DE3700089C2

DE3700089C2 -

Info

Publication number: DE3700089C2
Application number: DE3700089A
Authority: DE
Inventors: Heinz Georg Moedling At Hiesboeck; Karl Wien At Bartl
Original assignee: Karl Neumayer Erzeugung und Vertrieb Von Kabeln Draehten Isolierten Leitungen und Elektromaterial Guenselsdorf At GmbH
Current assignee: Karl Neumayer Erzeugung und Vertrieb Von Kabeln Draehten Isolierten Leitungen und Elektromaterial Guenselsdorf At GmbH
Priority date: 1986-04-16
Filing date: 1987-01-03
Publication date: 1988-04-21
Also published as: DE3700089A1; AT386147B; FR2597653A1; ATA100886A; FR2597653B1; GB2189256B; US4824737A; GB2189256A; GB8700465D0

Description

Die Erfindung betrifft ein band- oder drahtförmiges Material aus einer wenigstens Phosphor und Zinn enthaltenden Metallegierung, insbes. Phosphor-Bronze, mit einer aus einer Zinn-Blei-Legierung gebildeten Außenbeschichtung.

Materialien dieser Art kommen bevorzugt in der Elektro- und Elektronikindustrie zum Einsatz, wo es insbes. auf deren Lötfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit ankommt. Es hat sich nun gezeigt, daß Materialien dieser Art in dem Sinne altern, daß sie 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 fünf bis zwölf 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.

In ZIS-Mitteilungen 1985, 27 (4), Seiten 440 bis 443 werden Bänder aus einer CuSn6-Legierung beschrieben, die mit einer Schicht aus ein Sn-Pb40-Legierung versehen sind. Dabei soll die Sn-Pb40-Beschichtung zwar auch der Gewährleistung einer guten Lötbarkeit nach längerer Lagerzeit dienen, jedoch ist der Einfluß des Phosphorgehaltes hierauf dort weder angesprochen noch erwähnt.

In Schimpke, Schropp, König: "Technologie der Maschinenbaustoffe" 1977, Seite 124 und Seite 126, Tabelle 1.22, ist der Phosphorgehalt verschiedener Zinnbronzen, wie er durch DIN-Normen festgelegt ist, wiedergegeben, ohne daß sich hieraus jedoch Hinweise auf die Löteigenschaften des Materials ergeben.

Schließlich ist aus der GB-PS 13 89 404 ein verzinntes Kupfermaterial bekannt, das jedoch ausschließlich für Schweißzwecke verwendet wird, wo sich die Frage einer anhaltenden Lötfähigkeit in dieser Weise nicht stellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein band- oder drahtförmiges Material mit einer Außenbeschichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das auch über eine längere Zeitdauer von bis zu einem Jahr eine gute Lötfähigkeit, insbes. aber auch eine gute Verschweißbarkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem Phosphorgehalt der Metallegierung zwischen 0,13 und 0,03 Gewichtsprozenten der Zinngehalt der Metallegierung größer oder gleich 7 Gewichtsprozent beträgt oder daß bei einem Zinngehalt kleiner als 7 Gewichtsprozent der Metallegierung der Phosphorgehalt zwischen 0,13 und 0,35 Gewichtsprozenten beträgt, wobei dann zwischen Metallegierung und Außenbeschichtung wenigstens eine Sperrschicht angeordnet ist.

Mit der erfindungsgemäßen Kombination eines geringen Phosphoranteiles 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, während im zweiten Fall eine optimale Verschweißbarkeit erreicht wird. Durch die 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 infolge des geringeren Zinnanteiles in der Metallegierung reduzierte Schweißfähigkeit verbessert.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß bei einem Zinngehalt der Metallegierung größer oder gleich 7 Gewichtsprozent der Phosphorgehalt zwischen 0,05 und 0,06 Gewichtsprozenten und daß bei einem Zinngehalt kleiner als 7 Gewichtsprozent der Phosphorgehalt größer als 0,27 Gewichtsprozent ist.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der quer zur Längsrichtung des band- oder drahtförmigen Materials gemessene elektrische Widerstand R₁ der Sperrschicht größer oder 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 zur Längsrichtung des band- oder drahtförmigen Materials gemessene elektrische 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 enthaltende 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. Durch eine solche Verfahrensführung ergibt sich der produktionstechnische Vorteil, daß die beiden Schichten in einer Anlage hintereinander aufgetragen werden können, daß also der Galvanikvorgang als solcher zu einer Wärmebehandlung nicht unterbrochen werden muß.

In der Zeichnung ist eine mögliche Ausführungsform des band- oder drahtförmigen Materials im Querschnitt in nicht maßstabgerechter 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

1. Band- oder drahtförmiges Material aus einer wenigstens Phosphor und Zinn enthaltenden Metallegierung, insbes. Phosphor-Bronze, mit einer aus einer Zinn-Blei- Legierung gebildeten Außenbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Phosphorgehalt der Metallegierung zwischen 0,13 und 0,03 Gewichtsprozenten der Zinngehalt der Metallegierung größer oder gleich 7 Gewichtsprozent beträgt oder daß bei einem Zinngehalt kleiner als 7 Gewichtsprozent der Metallegierung der Phosphorgehalt zwischen 0,13 und 0,35 Gewichtsprozenten beträgt, wobei dann zwischen Metallegierung und Außenbeschichtung wenigstens eine Sperrschicht angeordnet ist.

2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Zinngehalt der Metallegierung größer oder gleich 7 Gewichtsprozent der Phosphorgehalt zwischen 0,05 und 0,06 Gewichtsprozenten und daß bei einem Zinngehalt kleiner als 7 Gewichtsprozent der Phosphorgehalt größer als 0,27 Gewichtsprozent ist.

3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der quer zur Längsrichtung des band- oder drahtförmigen Materials gemessene elektrische Widerstand R₁ der Sperrschicht größer oder gleich dem Widerstand R₂ der Metallegierung ist.

4. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der quer zur Längsrichtung des band- oder drahtförmigen Materials gemessene elektrische Widerstand R₁ der Sperrschicht höchstens um 20% kleiner als der Widerstand der Metallegierung ist.

5. Material nach Anspruch 1, 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 5, 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.