DE1621338B2

DE1621338B2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von zinn oder zinnlegierungsschichten

Info

Publication number: DE1621338B2
Application number: DE19671621338
Authority: DE
Inventors: Henryk Dipl-Ing Fidos; Horst Dr Schreiner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1967-04-26
Filing date: 1967-04-26
Publication date: 1971-04-01
Also published as: DE1621338A1; US3642523A; GB1151329A; FR1592102A

Description

I ' 2

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- von Reinzinn oder einer Zinnlegierung mit Pb und/

richtung zum Herstellen von Zinn- oder Zinnlegie-'· . oder Sb, Bi, Zn und Cd zu erreichen,

rungsschichten mit über den Umfang gleichmäßigen Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

Dicken von mehr als 3 und höchstens 15 μΐη auf löst, daß bei Verwendung eines Reinzinnbades und Draht aus Kupfer oder Kupferlegierungen, bei dem 5 einer Durchlaufgeschwindigkeit von 100 cm/sec eine

der Draht nach Passieren des Zinnbades senkrecht Temperatur der Wärmezone von etwa 340°C bei

durch eine Wärmezone geleitet wird. einer Heizlänge von 50 cm eingestellt wird.

Für einwandfreie Löteigenschaften verzinnter Um den zu verzinnenden Draht durch das Zinnbad Kupferschaltdrähte ist eine Mindestschichtdicke von und durch die Wärmezone zu ziehen, kann z. B. ein > 3 μΐη Zinn erforderlich. Hierunter ist zu verstehen, io Drahtzug verwendet werden. Als Wärmezone eignet daß der Draht an keiner Stelle der Oberfläche eine sich z. B. ein Rohr mit rundem oder viereckigem kleinere Zinnschichtdicke aufweist. Frisch verzinnte; .'Querschnitt. Die -Wärmezone ist ein beheizter Gas-Kupferschaltdrähte sind im allgemeinen eine gewisse raum, der bei Normalausführung von Luft erfüllt ist. Zeit einwandfrei lötbar.ImAnKeferungszustand be- Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann in tragen die Lötzeiten nach einer Standardmethode 15 die Wärmezone ein inertes Gas eingeleitet werden. (Lotkugeltest) im Mittel' <1 see. Nach: längerer Durch diese Maßnahme wird die Oxidschicht auf Lagerzeit nimmt die Lötzeit auf über 2 bis 20 see dem Zinnüberzug vermindert. Der durch die Wärmezu. Für viele Anwendungszwecke ist dann die Lot- zone laufende Draht weist einen so großen Abstand barkeit unzureichend: Von besonderem Interesse ist von den Wänden der Wärmezone auf, daß eine Bedas Lötverhalten der Drähte nach viertätiger Lager- 20 rührung des schwingenden Drahtes nicht erfolgt. Bei zeit bei 155° C an Luft. Wird nach dieser Lagerung der Ausbildung des gleichmäßig dicken Zinnübernoch eine mittlere Lötzeit von < 1 see gemessen, so zuges sind Adhäsionskräfte und Kräfte der Oberhat der Draht hervorragende Löteigenschaften. Sie flächenspannuhg-wiiiksam: Es ist vorteilhaft, wenn reichen auch für die automatischen Lötverfahren, der aus dem Zinnbad ausgeführte Draht senkrecht wie Schwallötung bzw. Hubtauchlötung aus. 25 bzw. in einem kleinen Winkel zur Senkrechten in die

Die Lötbarkeit kann nach dem Lotkugeltest aus- Wärmezone geleitet wird.

geführt werden. Die Prüfbedingungen sind bei Die Erfindung" bietet somit ein verhältnismäßig

0,5 mm Durchmesser, Lotkugelgewicht 75 mg SnPb 40, einfaches Verfahren zum Feuerverzinnen von Draht

Prüftemperatur 235° C. Der eingespannte Draht wird aus Kupfer und Kupferlegierungen. Dabei wird der

in die flüssige Perle eingetaucht und die Zeit bis zum 30 Draht bei hoher Durchlaufgeschwindigkeit mit einer

Umschließen des Lottropfens über den gesamten Zinnschicht innerhalb der gewünschten Dicke von

Draht gemessen. Die Prüfung erfolgt an mehreren 3 bis 15 μπι versehen, und die Schicht ist über den

Drahtstellen unter Drehen des Drahtes in der Längs- gesamten Umfang des Drahtes praktisch gleich dick,

achse um 180°. ^{: :} Die bisher erforderlichen teuren Diamantdüsen oder

Es ist bereits bekannt, beim Feuerverzinnen eines 33 Hartmetalldüsen, die als Abstreifdüsen erforderlich

Drahtes den Draht nach Verlassen des Zinnschmelz- waren, entfallen. Da nach dem erfindungsgemäßen

bades durch eine Wärmeleitzone zu führen. Verfahren ohne Abstreifdüsen gearbeitet wird, sind

Es ist auch bekannt, bei der Drahtverzinnung zwei keine zeitraubenden Einfädelungen beim Umstellen

Zinnbäder hintereinander zu schalten. Ebenfalls ist bzw. beim Reißen des Drahtes erforderlich. Schließ-

das Feuerverzinnen von Kupferdrähten unter Ver- 40 lich.kann die Leistungsfähigkeit des Verfahrens da-

wendung einer Zinn-Blei-Legierung mit weiteren durch erhöht werden, daß gleichzeitig mehrere pa-

Zusätzen bekannt. rallellaufende Drähte !verwendet werden. Bei meh-

Ferner ist eine Drahtverzinnungsanlage bekannt, reren parallellaufenden Drähten kann eine alle Drahtbei der eine Temperatur der Wärmezone vorge- umlaufe umschließende Wärmezone verwendet werschlagen ist, die angenähert dem oder wenig ober- 45 den... Da die einschlägigen Variablen ohne Schwierighalb der Schmelztemperatur des Überzugsmetalls keit geregelt werden können, ist es offensichtlich, liegt. Für einen Überzug aus Zinn liegt diese Tem- daß, wenn einmal unter Anwendung der gleichen peratur bei 232° C. Mit dieser Vorrichtung können Faktoren auf gleichartigem Draht eine Zinnschicht jedoch keine gleichmäßigen Schichtdicken zwischen hergestellt worden ist, auf entsprechenden Drähten 3 -und 15 μπι erzielt werden. -Für technisch inter- 50 eine nahezu gleiche Zinnschicht gebildet wird,
essante Verzinnungsgeschwindigkeiten von ungefähr An Hand der in der Zeichnung dargestellten Aus-1 m/sec Drahtgeschwindigkeit wird eine Schichtdicke führungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert, von etwa 100 μπι auf dem Draht erreicht. Wird Fig. 1 zeigt einen Aufriß der Verzinnungsanlage; dieser beschichtete Draht durch eine Wärmezone der Fig. 2 ist eine graphische Darstellung;
bekannten Temperatur geführt, so nimmt die Schicht--.5J . Fig. 3 .und,.4'.zeigen Aufrisse von Verzinnungsdicke um maximal 20% auf ungefähr 80μΐη ab. anlagen. :,·-.- ,

Schichtdicken zwischen 3 und 15 μπι sind daher mit In Fig. 1 ist eine Drahtverzinnungsanlage sche-

dieser Vorrichtung nicht zu erzielen. matisch dargestellt' Ein Kupferdraht läuft von der

Die nach den bekannten Verfahren hergestellten Spule 1 durch die-Wässerdampfglühe 2, die Beize 3, Drahtqualitäten erfüllen die angegebenen Förde- 60 das Zinnbad 4 iind^rwird jdirekt durch die Wärmerungen hinsichtlich gleichmäßiger Mindestschicht- zone 5 geleitet. Der verzinnte Draht wird durch die ■dicke von mindestens 3 μπι Zinn noch nicht, und daran anschließende Kühlzone 6, die das Abkühlen sie zeigen nach der Lagerung unzureichende Löt- und gleichmäßige Erstarren der Zinnschicht bewirkt, eigenschaften, was vor allem bei der automatischen meist über Umlenkrollen 7 auf der Rolle 8 aufge-Kurzzeit-Löttechnik von Nachteil ist. 65 wickelt. Die Rolle 8 ist angetrieben und gibt dem

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Draht in einem Zugbereich innerhalb der Zugkräfte

gute Lötfähigkeit von Draht aus Kupfer und Kupfer- P₁ bis p₂ eine Geschwindigkeit V.

legierungen durch einen gleichmäßig dicken Auftrag Die Wärmezone 5 besteht bei einem Drahtzug aus

einem beheizten Rohr mit rundem oder rechteckigem Querschnitt. Die Länge beträgt 80 cm, der lichte Durchmesser 1,5 cm. Bei mehreren parallellaufenden Drahtzügen besteht die .Wärmezone aus einem Kasten mit rechteckigem Querschnitt; bei 12 parallellaufenden Drähten beträgt der Querschnitt 40 X2cm².

In Fig. 2 ist die Erfindung an Hand eines Dia- -, gramms erklärt. Sie zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen der erzielbafen .Zinnschichtdicke d_Sn, die gleichmäßig auch über dem Drahtumfang besteht, und der Temperatur der Wärmezone T_w. Bei niedrigen Γ^-Temperaturen zeigen sich größere Zinnschichtdickenschwankungen, die in Fig. 2 durch eine strichlierte Kurve gekennzeichnet sind. Bei zu hohen T^-Temperaturen vermindert sich die Zinnschichtdicke unter 3 μΐη. Der Arbeitsbereich hinsichtlich der Temperatur der Warmhaltezone liegt zwischen den Grenzen T_Wl und T_W2, bei denen entsprechend der Fig. 2 eine Schichtdicke von 15 μΐη bzw. bei T_W2 3 μΐη erhalten wird.

In F i g. 3 ist eine weitere Verzinnungsanlage schematisch dargestellt. Der. bereits geglühte und gebeizte Draht 9 mit sauberer metallischer Oberfläche durchläuft das Bad 10 und danach die erste Wärmezone 11 und die Kühlzone 12. Der bereits beschichtete Draht 13 läuft ein zweites Mal in das Bad 10 ein und nach Verlassen des Bades in die zweite Wärmezone 14. Der zweimal beschichtete Draht 15 wird wie in Fig. 1 umgelenkt und auf einer Rolle aufgewickelt. Die Temperatur der ersten Wärmezone 11 wird höher als die Temperatur der Wärmezone 14 gewählt. Dadurch wird der Draht zunächst dünn beschichtet und erhält nach dem zweiten Durchlauf durch das Bad und die Wärmezone 14 eine zweite dickere Schicht von Reinzinn oder einer Zinnlegierung mit Blei und/oder Sb, Bi, Zn, Cd.

Nach einer günstigen Ausführungsform des in F i g. 3 angegebenen Verfahrens wird zur Erzielung einer dünnen ersten Überzugsschicht von <C 1 μηι an Stelle der ersten Wärmezone 11 ein Abstreifer verwendet. Die Gesamtschichtdicke des zweischichtigen Überzuges wird durch die Temperatur der Wärmezone 14 zwischen >· 3 und < 15 μΐη eingestellt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in F i g. 4 dargestellt. Der geglühte und gebeizte Draht 16 durchläuft das erste Bad 17 und danach die erste Wärmezone 18 und die Kühlzone 19. Der mit der ersten Metalloder Legieungsschicht überzogene Draht 20 läuft in das zweite Bad 21 ein und danach durch die zweite Wärmezone 22 und die Kühlzone 23. Der mit zwei verschieden zusammengesetzten Metallschichten überzogene Draht 24 wird wie in Fig.l auf eine Rolle aufgewickelt. Das erste Bad 17 besteht aus einer Reinzinnschmelze, einer Zinnlegierung mit Blei und/oder Sb, Bi, Zn, Cd oder aus einer Reinbleischmelze; das zweite Bad 21 besteht aus einer Sn-Legierung mit Pb und/oder Sb, Bi, Zn, Cd. Die Schmelztemperatur bzw. der Schmelztemperaturbereich des Bades 21 liegt niedriger als der des Bades 17.

Die erfindungsgemäßen feuerdickverzinnten Drähte, insbesondere Kupferschaltdrähte, sollen vornehmlich für Blankdrähte, deren Durchmesser meist <C 1 mm ist, verwendet werden. Sie können auch für isolierte Drähte eingesetzt werden. Mit besonderem Vorteil werden die dickverzinnten Drähte für die Fertigungszweige, bei denen automatische Lötvorrichtungen mit Lötzeiten von etwa 1 see auftreten, eingesetzt.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Ein Reinkupferdraht mit einem Durchmesser von 0,5 mm wurde durch ein Zinnbad von 270° C Badtemperatur geleitet, senkrecht herausgeführt und mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von 100 cm/sec durch ein geheiztes Rohr abgeleitet. Die Heizlänge T_w wurde zwischen 20 und 50 cm und die Temperatur 7V zwischen 200 und 38O⁰C variiert. Bei einer Heizlänge von 50 cm und einer Temperatur T_w = 340° C wurde ein Zinndraht erhalten, der eine hohe Gleichmäßigkeit der mittleren Zinnschichtdicke aufwies und an keiner Stelle des Drahtes eine kleinere Zinnschichtdicke als 3 μπι zeigte.

Bei Kupferdrähten mit kleinerem oder größerem Durchmesser als 0,5 mm ist die Temperatur der Wärmezone hinsichtlich der gewünschten Schichtdicke optimal einzustellen.

Beispiel 2

Ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,5 mm durchläuft mit einer Geschwindigkeit von 100 cm/sec das erste Bad von Reinzinn, das eine Temperatur von 270⁰C hat. Die erste Wärmezone hat eine Länge von 50 cm und eine Temperatur von 400° C. Der mit Reinzinn beschichtete Draht durchläuft das zweite Bad aus einer SnPb 40-Legierung, das eine Temperatur von 225 ⁰C hat. Der das zweite Bad verlassende Draht durchläuft die zweite Wärmezone, deren Länge 50 cm und deren Temperatur 300° C beträgt. Der zweimal beschichtete Draht zeigt im Querschliff eine 1 bis 2 μτη dicke Sn-Schicht und darüber eine etwa 5 μπι dicke SbPb-Schicht. Dieser Draht zeigt nach viertägiger Lagerung bei 155° C an Luft nach dem Lotkugeltest eine mittlere Lötzeit < 1 see und damit hervorragende Löteigenschaften.

Beispiel 3

In der F i g. 4 gezeigten Anlage wurde ein 0,5 mm dicker Kupferschaltdraht nach dem Glühen und Beizen zweischichtig feuermetallisiert. Das erste Bad besteht aus Reinblei und hat eine Temperatur von 380⁰C. Die erste Wärmezone hat eine Länge von 50 cm und eine Temperatur von 430° C. Zur Vermeidung der Oxydation ist sie mit Stickstoff gespült. An Stelle der ersten Wärmezone kann auch ein Abstreifer aus Asbeststoff verwendet werden. Man erhält eine etwa 1 μπι dicke Pb-Schicht. Das zweite Bad besteht aus Reinzinn oder SnPb 40. In beiden Verfahrensvarianten wurden zweischichtenüberzogene Kupferschaltdrähte mit einer Pb-Schicht und einer Sn- bzw. SnPb 40-Schicht erhalten, deren mittlere Gesamtschichtdicke etwa 8 μπι betrug und nach der viertägigen Lagerung bei 155° C ausgezeichnete Löteigenschaften besitzt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Zinn- oder Zinnlegierungsschichten mit über den Umfang gleichmäßigen Dicken von mehr als 3 und höchstens 15 μπι auf Draht aus Kupfer oder Kupferlegierungen, bei dem der Draht nach Passieren des Zinnbades senkrecht durch erne Wärmezone geleitet wird, dadurch gekennzeichnet.

daß bei Verwendung eines Reinzinnbades und einer Durchlaufgeschwindigkeit von 100 cm/sec eine Temperatur der Wärmezone (5) von etwa 340⁰C bei einer Heizlänge von 50 cm eingestellt wird. ■

2. Verfahren nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drahtzug (8) und als Wärmezone (5) ein Rohr mit rundem oder viereckigem Querschnitt verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß mehrere parallellaufende Drähte verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Wärmezone (5) Luft oder ein Inertgas eingeführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zinnbad (4) ein geheiztes Rohr (5) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen