DE4302996A1

DE4302996A1 - Flußmittel zur Herstellung einer Lötverbindung

Info

Publication number: DE4302996A1
Application number: DE19934302996
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl Chem Dr Beuerle; Harald Dipl Chem Dr Rer Dauner; Ernst-Ulrich Dipl Chem Kuester
Original assignee: Alcatel SEL AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1994-08-04

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Flußmittel zur Herstellung einer Lötverbindung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 4.

Zum Herstellen einer Lötverbindung mit Hilfe eines Weichlotes werden üblicherweise Flußmittel auf Harzbasis verwendet. Als Lösungsmittel für das Harz dient ein geeigneter Alkohol, wie z. B. Ethylalkohol oder höherwärtige Alkohole. Mit diesen Flußmitteln werden gute Lötergebnisse erzielt. Von Nachteil ist hierbei, daß beim Lötprozeß vor allem harzbedingte Rückstände entstehen, die anschließend durch einen Reinigungsprozeß entfernt werden müssen. Außer der mechanischen Reinigung mittels Bürsten wird bei elektrischen Schaltkreisen, die z. B. in gedruckter Schaltungstechnik hergestellt sind, die Reinigung mit organischen Lösungsmitteln durchgeführt. Hierzu dienen vor allem fluorierte und/oder chlorierte Kohlenwasserstoffe (FCKW), wie z. B. Trichlorethylen, bekannt als "Tri", Tetrachlorethylen, bekannt als "Per" oder 1.1.2 - Trichlor - 1.2.2 - trifluorethan. Aus Gründen der Reinhaltung der Umwelt sollen chlor- und/oder fluorhaltige Kohlenwasserstoffe nicht mehr angewendet werden. Es werden daher rückstandsarme Flußmittel auf Harzbasis angeboten. Bei diesen ist der Harzanteil durch Erhöhen des Lösungsmittelanteils deutlich reduziert. Entsprechend werden auch weniger Rückstände erhalten, die in manchen Fällen keine Reinigung mehr erforderlich machen. Mit diesen Flußmitteln tritt jedoch eine relativ hohe Lötfehlerrate auf. Bei notwendiger Reinigung sind weniger Reinigungsmittelmengen erforderlich als bei Flußmitteln mit hohem Harzanteil und ggf. können weniger aggressive Reinigungsmittel, allerdings bei längerer Reinigungszeit, angewendet werden.

Es sind auch Flußmittel im Handel, die im wesentlichen nur Carbonsäuren und keinen Harzanteil enthalten. Diese sind zwar ebenfalls rückstandsärmer, zeigen jedoch unbefriedigende Lötfehlerraten.

Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Flußmittel anzugeben, mit dem gute Lötverbindungen bei kleinen Lötfehlerraten herstellbar sind und das möglichst wenige Rückstände beim Lötprozeß bildet, so daß ein nachfolgender Reinigungsprozeß entfallen kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 4 angegebenen Maßnahmen.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Flußmittels werden sehr geringe Mengen an Rückständen erhalten und sehr kleine Lötfehlerraten erzielt. Das Flußmittel kann sowohl auf offenen Lötmaschinen als auch unter Schutzgas verwendet werden.

Die gute Lötaktivität der erfindungsgemäßen Flußmittel, die sich in einem hohen Reinigungseffekt sowie in geringen Fehlerraten manifestiert, beruht vermutlich auf der zusätzlichen komplexierenden Wirkung des Heteroatoms oder der Heteroatome. Beim Lötvorgang werden nämlich offenbar nicht nur die insbesondere oxidischen Oberflächenverbindungen der zu reinigenden Metallschichten abgelöst, sondern diese werden darüber hinaus auch noch komplex über das Heteroatom gebunden. Dadurch entstehen während des Lötprozesses u. a. komplexe Verbindungen, die die gereinigte Metallschicht zwar bedecken und diese vor weiteren atmosphärischen Einflüssen schützen, die jedoch leicht vom Lot unterwandert werden können und dabei außerdem zum größten Teil durch die vorhandene Hitzeeinwirkung in gasförmige Verbindungen überführt werden. In der Regel sind die dem Lötprozeß unterworfenen Substrate von Baugruppen etc. nach dem Lötprozeß ganz oder nahezu ganz frei von Rückständen, so daß z. B. eine anschließende Schutzlackierung, beispielsweise mit Polyurethanlacken, ohne einen zusätzlichen Reinigungsprozeß möglich ist.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und nachfolgend beschrieben.

Bei einem erfindungsgemäßen Flußmittel mit einer Carbonsäure, die mindestens eine Carboxylgruppe sowie ein Heteroatom in linearer und/oder cyclischer Anordnung enthält, das zusätzliche komplexierende Eigenschaften aufweist, dient als Lösungsmittel vorteilhaft Alkohol, insbesondere Isopropylalkohol. Besonders gute Löteigenschaften werden erhalten, wenn Dicarbonsäuren verwendet werden. Sehr günstige Ergebnisse erhält man mit aliphatischen, insbesondere unverzweigten aliphatischen Dicarbonsäuren, wie z. B. der Diglykolsäure.

Das (die) Heteroatom(e) ist (sind) vorzugsweise Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel oder Phosphor. Beispielsweise könnten außer Diglykolsäure z. B. Thiodiessigsäure oder Iminodicarbonsäure angewendet werden.

Das Flußmittel enthält also Carbonsäuren der allgemeinen Strukturformeln

R-⊖-COOH

mit ⊖ = Heteroatom
und/oder

(mit unterschiedlicher Möglichkeit der Anordnung einer oder mehrerer COOH-Gruppen)
oder der Strukturformel

COOH-(CH₂)_n-⊖-(CH₂)_m-COOH

mit m = n oder m = 0 bis x und n = 0 bis y und
⊖= Heteroatom (O, S, NH, NR, PH, PR).

Eine geeignete Zusammensetzung enthält z. B.

0,5-10 Gew.-% Carbonsäure mit mindestens einer Carboxylgruppe und mindestens einem Heteroatom in linearer oder cyclischer Anordnung,
85-99,5 Gew.-% Lösungsmittel in Form eines Alkohols,
0,0-5,0 Gew.-% eines Additivs aus dem Umsetzungsprodukt eines Carbonsäureanhydrids, insbesondere eines Dicarbonsäureanhydrids, mit einem polyfunktionellen Alkohol.

Als Lösungsmittel dient vorzugsweise Isopropylalkohol oder Ethanol und als polyfunktioneller Alkohol Pentaerythrit, Dipentaerythrit oder deren Derivate, die jedoch mindestens zwei OH-Gruppen aufweisen sollten.

Bei einem Alkohol der allgemeinen Strukturformel

ist zweckmäßig R = -CH₂OH, -H, -CH₃ oder -C₂H₅, wobei bei Pentaerythrit alle R aus der -CH₂-OH-Gruppe und R′ aus -OH, -CH₂OH, -H, -CH₃ oder -C₂H₅, bestehen.

Als Beispiel eines polyfunktionellen Alkohols ist anwendbar

1,1,1-Tris-(hydroxymethyl)-propan

mit der Strukturformel

oder 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol mit der Strukturformel.

Die zweite Art von Flußmittel enthält ein Umsetzungsprodukt eines polyfunktionellen Alkohols mit einem Anhydrid einer Dicarbonsäure, die mindestens ein Heteroatom aufweist. Ein zweckmäßiges Flußmittel enthält z. B. ein Umsetzungsprodukt von Diglykolsäureanhydrid mit Pentaerythrit oder mit einem oder mehreren Derivaten derselben, die jedoch mindestens zwei OH-Gruppen aufweisen sollten. Diesem Umsetzungsprodukt kann als Additiv eine oder mehrere Carbonsäuren, vorzugsweise Dicarbonsäuren, zugesetzt werden. Dadurch wird eine schnelle gleichmäßige Lotverteilung auf den Metallschichten erreicht.

Als zweckmäßig erwiesen hat sich ein Anhydrid einer aliphatischen, insbesondere einer unverzweigten aliphatischen Dicarbonsäure, wie z. B. das der Diglykolsäure oder einer Thio- oder Iminodicarbonsäure.

Geeignete polyfunktionelle Alkohole sind beispielsweise Pentaerythrit, wie vorher beschrieben oder z. B. solche auf der Basis von Glykol, wie beispielsweise

Eine zweckmäßige Zusammensetzung eines Flußmittels der zweiten Art besteht insbesondere aus

0,5-10 Gew.-% eines Umsetzungsproduktes eines Dicarbonsäureanhydrids, das mindestens ein Heteroatom besitzt, mit einem polyfunktionellen Alkohol,
85-99,5 Gew.-% Lösungsmittel und
0-5,0 Gew.-% eines Additivs aus wenigstens einer Carbonsäure, vorzugsweise einer Dicarbonsäure.

Als Lösungsmittel dient vorzugsweise ein Alkohol, insbesondere Isopropylalkohol.

Claims

1. Flußmittel zur Herstellung einer Lötverbindung, das eine Carbonsäure und Lösungsmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine Carbonsäure mit mindestens einer Carboxylgruppe sowie mindestens einem Heteroatom in einer linearen und/oder cyclischen Anordnung enthält.

2. Flußmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Additiv aus einem Umsetzungsprodukt wenigstens eines Carbonsäureanhydrids, insbesondere eines Dicarbonsäureanhydrids, mit einem polyfunktionellen Alkohol enthält.

3. Flußmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Dicarbonsäureanhydrids dieses wenigstens ein Heteroatom besitzt.

4. Flußmittel zur Herstellung einer Lötverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Umsetzungsprodukt eines polyfunktionellen Alkohols mit einem Dicarbonsäureanhydrid, das mindestens ein Heteroatom besitzt, sowie einem Lösungsmittel besteht.

5. Flußmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Additiv wenigstens eine Carbonsäure, insbesondere eine Dicarbonsäure enthält.

6. Flußmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine Carbonsäure mit mindestens einer Carboxylgruppe sowie mindestens einem Heteroatom in linearer und/oder cyclischer Anordnung enthält.

7. Flußmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine Oxodicarbonsäure bzw. ein Oxodicarbonsäureanhydrid oder deren Umsetzungsprodukt(e) enthält.

8. Flußmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine Thiodicarbonsäure bzw. Thiodicarbonsäureanhydrid oder deren Umsetzungsprodukt(e) enthält.

9. Flußmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine Iminodicarbonsäure bzw. ein Iminodicarbonsäureanhydrid oder deren Umsetzungsprodukt(e) enthält.

10. Flußmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es Diglykolsäure und/oder ein Umsetzungsprodukt von Diglykolsäureanhydrid mit einem polyfunktionellen Alkohol enthält.

11. Flußmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 7 oder den folgenden, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
0,5-10 Gew.-% Carbonsäure mit mindestens einer Carboxylgruppe und mindestens einem Heteroatom in linearer oder cyclischer Anordnung;
85-99,5 Gew.-% Lösungsmittel und
0,0-5,0 Gew.-% Additiv aus dem Umsetzungsprodukt eines Carbonsäureanhydrids, insbesondere eines Dicarbonsäureanhydrids, mit einem polyfunktionellen Alkohol.

12. Flußmittel nach Anspruch 4 oder den folgenden, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
0,5-10 Gew.-% eines Umsetzungsproduktes eines Carbonsäureanhydrids, insbesondere eines Dicarbonsäuranhydrids, das mindestens ein Heteroatom enthält, mit einem polyfunktionellen Alkohol;
85-99,5 Gew.-% Lösungsmittel und
0-5,0 Gew.-% Additiv aus wenigstens einer Carbonsäure, vorzugsweise einer Dicarbonsäure.

13. Flußmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es als Lösungsmittel Alkohol, insbesondere Isopropylalkohol, enthält.