DE3700089A1 - Band- bzw. drahtfoermiges material - Google Patents

Band- bzw. drahtfoermiges material

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Description

Die Erfindung betrifft ein band- bzw. drahtförmiges Material aus einer wenigstens Phosphor und Zinn enthaltenden Metallegierung, wie z. B. Phosphor-Bronze od. dgl., mit einer aus einer Zinn-Blei-Legierung gebildeten Außenbeschichtung.
Materialien dieser Art kommen bevorzugt in der Elektro- und Elektronikindustrie zum Einsatz, wo es insbesondere auf deren Lötfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit ankommt. Es hat sich nun gezeigt, daß Materialien dieser Art in dem Sinne altern, daß im Laufe der Zeit ihre Benetzungsfähigkeit bzw. ihre Lötfähigkeit gegenüber flüssigen Zinn-Blei- Legierungen bzw. gegenüber Zinn verlieren. Von besonderem Nachteil bei diesen bekannten Materialien ist, daß dieser Alterungsprozeß, also das Abbauen der Lötfähigkeit, relativ rasch eintritt, wobei Zeiträume von 5 Wochen bis 12 Wochen üblich sind.
Zur Verbesserung der Lötfähigkeit ist es auch schon bekannt, einen Draht aus Phosphor-Bronze mit einer 2 bis 8 Mikron dicken Schicht aus Kupfer und anschließend mit einer 3 bis 5 Mikron dicken Schicht aus einer Zinn-Blei-Legierung zu überziehen. Anschließend kann der beschichtete Draht einer Schmelzbehandlung in einem Elektroofen in einer neutralen Gasatmosphäre unterzogen werden. Nach dieser Behandlung erfolgt eine Abkühlung des Drahtes mit Hilfe von Luft.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun in der Schaffung eines band- bzw. drahtförmigen Materials mit einer Außenbeschichtung gemäß der eingangs beschriebenen Art, das auch über eine längere Zeitdauer von bis zu einem Jahr eine hohe Lötfähigkeit, insbesondere aber auch eine gute Verschweißbarkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Phosphorgehalt der Metallegierung zwischen 0,13 und 0,03 Gewichtsprozenten, vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,06 Gewichtsprozenten, der Zinngehalt der Metallegierung größer oder gleich 7 Gewichtsprozente beträgt oder daß bei einem Zinngehalt kleiner als 7 Gewichtsprozenten der Metallegierung der Phosphorgehalt größer als 0,13 Gewichtsprozente, vorzugsweise größer als 0,27 bis 0,35 Gewichtsprozente, beträgt.
Mit der erfindungsgemäßen Kombination eines geringen Phosphoranteils und eines relativ großen Anteils von Zinn in der Metallegierung bzw. eines hohen Phosphoranteiles und eines geringen Zinnanteiles wird im ersteren Fall eine hohe und alterungsbeständige Lötfähigkeit mit einer optimalen Verschweißbarkeit vereint, und zum zweiteren Teil eine optimale Verschweißbarkeit erreicht.
In Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß bei einem Phosphorgehalt der Metallegierung größer als 0,13 Gewichtsprozente zwischen Metallegierung und Außenbeschichtung wenigstens eine Sperrschicht angeordnet ist. Mit der Zwischenschaltung einer Sperrschicht zwischen Metallegierung und Außenbeschichtung wird verhindert, daß der in hohen Anteilen vorhandene Phosphor in die Außenbeschichtung diffundiert und damit die alterungsbeständige Lötfähigkeit wesentlich reduziert. Andererseits wird mit dem erhöhten Phosphoranteil die folglich des geringen Zinnanteiles in der Metallegierung reduzierte Schweißfähigkeit verbessert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der quer zum Material gemessene Widerstand R₁ der Sperrschicht größer bzw. gleich dem Widerstand R₂ der Metallegierung ist. Mit einem derartigen Verhältnis des Widerstandes zwischen der Sperrschicht und der Metallegierung ist sichergestellt, daß der Stromfluß beim Schweißvorgang für ein Schmelzen der Metallegierung an der Schweißstelle ausreicht.
Es hat sich gezeigt, daß der Stromfluß beim Schweißvorgang für ein Schmelzen der Metallegierung an der Schweißstelle auch dann noch ausreicht, wenn der quer zum Material gemessene Widerstand R₁ der Sperrschicht höchstens um 20% kleiner als der Widerstand der Metallegierung ist.
Besonders zufriedenstellende Resultate hinsichtlich der Verschweißbarkeit können in Weiterführung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß der Schmelzpunkt der Sperrschicht höchstens um 150°C über dem Schmelzpunkt der Metallegierung liegt.
Die Sperrschicht kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung aus einer Kupfer-Zinn- Legierung gebildet sein. Eine derartige Sperrschicht hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt von unter 1000°, so daß beim Schweißvorgang ein Aufschmelzen der miteinander zu verbindenden Schichten zuverlässig erreicht werden kann. Hierdurch wird verhindert, daß Phosphor durch die Sperrschicht diffundieren kann, so daß die an sich schwer zu vereinenden Eigenschaften einer alterungsbeständigen Lötfähigkeit und guten Verschweißbarkeit bei Metallen bzw. Legierungen sowohl mit geringem als auch mit hohem Phosphoranteil erzielbar sind.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen einer Außenbeschichtung auf eine wenigstens Phosphor und Zinn enthaltenden Metallegierung und ist dadurch gekennzeichnet, daß auf die Metallegierung galvanisch eine Kupfer-Zinn-Legierung und anschließend galvanisch eine Zinn-Blei-Legierung aufgebracht wird.
Ein anderes vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen einer Außenbeschichtung auf eine wenigstens Phosphor und Zinn enthaltende Metallegierung kann gemäß der Erfindung darin bestehen, daß auf die Metallegierung galvanisch Zinn aufgebracht, darauf das solcherart beschichtete Material wärmebehandelt und anschließend eine Zinn-Blei-Legierung aufgebracht wird. Durch die Wärmebehandlung erfolgt eine Diffusion von Kupfer und die Bildung einer Zinn-Bronze- Legierung als Sperrschicht.
Diese Ausführungsvariante kann erfindungsgemäß noch dadurch weitergebildet werden, daß die Zinn-Blei-Legierung galvanisch aufgetragen und dann erst die Wärmebehandlung durchgeführt wird.
In der Zeichnung ist eine mögliche Ausführungsform des band- bzw. drahtförmigen Materials im Querschnitt in nicht maßstabsgerechter Wiedergabe dargestellt. Darin ist das Material als solches mit 5 bzw. 15, die den Kern bildende Metallegierung mit 10 bzw. 20, die Außenbeschichtung mit 12 bzw. 22 und die Sperrschicht mit 24 bezeichnet.
Beispiele

Claims (9)

1. Band- bzw. drahtförmiges Material aus einer wenigstens Phosphor und Zinn enthaltenden Metallegierung, wie z. B. Phosphor-Bronze od. dgl., mit einer aus einer Zinn-Blei- Legierung gebildeten Außenbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Phosphorgehalt der Metallegierung zwischen 0,13 und 0,03 Gewichtsprozenten vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,06 Gewichtsprozenten, der Zinngehalt der Metallegierung größer oder gleich 7 Gewichtsprozente beträgt oder daß bei einem Zinngehalt kleiner als 7 Gewichtsprozenten der Metallegierung der Phosphorgehalt größer als 0,13 Gewichtsprozente, vorzugsweise größer als 0,27 bis 0,35 Gewichtsprozente beträgt.
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Phosphorgehalt der Metallegierung größer als 0,13 Gewichtsprozente zwischen Metallegierung und Außenbeschichtung wenigstens eine Sperrschicht angeordnet ist.
3. Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der quer zum Material gemessene Widerstand R₁ der Sperrschicht größer bzw. gleich dem Widerstand R₂ der Metallegierung ist.
4. Material nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der quer zum Material gemessene Widerstand R₁ der Sperrschicht höchstens um 20% kleiner als der Widerstand der Metallegierung ist.
5. Material nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt der Sperrschicht höchstens um 150°C über dem Schmelzpunkt der Metallegierung liegt.
6. Material nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht aus einer Kupfer-Zinn-Legierung gebildet ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Metallegierung galvanisch eine Kupfer-Zinn-Legierung und anschließend galvanisch eine Zinn-Blei-Legierung aufgebracht wird.
8. Verfahren zur Herstellung eines Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Metallegierung galvanisch Zinn aufgebracht, darauf das solcherart beschichtete Material wärmebehandelt und anschließend eine Zinn-Blei-Legierung aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung erst nach einem galvanischen Auftragen der Zinn-Blei-Legierung durchgeführt wird.
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