DE4243141C2 - Kaltspröde Kupfer-Phosphor-Lotlegierungen auf Kupferbändern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft kaltspröde Kupfer-Phosphor- Lotlegierungen mit 4,5 bis 6,5% Phosphor, Rest Kupfer, die ein- oder beidseitig auf Bändern aus Kupfer oder Kupferbasislegierungen aufplattiert sind, wobei die Dicke des Kupferbandes zwischen 0,5 und 3 mm und die Dicken der Lotschichten jeweils zwischen 0,1 und 0,8 mm betragen.

Das Walzplattieren von Bändern wird heute vielfach bei der Herstellung von Schichtloten eingesetzt. Dabei wird zur Erzeugung von Endlosband (haspelfähig) häufig als Mittellage ein Kupferband verwendet. Dieses Verfahren ist jedoch als Kaltplattierverfahren auf dünne Schichten bis 0,1 mm beschränkt, um lange Bandabschnitte herzustellen. Die Plattierung selbst besteht meistens aus duktilen Silberhartloten. Für spröde Lotwerkstoffe kann das Kalt- Walzplattierverfahren derzeit nur für dünne Lotschichten bis 0,1 mm Dicke eingesetzt werden. Schichtdicken größer 0,1 mm, die Einlaufdicken von mehr als 0,25 mm verlangen, sind mit den bekannten Kaltplattierverfahren nicht möglich.

Um Beschichtungen aus weniger duktilen Lotlegierungen mit Schichtdicken von mehr als 0,1 mm auf einem weichen Grundwerkstoff zu erzielen, wird heute das Preßplattieren bei erhöhten Temperaturen durchgeführt. Dabei werden ausschließlich kurze Längen erzeugt, die nach Abschluß des Preßvorganges zusätzlich warm gewalzt werden müssen, um eine Dickenreduktion des spröden Plattierwerkstoffes zu erreichen. Diese Vorgehensweise erlaubt nicht eine Herstellung großer Längen, wie sie für eine wirtschaftliche Weiterverarbeitung notwendig wären. Zugleich stellt der Kraftbedarf der Plattierpressen aufgrund der Flächenpressung eine technische Grenze dar, die die Herstellung größerer Längen unmöglich macht. Außerdem muß der Preßvorgang aufgrund der erhöhten Temperaturen unter Schutzgas oder Einpacken in Metallfolien durchgeführt werden, um eine Oxidation der beteiligten Werkstoffe zu vermeiden.

Neuerdings werden in der Löttechnik einseitig oder beidseitig lotplattierte Bänder aus Kupfer oder Kupferbasislegierungen wie CuSn oder CuNi benötigt, wobei die Kupferschicht Dicken von mehr als 0,5 mm und die Plattierungen Enddicken von mehr als 0,1 mm aufweisen müssen. Außerdem verwendet man als Lotwerkstoffe Kupfer- Phosphorlegierungen, die auch einige Prozente Silber enthalten können, die bei Normaltemperatur sehr spröde sind und eine deutlich geringere Duktilität als das Trägerband aus Kupfer aufweisen. Mit den bekannten Verfahren ist die Herstellung von haspelfähigem Endlosband aus diesen Materialien mit den geforderten Schichtdicken nicht möglich.

Ein allgemeines Plattierverfahren unter Schutzgas bei höheren Temperaturen wird in JP-Pat. Abstr. M-1040 vom 25.10.19990, Vol. 14/No. 491 geoffenbart, jedoch ohne Angabe von Verfahrensparametern. Außerdem dürfte es sich nicht um kaltspröde Lote handeln.

In der DE-PA 6 55 453 vom 12.11.1952 wird ein Walzplattierverfahren von Messing auf Stahl beschrieben mit Verformungsgraden von 40 bis 70% ohne Wärmezufuhr, aber mit Diffusionsglühung. Die verwendeten Plattiermaterialien sind allerdings nicht kaltspröd. Das gleiche gilt für die EP-OS 0 415 803, gemäß der ebenfalls relativ duktile Materialien bei höheren Temperaturen mit hohen Verformungsgraden walzplattiert werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Kupfer- Phosphor-Lotlegierungen mit 4,5 bis 6,5% Phosphor, Rest Kupfer, die ein- oder beidseitig auf Bändern aus Kupfer oder Kupferbasislegierungen aufplattiert sind zu entwickeln, wobei die Dicke des Trägerbandes zwischen 0,5 und 3 mm und die Dicken der Lotschichten jeweils zwischen 0,1 und 0,8 mm betragen. Das entstehende Band sollte dabei wirtschaftlich herstellbar, als Endlosband haspelfähig und bei der Weiterverarbeitung mechanisch bearbeitbar sein, insbesondere stanz- und schneidbar.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die 0,25 bis 1,5 mm dicken Kupfer-Phosphor-Legierungsbänder unter Schutzgas auf 150 bis 300°C vorerwärmt sind, bei einer Temperatur von 150 bis 250°C in einem einzigen Schritt mit einer Mindestumformung des Gesamtverbundes von 50% walzplattiert und anschließend bei 400 bis 500°C wenigstens eine Stunde unter Schutzgas diffusionsgeglüht worden sind.

Bei der praktischen Durchführung werden die Bänder aus der spröden Kupfer-Phosphor-Legierung je nach Legierungsgehalt bei Temperaturen zwischen 150°C bis 300°C unter Schutzgas, wie Argon oder einem Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff, vorgewärmt. Die vorgewärmten Plattierbänder, deren Dicke beispielsweise zwischen 0,25 mm und 1,5 mm liegen kann, werden ohne weitere Schutzgasspülung der Plattierwalze zugeführt und dort mit dem kalten Kupferband zusammengefügt. Es wird dabei nur ein Umformschritt mit einer Mindestformänderung von 50% durchgeführt. Die so erhaltenen Verbunde weisen am Walzenaustritt Gesamtschichtdicken zwischen 0,7 mm und 4,6 mm auf.

Das Band wird abschließend aufgehaspelt und bei Temperaturen zwischen 400°C-500°C diffusionsgeglüht.

Die Vorwärmung der spröden Kupfer-Phsophor-Legierung ist für die Verbesserung des Umformverhaltens notwendig. Dieses vorgewärmte Band oxidiert auf dem Transport zwischen Schutzgasofen und Plattierwalze. Eine zusätzliche Schutzgasabdeckung ist trotzdem nicht notwendig, kann bei Bedarf jedoch eingesetzt werden. Die Wahl der Vorwärmtemperatur wird so ausgelegt, daß eine ausreichende Erniedrigung des Umformwiderstandes und Erhöhung der Duktilität erreicht wird. Im Walzspalt werden das Trägerband aus Kupfer (kalt) und ein oder zwei Plattierbänder zusammengefügt, wobei im Kontaktbereich des Kupfergrundwerkstoffes und der Plattierlegierung die Oxidschicht des vorgewärmten Bandes auf den Kupfergrundwerkstoff übertragen wird. Durch die gleichzeitig starke Streckung der eingesetzten Bänder aufgrund des hohen Umformgrades von mindestens 50% reißen die Oxidhäute auf, und es kommt zu einem Verschweißen der Bänder. Bei der abschließenden Diffusionsglühung bei 400°C-500°C werden die Oxide durch Auflösung in den Randzonen des Übergangs beseitigt, so daß eine sehr gute Anbindung der Deckschichten erreicht wird. Es sind metallografisch keinerlei Oxideinschlüsse oder Werkstofftrennungen im Übergang nachweisbar. Das so entstandene Endlosband ist mechanisch bearbeitbar.

Als Plattierbänder werden Lotlegierungen auf Kupferbasis mit 4,5 bis 6,5% Phosphor eingesetzt.

Auf Kosten des Kupfergehaltes können außerdem 0,5 bis 20% Silber zulegiert sein.

Folgendes Beispiel soll die Erfindung näher erläutern:

Zur Herstellung eines beidseitig plattierten Kupferbandes mit einer Gesamtenddicke des Verbunds von 1,2 mm, wobei die Dicke der Lotplattierung pro Seite 0,2 mm beträgt, werden Kupferbänder mit einer Dicke von 2 mm und Bänder einer Cu- Basis-Legierung mit 6,5% P, 15% Ag, Rest Cu als Plattierwerkstoff mit einer Dicke von jeweils 0,5 mm eingesetzt. Die gereinigten Plattierbänder werden im Schutzgasofen (95% N₂, 5% H₂) auf 250°C vorgewärmt und anschließend ohne weitere Schutzgasspülung der Plattierwalze zugeführt. Dort werden die Plattierbänder mit dem kalten Kupferband mit einem Umformgrad von 60% verbunden, wobei bei diesem Prozeß auch die entstehende Umformwärme genutzt wird, um die Prozeßtemperatur von 200°C konstant zu halten. Der notwendige Umformgrad wird in einer einzigen Stichabnahme aufgebracht. Das aufgehaspelte Band wird bei 500°C für 2 Stunden gehalten, um durch diese Diffusionsglühung einen guten Verbund zu erreichen.

Claims (2)

1. Kupfer-Phosphor-Lotlegierungen mit 4,5 bis 6,5% Phosphor Rest Kupfer, die ein- oder beidseitig auf Bändern aus Kupfer oder Kupferbasislegierungen aufplattiert sind, wobei die Dicke des Kupferbandes im Verbund zwischen 0,5 und 3 mm und die Dicken der Lotschichten jeweils zwischen 0,1 und 0,8 mm betragen, dadurch gekennzeichnet, daß die 0,25 bis 1,5 mm dicken Kupfer-Phosphor- Legierungsbänder unter Schutzgas auf 150 bis 300°C vorerwärmt sind, bei einer Temperatur von 150 bis 250°C in einem einzigen Schritt mit einer Mindestumformung des Gesamtverbundes von 50% walzplattiert und anschließend bei 400 bis 500°C wenigstens eine Stunde unter Schutzgas diffusionsgeglüht worden sind.

2. Kaltspröde Kupfer-Phosphor-Lotlegierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf Kosten des Kupfergehaltes 0,5 bis 20% Silber enthalten.