DE4115091C1 - Solder mfr. for low ductility - by rolling solder layers with sepg. aluminium@ interlayer, and explosive welding obtd. oxidn. sensitive packet component - Google Patents

Solder mfr. for low ductility - by rolling solder layers with sepg. aluminium@ interlayer, and explosive welding obtd. oxidn. sensitive packet component

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Abstract

Mfr. comprises rolling layers together and forming into a roll, with a sepg. interlayer of Al, forming a packet, which is explosively needed in a vacuum. The explosive is placed radially outside or inside the packet. ADVANTAGE - Oxidn.-sensitive components can be processed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schichtlot zum flächigen Verbinden von lötbaren Werkstücken, bei dem zwei Lötlagen sowie eine Zwischenlage aus metallischem Werkstoff miteinander verbunden werden.The invention relates to a method for producing Layer solder for the flat connection of solderable workpieces, where two solder layers and an intermediate layer metallic material are interconnected.

Derartige Schichtlote werden dazu benutzt, zwei lötbare Werkstücke miteinander zu verbinden. Dies geschieht durch eine Wärmebehandlung, wobei das Lot aufschmilzt und die zusammenzufügenden Werkstoffe benetzt, um nach dem Abkühlen und Erstarren des Lotes einen stoffschlüssigen Verbund zu bilden.Such layer solders are used, two solderable To connect workpieces together. This happens through a heat treatment, whereby the solder melts and the ones to be joined Materials wetted to after cooling and solidifying the solder to form a cohesive bond form.

Werden Werkstücke miteinander gelötet, die unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, so entstehen beim Abkühlen von der Löttemperatur innere Spannungen im Verbund. Diese Spannungen können insbesondere bei Werkstoffen mit geringer Duktilität zur Rißbildung und damit zur Zerstörung des Bauteils führen. Um dem entgegenzuwirken, werden sogenannte Schichtlote eingesetzt, bei denen eine duktile Zwischenlage diese Spannungen durch plastische Verformung abbaut.If workpieces are soldered together, the different ones have thermal expansion coefficients, so arise when cooling from the soldering temperature internal stresses in the Composite. These stresses can occur particularly with materials with low ductility for cracking and thus for Destruction of the component. To counteract this So-called layer solders are used, in which a ductile intermediate layer these tensions through plastic deformation degrades.

Es sind bereits derartige Schichtlote bekannt, die durch Walzplattieren hergestellt werden. Diese Verfahrensweise läßt sich jedoch nur auf gut verformbare Materialien, d. h. Metalle mit hoher Duktilität, anwenden. Um die gewünschte Kaltverschweißung beim Walzplattieren zu erreichen, müssen sowohl das Lot als auch die Zwischenlage eine hohe plastische Verformung erfahren. Dies kann beim Kaltwalzplattieren nur erreicht werden, wenn sowohl Lot- als auch Zwischenlage eine Bruchdehnung von mehr als 10% aufweisen und bezüglich ihrer umformtechnischen Eigenschaften sich ähnlich verhalten.Such layer solders are already known, which by Roll cladding can be produced. This procedure can, however, only be used on easily deformable materials, i.e. H. Use metals with high ductility. To the one you want To achieve cold welding during roll cladding both the solder and the liner are highly plastic Experience deformation. This can occur during cold roll cladding can only be achieved if both solder and intermediate layer have an elongation at break of more than 10% and with respect behave similarly in their forming properties.

Schichtlote lassen sich auch nach der Methode des Heißpressens herstellen. Nach diesem Verfahren sind allerdings nur Schichtlotstreifen mit begrenzten Abmessungen herstellbar. Darüber hinaus müssen beim Heißpressen die Lotlagen sowie die Zwischenlage gegen unerwünschte Oxydation geschützt werden, weshalb dieser Prozeß unter Schutzgas oder Vakuum auszuführen ist. Insbesondere bei oxydationsanfälligen Lot- oder Zwischenschichtwerkstoffen werden hier Atmosphären höchster Reinheit gefordert. Das Verfahren erfordert somit einen großen technischen Aufwand und ist deshalb sehr zeit- und kostenintensiv.Layer solders can also be made using the hot pressing method produce. However, following this procedure are only  Layer solder strips with limited dimensions can be produced. In addition, the solder layers as well as hot pressing the liner is protected against unwanted oxidation be why this process under protective gas or vacuum is to be carried out. Especially with solder susceptible to oxidation or interlayer materials become atmospheres highest purity required. The procedure thus requires a great technical effort and is therefore very time- and expensive.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nur darin, ein Verfahren zur Herstellung von Schichtlot zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet und somit auch in der Lage ist, Schichtlot aus Lotwerkstoffen geringer Duktilität und/oder aus sehr oxydationsempfindlichen Komponenten kostengünstig herzustellen.The object of the present invention is only to to create a process for the production of layer solder, that avoids the disadvantages of the known methods and thus is also able to lower layer solder from solder materials Ductility and / or very sensitive to oxidation Manufacture components inexpensively.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der vorerwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lotlagen und die Zwischenlage zu einem Paket zusammengestellt und explosiv miteinander verschweißt werden. Hierbei können Werkstoffe (Lote) mit stark unterschiedlichem Umformverhalten miteinander flächig verbunden werden. Insbesondere Lote mit geringer Duktilität lassen sich so auf duktile Zwischenlagen aufbringen.This task is carried out in a method of the aforementioned type solved according to the invention in that the solder layers and Liner put together in a package and explosive are welded together. Here materials can (Solders) with very different forming behavior with each other be connected across the board. In particular solders with less Ductility can be so on ductile intermediate layers apply.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß die explosive Verschweißung im Vakuum durchgeführt wird. Dies führt zur Vermeidung von Rißbildung in den Lotlagen oder der Zwischenlage aufgrund der Ausbreitung von bei der Detonation erzeugten Luftdruckwellen.The method according to the invention can also be carried out in this way that the explosive welding is carried out in a vacuum becomes. This leads to the avoidance of cracking in the Plumb layers or the liner due to the spread of air pressure waves generated during the detonation.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß das Paket mit Schutzplatten abgedeckt wird und Sprengladungen von außen auf diese Schutzplatten aufgebracht werden. Diese Art des indirekten explosiven Verschweißens dient dem Schutz des Schichtlotes und ist bei besonders spröden Lotmaterialien und auch bei kleinen Abmessungen angebracht. The method according to the invention can also be carried out in this way be that the package is covered with protective plates and Explosive charges applied to these protective plates from the outside will. This type of indirect explosive welding serves to protect the layer solder and is included particularly brittle solder materials and also with small dimensions appropriate.  

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß die Lotlagen und die Zwischenlagen zu einem Band zusammengestellt werden und daß dieses zu einem rollenartigen Paket geformt wird, wobei zwischen den Windungen des Bandes eine Trennlage angeordnet wird. Dadurch wird die einfache Herstellung von längeren Schichtlotbahnen ermöglicht. Die Trennlage dient der Vermeidung von Verschweißungen zwischen den einzelnen Schichtlotwindungen.The method according to the invention can also be carried out in this way be that the solder layers and the intermediate layers to one Band be put together and that this one roll-like package is formed, being between the turns a separating layer of the tape is arranged. Thereby becomes the simple production of longer layer solder tracks enables. The separating layer serves to avoid welding between the individual layer solder turns.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß als Trennlage eine Aluminiumlage eingebracht wird. Dabei kann mit Silizium oder Mangan legiertes Aluminium verwendet werden. Aluminium zeichnet sich dabei insbesondere durch seine schwere Verschweißbarkeit sowie durch eine relativ hohe Temperaturleitfähigkeit aus. Letztere begünstigt den Wärmetransport zwischen den einzelnen Windungen.The method according to the invention can also be carried out in this way be that an aluminum layer is introduced as a separating layer becomes. Aluminum can be alloyed with silicon or manganese be used. Aluminum stands out in particular due to its difficult weldability as well as a relatively high temperature conductivity. The latter favors the heat transfer between the individual turns.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß die Sprengladung radial außen und/oder innen auf das Paket aufgebracht wird. In dieser Sprenggeometrie erfolgt ein optimales homogenes Verschweißen der Lotbänder.The method according to the invention can also be carried out in this way be that the explosive charge radially outside and / or inside is applied to the package. In this blasting geometry there is an optimal homogeneous welding of the solder strips.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß zumindest für eine der Lotlagen ein Material mit einer Bruchdehnung von weniger als 10% verwendet wird.The method according to the invention can also be carried out in this way be that at least for one of the solder layers a material with an elongation at break of less than 10%.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß eine mit Durchlässen versehene Zwischenlage verwendet wird. Diese Durchlässe können durch eine Netzstruktur gebildet werden. Auf diese Weise wird ein hohes Maß an Freiheit für eine Verformung der Zwischenlage gewonnen, die nunmehr noch stärker zur Reduzierung der mechanischen Spannungen beiträgt.The method according to the invention can also be carried out in this way that a liner provided with passages is used. These passages can be through a network structure be formed. This way, a high one Degree of freedom gained for a deformation of the intermediate layer, which are now even more powerful for reducing mechanical Contributes to tensions.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß eine Zwischenlage mit Faserstruktur verwendet wird. Dies kann bei Werkstoffen, die eine hohe Richtungsabhängigkeit in den mechanischen Kenngrößen besitzen, von Vorteil sein.The method according to the invention can also be carried out in this way that an intermediate layer with a fiber structure is used becomes. This can be the case with materials that are highly directional  possess in the mechanical parameters of Be an advantage.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß eine Zwischenlage aus Nickel oder Kupfer verwendet wird. Die hohe Duktilität dieser Materialien fördert den Abbau von Spannungen im gesamten Schichtlot.The method according to the invention can also be carried out in this way that an intermediate layer made of nickel or copper is used becomes. The high ductility of these materials promotes the reduction of tensions in the entire layer solder.

Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, daß für die Zwischenlage ein metallischer Werkstoff verwendet wird, dessen Schmelztemperatur um mindestens 50° Celsius höher ist als die niedrigste Schmelztemperatur der Werkstoffe der beiden Lotlagen.Finally, the method according to the invention can be carried out in this way be that a metallic for the liner Material is used, the melting temperature of which is at least 50 ° Celsius is higher than the lowest melting temperature of the materials of the two solder layers.

Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung werden zunächst zwei Lotlagen mit einer Zwischenlage zu einem Paket, das auch ein Band sein kann, zusammengestellt. Dabei sind die beiden äußeren Lotlagen hinsichtlich der Verbindbarkeit der jeweils benachbarten, zu lötenden Werkstücke bezüglich dem Material angepaßt. Für die einzelnen Lotlagen kommen z. B. Cu(disp.), Au-Ni(disp.) und Au-Ni-Legierung in Betracht. Hierbei hat Cu(disp.) eine Bruchdehnung von weniger als 10%. Als Material für die Zwischenschicht, die als Maschengeflecht ausgelegt sein kann, kommen Cu und Ni in Frage.In one possible embodiment of the invention initially two plumb layers with an intermediate layer to form a package, that can also be a tape. Here are the two outer solder layers with regard to connectivity of the adjacent workpieces to be soldered adapted to the material. For the individual plumb layers come z. B. Cu (disp.), Au-Ni (disp.) And Au-Ni alloy into consideration. Here Cu (disp.) Has an elongation at break less than 10%. As a material for the intermediate layer, which can be designed as a mesh, come Cu and Ni in question.

Im zweiten Schritt erfolgt das Verbinden der insgesamt drei Lagen des jetzt vorliegenden Pakets oder Bandes zu einem einheitlichen Schichtlot durch explosives Verschweißen.In the second step, the three are connected Layers of the package or tape now available to one uniform layer solder due to explosive welding.

Im Falle des Pakets wird dieses dabei mit Schutzplatten größerer Masse, die überdies in den Abmessungen größer sein können als das zu verschweißende Paket selbst, ein- oder zweiseitig abgedeckt und Sprengladungen von außen auf die Schutzplatten aufgebracht. Die anschließende Sprengung wird dann im Vakuum durchgeführt.In the case of the package, this is done with protective plates larger mass, which are also larger in size can as the package to be welded itself, one or covered on both sides and explosive charges on the outside Protection plates applied. The subsequent blowing up will then performed in vacuo.

Bei Vorliegen eines Bandes wird dieses zunächst zu einem rollenartigen Paket geformt, wobei zwischen den Windungen des Bandes eine Aluminiumfolie als Trennlage angeordnet wird. Die Sprengladung (oder -ladungen) wird in bezug auf die hier vorliegende Rolle radial entweder außen oder innen (oder außen und innen) aufgebracht. Die anschließende Sprengung kann dabei ebenfalls im Vakuum erfolgen.If a volume is available, it first becomes one shaped like a roll, being between the turns  the tape an aluminum foil arranged as a separating layer becomes. The explosive charge (or charges) is related to the role here radially either outside or inside (or outside and inside) applied. The subsequent one Blasting can also be done in a vacuum.

Nach erfolgter Herstellung des Schichtlots kann dieses in werkstückgerechte Stücke geteilt werden.After the production of the layer solder, this can be done in pieces suitable for the workpiece.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von Schichtlot zum flächigen Verbinden von lötbaren Werkstücken, bei dem zwei Lotlagen sowie eine Zwischenlage aus metallischem Werkstoff miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotlagen und die Zwischenlage zu einem Paket zusammengestellt und explosiv verschweißt werden.1. A process for the production of layer solder for the flat connection of solderable workpieces, in which two solder layers and an intermediate layer made of metallic material are connected to one another, characterized in that the solder layers and the intermediate layer are put together to form a package and are explosively welded. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die explosive Verschweißung im Vakuum durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that the explosive welding is carried out in a vacuum becomes. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Paket mit Schutzplatten abgedeckt und Sprengladungen von außen auf diese Schutzplatten aufgebracht werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the package is covered with protective plates and Explosive charges applied to these protective plates from the outside will. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotlagen und die Zwischenlagen zu einem Band zusammengestellt werden und daß dieses zu einem rollenartigen Paket geformt wird, wobei zwischen den Windungen des Bandes eine Trennlage angeordnet wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solder layers and the intermediate layers be put together in a volume and that this is formed into a roll-like package, whereby  a separating layer is arranged between the turns of the tape becomes. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennlage eine Aluminiumlage eingebracht wird.5. The method according to claim 4, characterized in that an aluminum layer is introduced as a separating layer. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengladung radial außen und/oder innen auf das Paket aufgebracht wird.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the explosive charge radially outside and / or inside is applied to the package. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest für eine der Lotlagen ein Material mit einer Bruchdehnung von weniger als 10% verwendet wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least for one of the Plumb layers are a material with an elongation at break of less than 10% is used. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Durchlässen versehene Zwischenlage verwendet wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a provided with passages Liner is used. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenlage mit Netzstruktur verwendet wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an intermediate layer with Network structure is used. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenlage mit Faserstruktur verwendet wird.10. The method according to any one of claims 1-8, characterized characterized in that an intermediate layer with fiber structure is used. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenlage aus Nickel oder Kupfer verwendet wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an intermediate layer Nickel or copper is used. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zwischenlage ein metallischer Werkstoff verwendet wird, dessen Schmelztemperatur um mindestens 50° Celsius höher ist als die niedrigste Schmelztemperatur der Werkstoffe der beiden Lotlagen.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for the liner metallic material is used, its melting temperature is at least 50 ° Celsius higher than the lowest Melting temperature of the materials of the two solder layers.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102007048299A1 (en) * 2007-10-08 2009-04-09 Behr Gmbh & Co. Kg Mehrschichtlot

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