischen Werkzeugeinsätzen auf metallische Unterlagen verwendet man daher beispielsweise metallische Drelschichtenzwlschenlagent wie z.B. eine Kupferfol le, die beiderseits mit einem Lot beschichtet Ist. Dieses Sandwlchmaterlal wird beim Verlöten zwischen die beiden Teile gebracht. Die beim Abkühlen normalerweise in dem carbidischen Tell entstehenden Spannungen, hervorgerufen durch die unterschiedliche Kontraktion zwischen dem carbidischen und metallischen Tell beim Abkühlen, werden dabei von der Kupferzwischenschicht aufgefangen. Die gleichen Dreischichtenwerkstoffe werden auch zum Verlöten von Aluminiumbronze mit Stahl verwendet, wo die Kupferzwischenschicht als Sperrschicht wirkt, um eine Diffusion von Aluminium in die Stahloberfläche zu vermeiden.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lotgemisch zu finden, mit einer eingebauten Lötspalteinregul lerung und -kontrolle, das bei allen Lötprozessen anwendbar ist, auch für automatische Lötvorrichtungen. In einer Weiterentwicklung sollte dieses Lötgemisch nicht nur zur Lötspalteinregul lerung dienen, sondern auch die Duktilität der Lotschicht zwischen den verloteten Teilen beeinflussen können, um die Spannungen In der Lotschicht auffangen zu können, die durch eine unterschiedliche thermische Ausdehnung von Lötteilen unterschiedlicher Werkstoffzusammensetzung ausgelöst werden. Weiterhin sollten diese Lotgemische auch bei der Verwendung der oben beschriebenen Dreischichtenlotö anwendbar sein.
Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß man ein Lotgemisch verwendet, bestehend aus einem Lotmaterial und einem Flussmittel und/oder einem Träger, wobei dieses Lotgemisch erfindungsgemäß Teilchen enthält, die eine effektive lineare Ausdehnung zwischen 0,0075 und 0,025 cm (0,003 - 0,01 Inch) besitzen, aus einem Material bestehen, das bel der Löttemperatur der Lotkomponente im wesentlichen seine Gestalt beibehält und zu mehr als 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, von dem Lotmaterlal bei der Löttemperatur benetzbar ist, wobei nicht mehr als 30 Gewichtsprozent der zugesetzten Teilchen eine effektive lineare Ausdehnung von weniger als 0,0075 cm (0,003 Inch) und im wesentlichen kein Teilchen eine effektive lineare Ausdehnung von mehr als 0,025 cm (0,01 Inch) besitzen dürfen.
Vorzugsweise haben die zugesetzten Teilchen eine im wesentlochen sphärische Gestalt und Sind metallisch.
Bis Zu 40 Gewichtsprozent des Lotmaterials können durch ein anderes Metall ersetzt werden, das dukti 1 ist, bei der Löttemperatur nicht völlig geschmolzen und bei dieser Temperatur hinreichend löslich im Lotmaterial ist, um mit diesem zu legieren.
Vorzugsweise verwendet man die erfindungsgemäßen Lotgemische in Pastenform, wobei das Lotmaterial und das das Lotmaterial bis zu 40 % versetzende Metall In Pulverform vorliegen. Diese Pasten haben im allgemeinen bei Raumemperatur eine Viskosität 6 von 100 000 - 1 x 10 Zentipolses.
Für die erfindungsgemäßen Lotgemische sind alle bekannten Lotmaterial ien, Flussmittel und Träger verwendbar. Die Auswahl eines geeigneten Flussmittels für ein gegebenes Lot zum Löten eines bestimmten Materials ist Stand der Technik. Typische Flussmittel werden beispielsweise In den US-Patentschriften 2 299 168, 2 403 110, 2 493 372, 2 507 346, 2 552 105, 2 914 435 und 3 149 007 beschrieben, sie bestehen im allgemeinen aus Metal ichoriden und -fluoriden.
Die für die erfindungsgemäßen Lotgemische verwendbaren Träger sind ebenfalls bekannt, beispielsweise aus den obigen US-Patentschriften. Sie sind im allgemeinen nicht wässrig und Inert zu den anderen Bestandteilen des Gemisches. Sie müssen bei der Lottemperatur sich verflüchtigen oder ohne Rückstandbildung sich zersetzen.
Typische Beispiele sind Polymere von Äthylenoxid, Polyacrylate, Polymethylacrylate, Polyacrylnltrite, Paraffine, Polyolefine oder Polyäthyiene, einzeln oder im Gemisch.
Als Lotmaterialien können alle bekannten Lote verwendet werden, ihre Auswahl ist hauptsächlich abhängig von den zu lötenden Werkstoffen, da das Lot diese benetzen und mit Ihnen legieren muß. Verwendbar sind beispielsweise Silber und Silberlegierungen, Nickel legierungen, Goldlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen, wie sie beispielsweise In der AWS-Spezifikatlon A 5.8-62 und der ASTM-SpezLfikation B 260-62 aufgeführt sind.
Das Lotmetall kann als Dreischichtensandwich zugegen sein, vorzugsweise verwendet man es jedoch in Pulverform. Für automatische Lötvorrichtungen benutzt man vorteilhafterweise sehr feines Pulver, beispielsweise kleiner als 250 Zm, um eine genügend flleßfähige Paste zu erzeugen.
Ansonsten ist die Wahl der Pulvergröße sehr variabel.
Die Mengenanteile von Flussmittel, Träger und Lotmaterlal können in gewlssen Grenzen schwanken. Vorzugsweise beträgt der Flussmlttel- und Trägerantell 20 bis 50 Gewichtsprozent, wobei das Verhältnis Flussmittel zu Träger zwischen 1 : 1 und 3 : 1 schwanken kann, deriotanteil 50 bis 80 Gewichts prozent, jeweils bezogen auf das Gesamtgemisch.
Die erfindungsgemäß zusätzlichen zugesetzten Teilchen, die bei der Löttemperatur ihre Gestalt beibehalten, sichern die Größe des Lötspaltes, entsprechend der maximal effektiven Größe dieser Teilchen. Sie können verschiedene Formen besitzen, solange sie entsprechend ihrer Orientierung in dem Gemisch eine minimale Ausdehnung von 0,0075 cm und eine maximale Ausdehnung von 0,025 cm gewährleisten. Vorzugsweise sind die Teilchen sphärisch und haben einen Durchmesser.von nicht über 0,02 cm. Bis zu 30 S der Teilchen können zwar kleiner als 0,0075 cm (0,003 Inch), aber keines sollte größer als 0,025 cm (0,01 Inch) sein.
Diese Teilchen sind vorteilhafterweise in Mengen zwischen 0,05 und 10 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmischung, zugegen. Gewöhnlich benötigt man nicht mehr als 5 S, wobei durch höhere Beimengungen die Festigkeit der Lötverbindung nicht beeinträchtigt werden darf und soviel Teilchen zugegen sein müssen, daß die Einstellung des gewünschten Lötspaltes gewährleistet Ist.
Diese Lötspaltregul lerungstei ichen müssen vom Lotmaterlal bei der Löttemperatur benetzt werden, nicht mehr als 0,5 Gewichtsprozent dürfen unbenetzt bleiben. Einige der Teilchen können sich zu einem gewissen Grad mit dem Lotmaterial legieren. Das trifft vor allem für metallische Partikel zu.
Besonders bewährt haben sich für diesen Zweck sphärische Nickelparti kel.
Zusätzlich können bis zu 40 Gewichtsprozent des Lotmaterlais durch ein anderes Metall ersetzt werden, das duktil ist, bei der LöttemperaturOnoch nicht völlig geschmolzen ist und bei dieser Temperatur hinreichend In dem Lotmetall löslich Ist, um mit diesem eine unvollständige Legierung zu bilden.
Dieses Metall sollte bei Löttemperatur zwar wenigstens tellweiee nocn fest, aberauch teilweise im Lotmetall löslich sein.
Für diesen Zweck hat sich Kupferpulver bewährt, wobei die Tel ichengröße der des Lotmaterlais entsprechen sollte, und keinesfalls größer als der des Lötspalteinregullerungspulvers sein sollte.
Die folgenden Beispiele zeigen zwei typische Lötpasten gemäß der Erfindung: Beispiel 1 25 Gewichts ß Flussmit##l-Träger-Gemisch (1:1) mit einer Viskosität von 40 000 Zentipolse bei Raumtemperatur 70,9 Gewichts % einer Silberlotlegierung AWS BAG-3 4,1 Gewichts P Nickelkugeln AWS BNI-3 mit einem Durchmesser von 0,0075 bis 0,01 cm.
Beispiel 2 25,5 Gewichts % Flussmittel-Träger-Gemisch wie Beispiel 1 56,5 Gewichts % Lotpulver wie Beispiel 1 3 Gewichts ß Nickel kugeln AWS BNI-3 mit einem Durchmesser von 0,15 bis 0,0175 cm 15 Gewichts % Kupferpulver kleiner 0,015 cm.
Beide Pasten werden verwendet beim Verlöten von Wolframcarbid mit Stahlteilen unter Zusammenpressen. Es werden hiermit gute Lötverbindungen mit den gewünschten Lötspalten erreicht. Bei gleichen Pasten ohne Nickelpulver können die gewünschten Lötspaltbreiten nicht eingehalten werden und die sich ergebenden Lötverbindungen sind dementsprechend weniger fest.

Claims

Lotgemisch mit automatischer Lötspalteinregulierung Patentansprüche: '. Lotgemisch mit automatischer Lötspaiteinreguiierung, bestehend aus einem Lotmaterial und einem Flussmittel und/oder Träger, d a d u r c h g e k e n n -z e I c h n e t , daß dieses Lotgemisch zusätzlich Teilchen enthält, die eine effektive lineare Ausdehnung zwischen 0,0075 und 0,025 cm (0,003 - 0,010 Inch) besitzen, aus einem Material bestehen, das bei der Löttemperatur der Lotkomponente im wesentlichen seine Gestalt beibehält und zu mehr als 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, von dem Lotmaterial bei der Löttemperatur benetzbar ist, wobei nicht mehr als 30 Gewichtsprozent dieser Teilchen eine effektive lineare Ausdehnung von weniger als 0,0075 cm (0,003 Inch) und im wesentlichen kein Teilchen eine effektive lineare Ausdehnung von mehr als 0,025 cm (0,0 1 Inch) besitzen dürfen.
2. Lotgemisch nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e 1 c h n e t , daß diese Teilchen im wesentlichen sphärisch sind und aus einem metallischen Werkstoff bestehen.
3. Lotgemisch nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gemisch aus einer Paste besteht, die wenigstens 50 Gewichtsprozent Lotmaterial in Pulverform, 0,05 bis 10 Gewichtsprozent der zusätzlichen Teilchen und wenigstens 20 Gewichtsprozent eines Flussmittel-Träger-Gemisches enthält, wobei das Flussmittel-Träger-Verhältnis zwischen 1 : 1 und 3 : 1 beträgt, bezogen auf das Gewicht.
4. Lotgemisch nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß alle der zusätzlIchen Teilchen bei der Löttemperatur vqn dem Lotmaterial benetzbar sind.
5. Lotgemisch nach den Ansprüchen 1 bis 4, d d d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß bis 40 % des Lotmaterials durch ein Metallpulver ersetzt wird, welches duktil, bei der Löttemperatur noch nicht völlig geschmolzen und genügend löslich in der Lotmaterlalschmelze ist, um sich mit dem Lotmaterial unvollständig zu legieren, wobei die maximale effektive Tellchenausdehnung kleiner als 0,025 cm sein muß.
6. Lotgemisch nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß das Metallpulver in einer Menge von 0,05 - 10 Gewichtsprozent zugegen Ist.