SE445186B - Fast lodkomposition - Google Patents

Description

7809560-6 det vätskeformiga mediet, förlust av bärare till följd av avdunst- ning och av att partikelformig lödlegering sjunker. Det har dess- utom visat sig vara svårt att finna en lödpastakomposition, som är så styv och icke-rinnande, att sjunkandeproblemet blir frånsebart och den stannar på plats, när den har anbringats på de ytor, som skall sammanfogas, före lödningen äger rum, och likväl är så flytan- _ de, att det är lätt att anbringa den på nämnda ytor. å Det huvudsakliga syftet med föreliggande uppfinning är en ny lödkom- position, med vilken det är möjligt att övervinna en del eller alla de ovannämnda anledningarna till dåliga lagrings- och applicerings- egenskaper hos lödpastor.

Det för lödkomposíüonen enligt uppfinningen väsentligen nya består däri, att lödkompositionen innehåller 50-95 viktprocent av den partikelformade legeringen, som är dispergerad eller inkapslad i en fast matris av termoplast, att lödlegeríngen består av en eller flera av metallerna silver, koppar, palladium, nickeloch guld samt att termoplaster i matrisen eller inkaps- lingen är stel vid rumstemperatur.

Ett flussmedel kan eventuellt också sättas till lödkompositionerna enligt uppfinningen. Om ett flussmedel används, bör det normalt ut- göra upp till 20 viktprocent av lödkompositionen men kan det utgöra upp till 50 procent eller mera under vissa omständigheter.

Som exempel kan anföras, att en lödkomposition enligt uppfinningen av det först angivna slaget utan flussmedel innehåller förutom föro- reningar 85 viktprocent lödlegering och 15 viktprocent termoplastiskt material, medan en lödpasta enligt uppfinningen med flussmedel för- utom föroreningar innehåller BO viktprocent lödlegering,1l0_viktpro- cent flussmedel och 10 viktprocent termoplastiskt material.

En lödkomposition enligt uppfinningen kan för det andra innehålla en blandning av partikelformig lödlegering, ett termoplastiskt material och ett härdbart material, eventuellt också med flussmedeltillsats. 3 7809360-6 Vi har funnit, att lödlegeringens partikelstorlek bör väljas så att optimal lödning snarare än optimala lagringsegenskaper uppnås och att dessa krav står i strid med varandra. I en idealisk lödkomposi- tion skulle en stor koncentration av små partiklar av lödlegering vara önskvärd för god lagringsduglighet, men sådana partiklar inne- bär en stor lödlegeringsyta, vilket följaktligen kräver, i de arbe- ten i vilka ett flussmedel är erforderligt, en relativt stor mängd flussmedel. Vi föredrager följaktligen att välja en något större partikelstorlek så att en i motsvarande mån mindre yta erhålles och litar på uppfinningens väsentliga kännetecken - dvs tillsatsen av ett termoplastiskt material - att den skall ge de nödvändiga lag- ringsegenskaperna. Vi har funnit, att för de flesta ändamål lödle- geringspartiklarna bör passera en sikt med en maskstorlek av 60 och kvarhållas av en sikt med en maskstorlek av 400, men mindre mängder partiklar med storlekar utanför detta storleksintervall kan tagas med om så önskas. Detta partikelstorleksintervall har valts för att uppnå optimala flytegenskaper och minsta möjligta hâlvolym att fyl- las med termoplastiskt material. Reologiska problem med flytande löd- pastor undviks dessutom på detta sätt.

Uppfinningen är användbar med avseende på en mycket stor grupp av lödlegeringar, som används i större eller mindre omfattning, men är naturligtvis särskilt användbar med avseende på de lödle- geringar, som vanligen användes i stor volym i automatiska löd- förfaranden, exv silverbaserade lödlegeringar vanligen använda vid framställning av bilar, flygplansdelar, hushållsprodukter, rör- mokarartíklar, värme- och kylutrustning samt juveler och silver- artiklar, Men andra ädelmetall innehållande lödlegeringar kan användas, exv guld eller palladiumbaserade legeringar, eller oädel metall innehållande lödkgeringar, exv kopparbaserade legeringar.

Det termoplastiska materialet är företrädesvis vax och harts- komponenter. Vaxet ger goda lagringsegenskaper och hartset upp- rätthåller en viss trögflytenhet vid upphettning.

Det härdbara materialet varket förbättrar eller försämrar, när det tillsättes, lagringsegenskaperna hos lödkompositionerna enligt 7809360-6 4 uppfinningen men upphjälper lödarbetet, vid vilket det utvecklade värmet igångsätter tvärbindningar så att det inte blir nödvändigt att lita på tyngdkraften och kapillärkrafterna hos det smälta ter- moplastiska materialet för att hålla på plats lödlegeringen, och flussmedlet i förekommande fall, på de ytor som skall sammanfogas.

Lödda fogar kan sålunda skapas i lägen, i vilka det hittills har varit svårt eller nästan omöjligt att åstadkomma en tillfredsstäl- lande fog.

Det termoplastiska materialet och i förekommande fall det härdbara materialet måste helt brännas bort, när värme tillföres, för att åstadkomma lödningen, vid eller under de temperaturer, vid vilka det eller de, om de fortfarande förelåge skulle påverka flytande- och lödningsstegen. Lödning med lödkompositioner enligt uppfinningen kan sålunda anses bestå i huvudsak av två eller tre separata steg, beroende på huruvida flussmedel används eller inte. Det första steget innebär att det termoplastiska materialet smälter och helt brinner bort och att det härdbara materialet, om ett sådant används, tvär- binder och brinner bort. Det andra steget innebär att flussmedlet, om ett sådant används, smälter och brinner bort och det tredje steget eller slutsteget innebär att lödlegeringen smälter så att lödningen åstadkommes. Företrädesvis föreligger det en liten överlappning mel- lan de individuella stegen, i synnerhet om ett härdbart material an- vänds 1 lödkompositionen, så att det smältande eller smälta fluss- medlet håller den partikelformiga lödlegeringen på plats, när det härdbara materialet har brunnit bort.

Blandningen av partikelformig lödlegering och termoplastiskt materi- al, ev också innehållande flussmedel, kan förekomma som en fysisk dispersion av partikelformig lödlegering och ev flussmedel i det .termoplastiska materialet eller förekomma som partiklar av lödlege- ring och ev flussmedel överdraget eller inkapslat med resp i termo- plastiskt material.

Flusamedlet, om sådant används, kan vara ett av de flussmedel, som normalt används tillsammans med en viss lödlegering, exv borax, som är ett relativt inaktivt_flussmede1, eller aktiva flussmedel av U'I 7809360-6 fluoridtyp eller diverse fluoborater med genomsnittligt hög fluss- aktivitet. Eftersom partiklarna av lödlegering och flussmedel, vid lagring och när partiklarna förekommer som en dispersion, hållas i en ganska stel matris, föreligger det en liten risk, att en kemisk reaktion mellan dem skall inträffa, vilken skulle leda till dålig lagringsduglighet.

Lödkompositioner enligt uppfinningen kan användas på ett flertal sätt. En lödkomposition enligt den första eller andra varianten av uppfinningen och i form av inkapslade partiklar kan exv anbringas på ett arbetsstycke vid rumstemperatur med hjälp av en upphettad appliceringsanordning. Om en lödkomposition enligt den första vari- anten av uppfinningen används, dvs utan något härdbart material, får appliceringstemperaturen inte vara så stor, att det inte krävs ytter- ligare upphettning för att åstadkomma en på ett tillfredsställande sätt lödd fog. Om â andra sidan ën lödkomposition enligt den andra varianten av uppfinningen används, kan kompositionen appliceras vid en ganska låg temperatur, säg 60°C, vid vilken den är ganska flytande, och värme därefter appliceras för att tvärbinda det härdbara materi- alet och åstadkomma lödningen.

En ytterligare fördel med lödkompositionerna enligt uppfinningen, an- tingen den första eller den andra varianten, i jämförelse med kända _lödpastor består däri att kompositionerna kan framställas som för- formar, exv ringar el likn, exv genom gjutning eller sprutning, unge- fär på samma sätt som vanliga lödringar framställs av lödlegeringar.

Sådana förformar kan sedan lagras hur länge som helst vid rumstempe- ratur och helt enkelt hâllas på plats mot de ytor som skall föras mot varandra och upphettas på samma sätt som i ett vanligt lödför- farande. Dessa förformar har naturligtvis den speciella fördelen i jämförelse med vanliga lödringar, att kompositionen kan innehålla flussmedel. Ännu en fördel är ett konstant och förutbestämt viktför- hållande mellan flussmedel och lödlegering.

Exempel på några lödlegéringar, som kan användas i lödkompositioner enligt uppfinningen, samtliga framställda av Johnson Matthey Ltd, med angivande av legeringsbestândsdelarna och smältpunktsintervallen, är följande: 7809360-6 6 Eëglgggring ; Beštåndsdelar Stelning Smältning "Easy-flo“ 50% Ag; Cu; Cd; Zn 620 630 "Mattibraze 34" 34% Ag; Cu; Cd; Zn 612 668 "Argo-bond" 23% Ag; Cu; Cd; Zn 616 735 "Easy-flo No. 3" 50% Ag; Cu; Cd; Zn; Ni 634 656 "Argobraze 56" 56% Ag; Cu; In; Ni 600 711 "Sil-fos" 15% Ag; Cu; P 644 700 Silver-koppar, eutektisk struk- tur 72% Ag; Cu 778 778 "Silver-flo 12" 12% Ag; Cu; Zn 810 835 _ "Silver-flo 40" 40% Ag; Cu; Zn; Sn 640 700 "Pallabraze 810" 5% Pd; Ag; Cu 807 810 "Pallabraze 950" 25% Pd; Ag; Cu 901 950 "Pallabraze 1237" 60% Pd; Ni 1237 1237 “0robraze 910" 90% Au; Cu; Fe 908 910 "Orobraze 1030" 35% Au; Cu; Ni 1000 1030 "Orobraze 980" 68% Au; Cu; Ni; Cr; B 960 980 "A"-brons 96% Cu; Ni; Si 1090 1100 ”B”-brons 97% Cu; Ni; B 1081 1101 Exempel på flussmedel; som kan användas i lödkompositioner enligt uppfinningen, är: Flussmedel Aktivt temperaturintervall "Easy~flo" bred användning 550-800 "Easy-flo" rostfritt stål I "__ , l550“730 “Tenacitf" flussmedel Nr 2 in ' '“ 1550~800 "ufenacity" flušsmeael ur s sno-1000 "Tenacity" flussmedel Nr 6 550-800 "Tenacity" flussmedel Nr 8 550-800 Ett särskilt flussmedel väljes vanligen med hänsyn till det materi- al, som skall sammanfögas, eller till den typ av lödning, som skall åstadkommas. “Tenacity", flussmedel nr 2, användes exv i allmänhet 7 7809360-6 vid induktionsupphettning, "Tenacity”, flussmedel nr 5, till rost- fritt stål och "Tenacity", flussmedel nr 8, till nickellegeringar.

Vaxer, som kan användas 1 lödkompositioner enligt uppfinningen, kan väljas bland naturliga och syntetiska vaxer. Exempel på naturliga vax- er är spermaceti, bivax, och stearinsyra (djurvaxer), carnaubavax, lagerbär- och candellilavax (växter) samt montanvax, ceresin och paraffin (mineral). Djur- och växtvaxer är i allmänhet fettsyraest- rar av högre monohydroxialkoholer. Exempel på syntetiska vaxer är polyeten- och polyetenglykclvaxer (exv ”Carbowax“, registrerat varu- märke) och mikrokristallina vaxer.

Hartser, som kan användas i lödkompositioner enligt uppfinningen, kan väljas bland naturliga och syntetiska hartser. Naturliga hartser är fasta eller halvfasta trögflytande material, som framställes främst av avsöndringar från vissa plantor och träd. Exempel är kolo- fonium, cellulosahartser, naturligt gummi, trätjära, kåda och kana- dabalsam. Syntetiska hartser är amorfa, organiska, halvfasta eller fasta material, som framställts genom polymerisering. Exempel är polypropen, polyeten, polymetylmetakrylat, polyisopren, polyisobuten och polystyren. Dessa hartser är termoplastiska.

Härdbara hartser är hartser, som stelnar eller härdas vid upphettning.

Exempel är fenolformaldehydhartser och ureaformaldehydhartser.

Exempel på lödkomposítioner enligt uppfinningen är (víktprocent): Exempel 1 Lödlegering "Mattibraze 34" _ 60% Flussmedel “Tenacity", nr 2 20% Carnaubavax 10% Fenolformaldehydharts 10% Exempel 2 Lödlegering "Easy-flo" 70% Flussmedel "Easy-flo“, allmänt användbart 20% Mikrokristallint vax 10% 780936-0-6 8 Exempel 3 Lödlegering “Argo-braze" 60% Flussmedel "Tenacity", nr 6 _ 20% Polybutylmetakrylat _ 10% Paraffin 10% Exempel 4 Lödlegering "Silbralloy" 80% Paraffin 20% Detta är ett exempel på en flussmedellös lödkomposition enligt den första varianten av uppfinningen och kan användas för att löda koppar.

En liknande komposition, som innehåller en legering bestående av sil- ver och koppar med eutektisk struktur är lämplig för ugnlödning under reducerande förhållanden.

Andra lödkompositioner kan väljas allt efter det material, som skall lödas, förhållandena m a p lödningen och den fysiska foren, till- gängligheten osv vid de ytor som skall sammanfogas.

Termoplastiska material utgör inte nödvändigtvis ett av de ovan an- givna materialen eller en enkel binär blandning. Mer sofistikerade kompositioner kan erfordras, exv: Exempel 5 Stearylalkohol 45% Cyklohexanonharts l4,4% Fenolharts- _ _l4,3% ' Harts p. *_ -p 7 l4,3& Dinatrinmsalt av naftalinf , _ _ .flfi - , - i , - , sulfonsyra/formaldehyd-kondensat A ;» U V 12%" 100% 9 7809360-*6 eller en enklare komposition: Exempel 6 Laurylestervax 77,9l% Sapinsyraestervax 22,09% l00,00% En typisk komposition för det härdbara materialet är "Araldite" MY 752-harts (96%) och "Araldite“ HT 973-hårdare (4%), men andra produkter kan väljas allt efter den önskade härdningstiden, bort- bränningstemperaturen osv och detta kan läggas till de ovan givna Exemplen 2-4 eller ersätta det härdbara hartset 1 Exempel 1 för er- hållande av, när partikelformig lödlegering och om så önskas fluss- medel förekommer, en lödkomposition i enlighet med den andra vari- anten av föreliggande uppfinning.

Claims (17)

7809360-6 'O P A T E N T K R A V

1. Fast lödkomposition; innefattande en partikelformig lödlegering i ett plastskikt, bärande material, k ä n n e - t e c k n a d därav, att lödkompositionen innehåller 50-95 viktprocent av den partikelformade lödlegeringen, som är dispergerad eller inkapslad i en fast matris av termoplast, att lödlegeringen består av en eller flera av metallerna silver,-koppar, palladium, nickel och guld samt att termo- plasten i matrisen eller inkapslingen är stel vid rumstempe- ratur.

2. Lödkompcsition enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller 70-90 víktprocent lödlegering.

3. Lödkompositícn enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller 85 viktprocent lödlegering och 15 viktprocent termoplastiskt material. U.

4. Lödkomposition enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att den också innehåller ett flussmedel.

5. Lödkomposition enligt krav H, k ä n n e t e c k n a d därav, att flussmedlet är borax, ett aktivt flussmedel av fluoridtyp eller ett fluoborat.

6. Lödkomposition enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller upp till 20 viktprocent flussmedel.

7. Lödkomposition enligt krav H eller 5, k ä n n e ~ t e c k n a d därav, att den innehåller 80 viktprocent lödlegering, 10 viktprocent fluesmedel och 10 viktprocent termoplastiskt material.

8. BL Lödkomposition enligt något av kraven, 1, 4 eller 5,' k ä n n e t e c k n a d därav, att blandningen också inne- häller ett härdbart material. fiavaemiw twfaàflßífifl H 7809560-:6

9. Lödkomposition enligt krav 8, k Ä n n e t e c k - n a d därav, att det härdbara materialet är ett fenol- formaldehydharts eller ett ureaformaldehydharts.

10. Lödkomposition enligt något av kraven 1-9, k 8 n n e - t e c k n a d därav, att lödlegeringens partiklar kan passera en sikt med en maskstorlek av 60 och kvarhâllas av en sikt med en maskstorlek av H00.

11. ll. Lödkomposítion enligt något av kraven 1-10, k ä n n e - t e c k n a d därav, att dettermoplastiska materialet är ett vax.

12. Lödkomposition enligt något av kraven 1-10, k ä n n e - t e c k n a d därav, att det termoplaetiska materialet är en blandning av ett vax och ett harts.

13. Lödkomposition enligt krav 11 eller 12, k ä n n e - t e c k n a d därav, att vaxet är en fettsyraester av en högre monohydroxialkohol. ln.

14. Lödkomposition enligt krav ll eller 12, k ä n n e - t e c k n a d därav, att vaxet är ett naturligt vax, exem- pelvis spermaceti, bivax, stearinsyra, carnaubavax, lager- bärvax, candellilavax, ceresin eller paraffin.

15. Lödkomposition enligt krav ll eller 12, k ä n n e - t e c k n a d därav, att vaxet är ett syntetiskt vax, exempelvis polyetenvax, polyetenglykolvax eller ett mikro- krístallint vax.

16. Lödkomposition enligt krav 12 eller något av kraven 13-15 som underkrav till krav 12, k ä n n e t e c k n a d därav, att hartset är ett naturligt harts, exempelvis 2 vanessa-6 ' kolofonium, cellulosahartser, naturligt gummi, trätjära, kåda och kanadabalsam.

17. Lödkomposition enligt krav 12 eller något av kraven 13-15 som underkrav till krav 12, k 3 n n e t e c k n a d därav, att hartset är ett syntetiskt termoplastiskt harts, exempelvis polypropen, polyeten, polymetylmetakrylat, poly- isopren, polyisobuten och polystyren. '