DE19904765A1 - Lötmittel-Legierungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Lötmittel-Legierungen, die in einer Lötmittel-Ver­ bindung zwischen Metallteilen elektronischer Bauteile bzw. Anlagen verwendet werden sollen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Blei-freie (Pb-freie) Lötmittel-Le­ gierungen zur Vermeidung von nachteiligen Auswirkungen des Pb auf die Umwelt oder die Gesundheit.

Bisher wurden Lötmittel verwendet, um Metallteile zu verbinden, z. B. eine elektrische Verdrahtung in einer Fertigungsstraße für elektrische Bauteile oder dergleichen. Für den Löt-Prozeß sollte eine Lötmittel-Legierung ausgezeichnete charakteristische Eigenschaften in bezug auf Benetzbarkeit, Duktilität, Festigkeit gegen thermische Ermüdung, Korro­ sionsbeständigkeit usw. aufweisen. Außerdem muß die Frage der Umweltverschmutzung beachtet werden, so daß die Lötmittel-Legierung ohne die Verwendung von Pb hergestellt werden sollte. Bezüglich der Auswirkungen von Pb auf die Gesundheit ist beispielsweise festzustellen, daß Pb in jeder Form in Säugern eine sich akkumulierende innere Toxizität zeigt. Daher sind von öffentlichem Interesse Probleme der Luftverschmutzung, der Abfall- Behandlung im Blei-Verhüttungsprozeß und eine Akkumulation im Körperinnern von Babies und schwangeren Frauen aufgrund eines Kontakts mit der Luft und einer Kon­ tamination von Lebensmitteln und dergleichen.

Die herkömmlichen Lötmittel-Legierungen schließen Zinn-(Sn-)Blei-(Pb-)Legierungen, Zinn-(Sn-)Silber-(Ag-)Legierungen, Zinn-(Sn-)Antimon-(Sb-)Legierungen und Zinn- (Sn-)Bismut-(Bi-)Legierungen ein. Unter diesen enthält beispielsweise eine typische Legierung, die als "63Sn-37Pb" bekannt ist (eutektische Temperatur: 183°C), 37 Gew.-% Pb, bezogen auf die Gesamtmenge ihrer Zusammensetzung, und es ist daher nicht bevorzugt, diese Legierung praktisch zu verwenden, und zwar wegen der Einflüsse von Pb auf die Umwelt.

Entsprechend besteht ein Bedarf zur Schaffung einer Pb-freien Lötmittel-Legierung mit einer Fließtemperatur von etwa 180°C, und zwar aus den folgenden Gründen: Zwei oder mehrere Lötmittel-Legierungen mit verschiedenen Löt-Temperaturen sollten in zwei oder mehreren Lötschritten zur Herstellung komplizierter Bauteile bzw. Anlagen verwendet werden. Außerdem besteht auch der Bedarf zur Sicherung der Zuverlässigkeit von Halbleiter-Teilen im Hinblick auf eine thermische Zyklusbeständigkeit bei einer Peak- Temperatur von etwa 125°C.

Jede der Pb-freien Legierungen, die anstelle einer Sn-Pb-Legiernng eingesetzt werden, weist eine vergleichsweise hohe Fließtemperatur auf. Beispielsweise hat die Sn-Sb-Legie­ rung eine Fließtemperatur von 232 bis 245°C. Außerdem hat die Sn-Ag-Legierung eine eutektische Temperatur von 221°C. Eine Lötmittel-Legierung aus Sn7,5Bi2Ag0,5Cu, die eines der Sn-Bi-Lötmittel ist, weist eine Fließtemperatur von 200 bis 220°C auf und erfordert eine Löt-Temperatur von 240 bis 250°C. Wie die Lötmittel-Legierung aus Sn7,5Bi2Ag0,5Cu, ist eine Lötmittel-Legierung, die einige Prozent Bi enthält, durch ihre niedrige Duktilität gekennzeichnet, zusätzlich zu den folgenden Problemen: Beispielsweise ist das erste Problem ihre schlechte Verarbeitbarkeit und Festigkeit. Das zweite Problem ist, daß der Fest-Flüssig-Koexistenzbereich, in dem eine Liquidus-Linie und eine Solidus- Linie gemeinsam existieren, verbreitert ist. Daher kann eine Delamination, d. h. ein Phänomen des Abhebens bzw. Ablösens, gelöteter Teile beobachtet werden, die auftreten kann als Ergebnis einer ungleichmäßigen Verteilung von Bi, wenn die beiden Teile miteinander verbunden werden.

Eine Zinn-(Sn-)Indium-(In-)Legierung, die aus einer Legierungszubereitung auf Sn-Basis unter Zugabe von In hergestellt wurde, wurde als Pb-freie Lötmittel-Legierung mit einer niedrigen Fließtemperatur untersucht. Die Sn-In-Legierung weist einen eutektischen Punkt von 118°C auf, während eine Bismut-(Bi-)Indium-(In-)Legiernng, die als weiteres Beispiel einer Pb-freien Lötmittel-Legierung mit einer niedrigeren Fließtemperatur bereitgestellt wurde, einen eutektischen Punkt von 75°C hat. Jedoch sind die Hitzebestän­ digkeits-Temperaturen dieser Pb-freien Legierungen zu niedrig, als daß diese in der Praxis Verwendung fänden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Pb-freie Lötmittel-Legierung zu schaffen, die eine niedrige Fließtemperatur aufweist und exzellente charakteristische Eigenschaften im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit und Benetzbarkeit zeigt und außerdem einen niedrigen Schmelzpunkt und eine gute Duktilität aufweist.

In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird geschaffen eine Blei-freie Löt­ mittel-Legierung, umfassend Zinn als Haupt-Komponente einer Legierungszubereitung, in der Bismut in einer Menge von 30 bis 58 Gew.-% zugegen ist und Germanium in einer Menge von 0,1 Gew.-% oder weniger zugegen ist, bezogen auf die Gesamt-Menge der Legierungszubereitung.

Im Zusammenhang mit diesem Aspekt der Erfindung kann eine Blei-freie Lötmittel- Legierung weiter wenigstens ein Element umfassen, das gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Silber in einer Menge von 5 Gew.-% oder weniger und Antimon in einer Menge von 5 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamt-Menge der Legierungszube­ reitung.

In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird geschaffen eine Blei-freie Lötmittel-Legierung, umfassend Zinn als Hauptkomponente einer Legierungszubereitung, in der vorbestimmte Mengen von Nickel und Kupfer zugesetzt werden, zusätzlich zu Bismut in einer Menge von 30 bis 58 Gew.-%, bezogen auf die Gesamt-Menge der Legierungszubereitung.

Im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform kann die Menge an Nickel im Bereich von 0,2 Gew.-% oder weniger liegen, und die Menge an Kupfer kann im Bereich von 1 Gew.-% oder weniger liegen, bezogen auf die Gesamt-Menge der Legierungs­ zubereitung.

Eine Blei-freie Lötmittel-Legierung gemäß dieser Ausführungsform kann außerdem wenigstens ein Element umfassen, das gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Silber in einer Menge von 5 Gew.-% oder weniger, Antimon in einer Menge von 5 Gew.-% oder weniger und Germanium in einer Menge von 0,1 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamt-Menge der Legierungszubereitung.

Die obengenannten und weitere Aufgaben, Wirkungen und Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung mehr offenbar, zusammengenommen mit den beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 eine Graphik, die die Abhängigkeit der Längung (in %) der Sn-Bi-Legie­ rung gemäß der vorliegenden Erfindung von der Zugabemenge Bi (in Gew.-%) zeigt;

Fig. 2 eine Graphik, die die Abhängigkeit der Zugfestigkeit einer Sn-Bi-Legie­ rung (43 Gew.-% Bi) von der Zugabemenge Ge zeigt;

Fig. 3 eine Graphik, die die Abhängigkeit der Langung (in %) einer Sn-Bi-Legie­ rung (43 Gew.-% Bi) von der Zugabemenge Ge zeigt;

Fig. 4 eine graphische Wiedergabe der Abhängigkeit der Kriechgeschwindigkeit von dem Ge-Gehalt bei einer Temperatur von 100°C für eine Legierung des Zinn- Bismut-Typs (Sn-Bi) (Bi-Gehalt: 43 Gew.-%) gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine graphische Wiedergabe der thermischen Abhängigkeit der Kriechge­ schwindigkeit bei Temperaturen von 100°C und 120°C für eine Legierung des Zinn-Bismut-Typs (Sn-Bi) (Bi-Gehalt: 43 Gew.-%) gemäß der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu den charakteristischen Eigenschaften einer Zinn-Blei- Legierung (Sn-Pb).

Blei-freie Lötmittel-Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung können erhalten werden durch Schmelzen der jeweiligen Ausgangsmaterialien, die gewählt sind aus Sn, Bi, Sb, Ag, Ge, Ni und Cu, in den notwendigen Mengen und Mengen-Verhältnissen in einem elektrischen Ofen. Die Verfahrensweisen des Schmelzens der Ausgangsmaterialien sind im Stand der Technik wohlbekannt, so daß die Beschreibung der Verfahrensweisen bei der nachfolgenden Diskussion aus Gründen der Einfachheit weggelassen wird.

In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen werden vier Legierungs-Zubereitun­ gen im einzelnen beschrieben. Jede dieser Zubereitungen umfaßt grundsätzlich Zinn als Hauptkomponente und 30 bis 58 Gew.-% Bismut, bezogen auf die Gesamt-Menge der Legierungs-Zubereitung. So umfaßt jede der Legierungen außerdem die folgenden Kom­ ponenten zusätzlich zu den vorstehend genannten Grund-Komponenten:

In der Legierungszubereitung gemäß der ersten Ausführungsform ist Germanium in einer Menge von 0,1 Gew.-% oder weniger zugegen.

In der Legierungszubereitung gemäß der zweiten Ausführungsform ist Silber in einer Menge von 5 Gew.-% oder weniger zugegen, und Antimon ist in einer Menge von 5 Gew.-% oder weniger zugegen, zusätzlich zu 0,1 Gew.-% oder weniger Germanium.

In der Legierungszubereitung gemäß einer dritten Ausführungsform sind Nickel und Kupfer eingeschlossen, vorzugsweise 0,2 Gew.-% oder weniger Nickel und 1 Gew.-% oder weniger Kupfer.

In einer Legierungszubereitung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung sind zugegen wenigstens ein Element, gewählt aus der Gruppe von 5 Gew.-% oder weniger Silber, 5 Gew.-% oder weniger Antimon und 0,1 Gew.-% oder weniger Germanium, zusätzlich zu 0,2 Gew.-% oder weniger Nickel und 1 Gew.-% oder weniger Kupfer.

Dementsprechend können die Lötmittel-Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung als Blei-freie und bei niedriger Temperatur schmelzende Lötmittel-Legierungen bereitge­ stellt werden, die eine gute Duktilität, Hitzebeständigkeit und Benetzbarkeit aufweisen, verglichen mit herkömmlichen Lötmittel-Legierungen.

Fig. 1 ist eine graphische Wiedergabe der Abhängigkeit der prozentualen Längung (in %) von Legierungen des Sn-Bi-Typs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung von dem Bi-Gehalt (in Gew.-%).

In der Figur gibt jeder Kreis einen Meßpunkt einer Sn-Bi-Legiernng an, gibt jede Raute einen Meßpunkt einer Sn-Bi-Ag-Legierung an, und gibt jedes Quadrat einen Meßpunkt einer Sn-Bi-Sb-Legierung an. Die Spannungsrate bei der Längungsmessung beträgt 0,2%/s. Die Duktilität der Sn-Bi-Legierung steigt mit der Zugabe-Menge Bi und erreicht einen Spitzenwert bzw. Peak-Wert. Nach Überschreiten dieses Peak-Werts sinkt die Duktilität der Sn-Bi-Legierung auf den Wert der eutektischen Zubereitung (Bi 58%). Der Schmelzpunkt der eutektischen Zubereitung ist 139°C. Eine Längung von 50 bis 90% wird bei der Sn-Bi-Legierung beobachtet, wenn der Bi-Gehalt im Bereich von 30 bis 58 Gew.-% liegt. Berücksichtigt man die Tatsache, daß die prozentuale Längung einer Sn- Ag-Legierung (mit 3,5% Silber) im Bereich von 20 bis 30% liegt und die prozentuale Längung einer Sn7,5Bi2Ag0,5Cu-Legierung (Fließtemperatur: etwa 200°C; dies ist eine der Pb-freien Legierungen des Sn-Bi-Typs) 10% beträgt, ist die oben angegebene prozen­ tuale Längung der Sn-Bi-Legierung bei einem Bi-Gehalt von 30 bis 58 Gew.-% aus­ reichend groß und liegt bei dem Wert für eine Sn-Pb-Legierung.

Die Duktilität jeder Sn-Bi-Ag-Legierung und Sn-Bi-Sb-Legierung ist niedriger als diejeni­ ge der Sn-Bi-Legierung, wenn der Bi-Gehalt im Bereich von 30 bis 58 Gew.-% liegt. In diesem Fall ist der Wert jedoch noch immer groß genug, um zu einer perfekten Lötver­ bindung zu führen.

Fig. 2 ist eine graphische Wiedergabe der Abhängigkeit der Zugfestigkeit von Legierun­ gen des Sn-Bi-Typs (Bi-Gehalt: 43 Gew.-%) in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung von dem Ge-Gehalt (in Gew.-%).

Die Zugfestigkeit der Legierung wird gemessen unter Verwendung eines Test-Stücks mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Zuggeschwindigkeit von 0,2%/s bei Raumtem­ peratur. Wie in der Figur gezeigt ist, kann die Zugfestigkeit durch Zusatz von Sb, Ag und Ge zu der Sn-Bi-Legierungszubereitung (Bi-Gehalt: 43 Gew.-%) erhöht werden. Eine Zugabe von Ge verhindert eine Oxidation von Sn. Das heißt, daß 0,05 Gew.-% Ge der Legierungszubereitung (Sn43Bi), die 43 Gew.-% Bi zusätzlich zu Sn als Haupt-Kom­ ponente einschließt, zugesetzt wird und dies zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit führt. In analoger Weise führen andere Legierungszubereitungen (d. h. Sn43Bi2Ag, die 43 Gew.-% Bi und 2 Gew.-% Ag einschließt, und Sn43Bi5Sb, die 43 Gew.-% Bi und 5 Gew.-% Sb einschließt, jeweils zusätzlich zu Sn als Haupt-Komponente) zu einer Erhöhung der Zug­ festigkeit dieser Legierung. Wenn 0,1 Gew.-% Ge jeder der vorstehend genannten Legierungszubereitungen zugesetzt wird, führt dies zu einer Erhöhung der Festigkeit der Legierung, die Sb enthält, führt jedoch zur Senkung der Festigkeit der Legierung, die Ag enthält, und zwar wegen des Erreichens eines Sättigungswertes.

Fig. 3 ist eine graphische Wiedergabe der Abhängigkeit der Zugfestigkeit der Legierun­ gen des Sn-Bi-Typs (Bi-Gehalt: 43 Gew.-%) in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung von dem Ge-Gehalt (in Gew.-%).

Die prozentuale Längung der Sn-Bi-Legierung (Bi-Gehalt: 43 Gew.-%) kann durch einen Zusatz von Sb, Ag und Ge verringert werden. Wenn der Ge-Gehalt von 0,05 Gew.-% auf 0,1 Gew.-% erhöht wird, wird die prozentuale Längung der Legierung, die Sb enthält, niedriger als diejenige der Legierung, die Ag enthält. In diesem Fall kann die Legierung jedoch mit zufriedenstellenden Ergebnissen verwendet werden, und zwar trotz der Tatsa­ che, daß sie eine 30%ige Längung zeigt, wenn der Ge-Gehalt 0,1 Gew.-% ist.

Als nächstes wurde die Kriech-Deformations-Beständigkeit untersucht, die eine repräsenta­ tive charakteristische Eigenschaft der Legierung in bezug auf die thermische Festigkeit ist. Fig. 4 ist eine graphische Wiedergabe der Abhängigkeit der Kriechgeschwindigkeit von dem Ge-Gehalt bei einer Temperatur von 100°C für eine Legierung des Zinn-Bismut- Typs (Sn-Bi) (Bi-Gehalt: 43 Gew.-%) der vorliegenden Erfindung.

Obwohl die Legierung Sn43Bi, die 43 Gew.-% Bi zusätzlich zu Sn als Haupt-Komponente enthält, und die Legierung Sn43Bi2Ag, die 43 Gew.-% Bi und 2 Gew.-% Ag zusätzlich zu Sn als Haupt-Komponente enthält, nahezu dieselbe Kriech-Deformations-Beständigkeit zeigen, zeigt jede von ihnen eine Senkung der Kriechgeschwindigkeit (d. h. einen Anstieg der Kriech-Deformations-Beständigkeit) bei Zugabe von Ge. Die Kriechgeschwindigkeit wird geringer, wenn die Menge an Ge von 0,05 Gew.-% auf 0,1 Gew.-% erhöht wird, was zu einer Erhöhung der Kriech-Deformations-Beständigkeit führt. Wie aus der obigen Beschreibung offensichtlich ist, hat die Zugabe von Ge die Wirkung, die Kriech-Deforrna­ tions-Beständigkeit zu erhöhen.

Es ist auch anzumerken, daß die folgenden Tatsachen offenbar wurden: Sowohl die Legie­ rung Sn43Bi2Sb, die 43 Gew.-% Bi und 2 Gew.-% Sb zusätzlich zu Sn als Haupt-Kom­ ponente umfaßt, und die Legierung Sn43Bi5Sb, die 43 Gew.-% Bi und 5 Gew.-% Sb zusätzlich zu Sn umfaßt, hat eine Kriechgeschwindigkeit, die niedriger ist als diejenige der Legierung Sn43Bi2Ag, die 43 Gew.-% Bi und 2 Gew.-% Ag zusätzlich zu Sn umfaßt. In diesem Fall hat weiter die Zugabe von 0,05 Gew.-% Ge zu diesen Legierungen die Wirkung, deren Kriechgeschwindigkeiten weiter zu senken. Jedoch ist jede der Legierun­ gen Sn43Bi2Sb und Sn43Bi5Sb merklich wirksamer als die Legierung Sn43Bi2Ag, die 43 Gew.-% Bi und 2 Gew.-% Ag zusätzlich zu Sn umfaßt. Die Legierung Sn43Bi2Sb0,05Ge, die 43 Gew.-% Bi, 2 Gew.-% Sb und 0,05 Gew.-% Ge zusätzlich zu Sn umfaßt, oder die Legierung Sn43Bi5Sb0,1Ge, die 43 Gew.-% Bi, 5 Gew.-% Sb und 0,1 Gew.-% Ge umfaßt, liefert eine Legierung mit exzellenter Kriech-Deformations-Beständigkeit als Ergebnis einher ausgezeichneten Synergie zwischen Sb und Ge in der Legierungszuberei­ tung.

Fig. 5 ist eine graphische Wiedergabe der thermischen Abhängigkeit der Kriechge­ schwindigkeit bei einer Temperatur von 100°C oder 120°C für eine Legierung des Zinn- Bismut-Typs (Sn-Bi) (Bi-Gehalt: 43 Gew.-%) gemäß der vorliegenden Erfindung, zusätz­ lich zu den entsprechenden Daten der Sn-Pb-Legierung.

Zur Schätzung der thermischen Festigkeit der Legierung wird ein Kriechtest unter Ver­ wendung eines Teststücks mit einem Durchmesser von 3 mm durchgeführt.

Jede der Legierungen, die die folgenden Zusammensetzungen aufweisen, zeigen ähnliche Tendenzen dahingehend, daß die thermisch bedingte Kriechwirkung ansteigt, d. h. eine Legierung verformt sich mit der Zeit unter einer Belastung bei erhöhten Temperaturen in analoger Weise. Diese Legierungszusammensetzungen sind: Eine Legierungszusammen­ setzung Sn43Bi, die 43 Gew.-% Bi zusätzlich zu Sn einschließt; eine Legierungszusam­ mensetzung Sn43Bi2Sb, die 43 Gew.-% Bi und 2 Gew.-% Sb zusätzlich zu Sn einschließt; eine Legierungszusammensetzung Sn43Bi2Sb0,05Ge, die 43 Gew.-% Bi, 2 Gew.-% Sb und 0,05 Gew.-% Ge zusätzlich zu Sn einschließt; und eine Legierungszusammensetzung 63Sn37Pb, die 37 Gew.-% Pb einschließt. Außerdem zeigt die Legierung Sn43Bi2Sb eine stabile Kriech-Deformations-Beständigkeit bei Temperaturen von 100 bis 120°C. Die Legierung Sn43Bi2Sb0,05Ge zeigt fast -dieselbe thermische Kriechwirkung wie die Legierung 63Sn37Pb. Wenn Sb und Ge einer Legierungszusammensetzung Sn30Bi zugesetzt werden, die 30 Gew.-% Bi zusätzlich zu Sn einschließt, und einer Legierungszu­ sammensetzung Sn58Bi zugesetzt werden, die 58 Gew.-% Bi zusätzlich zu Sn einschließt, werden dieselben thermischen Kriechwirkungen gemessen wie im Fall der Legierung Sn43Bi.

Folglich kann eine Niedertemperatur-Lötmittel-Legierung des Zinn-Bismut-Typs (Sn-Bi), die eine hohe Kriech-Deformations-Beständigkeit sowie eine hohe thermische Festigkeit und Duktilität aufweist, dadurch erhalten werden, daß man Silber und Germanium oder Antimon und Germanium einer Legierung des Sn-Bi-Typs zusetzt, die 30 bis 58 Gew.-% Bismut zusammen mit Zinn als ihre Haupt-Komponente umfaßt. Speziell kann eine Lötmittel-Legierung mit exzellenter Kriech-Deformations-Beständigkeit dadurch erhalten werden, daß man der Legierung Antimon und Germanium zusetzt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen weiter erläutert.

Beispiele

Eine Messung der Zugfestigkeit wurde durchgeführt unter Verwendung eines Teststücks mit einem Durchmesser von 3 mm unter der Bedingung einer Zug-Geschwindigkeit von 0,2%/s bei Raumtemperatur. Zum Abschätzen der Hitzebeständigkeit wurde ein Teststück mit derselben Form verwendet, und es wurde seine Kriech-Deformations-Beständigkeit bei einer Belastung von 0,2 kg/mm² gemessen.

Die Benetzbarkeit des Teststücks wurde ebenfalls unter Verwendung eines Meniskograph- Verfahrens abgeschätzt.

Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse der Messungen der Zugfestigkeit, Längung, Kriech-Deformations-Beständigkeit und Benetzbarkeit der Legierungen wie beispielsweise solcher des Sn22Bi-Typs, des Sn43Bi-Typs und Sn58Bi-Typs.

Tabelle

Wie in der Tabelle gezeigt ist, erreicht die Sn43Bi2Ag-Legierung, die durch Zusatz von 2 Gew.-% Ag zu der Sn43Bi-Legierung hergestellt wird, Verbesserungen im Hinblick auf die Zugfestigkeit, die Wärmebeständigkeit (Kriech-Deformations-Beständigkeit) und Benetzbarkeit, verglichen mit den entsprechenden Daten der Sn43Bi-Legierung. Eine Verbesserung der Wärmebeständigkeit kann aufgrund der Tatsache erkannt werden, daß die Kriechgeschwindigkeit niedrig wird.

Verglichen mit der Sn43Bi2Ag-Legierung erreicht die Sn43Bi2Ag0,05Ge-Legierung, die durch Zusatz von 0,05 Gew.-% Ge zu der Sn43Bi2Ag-Legierung hergestellt wird, eine Verbesserung der Benetzbarkeit und auch ausgezeichnete Verbesserungen der Zugfestig­ keit und Wärmebeständigkeit (Kriech-Deformations-Beständigkeit). Trotz der Erwartun­ gen, gemäß denen die Wärmebeständigkeit der Sn43Bi-Legierung durch Zusatz von Ni zu der Legierung verbessert würde, und zwar aufgrund der Tatsache, daß Ni Beständigkeit gegen Oxidation bei einem hohen Schmelzpunkt zeigt, wird eine Absenkung der Duktilität der Legierung aus dem Grund beobachtet, daß Ni und Bi eine intermetallische Verbindung bilden können. So kam man zu dem Schluß, daß der Zusatz von Cu, das eine feste Lösung zusammen mit Ni bildet, wirksam sein kann, um eine Legierung zu erhalten, die verbesserte Eigenschaften der Wärmebeständigkeit usw. hat. Durch Zusatz von 0,1 Gew.-% Ni und 0,5 Gew.-% Cu zu der Legierung Sn43Bi erhält man eine verbesserte Legierung mit ausgezeichneten Eigenschaften der Zugfestigkeit und Wärmebeständigkeit (Kriech-Deformations-Beständigkeit) ohne Beeinträchtigung der Duktilität. In diesem Fall sinkt die Benetzbarkeit einer derartigen Legierung geringfügig auf einen annehmbaren Wert dieser Eigenschaft. Es wurde auch die Tatsache gefunden, daß dieselben Wirkungen erhalten werden können durch Zusatz von Cu und Ni zu der Sn43Bi-Legierung, die 2 Gew.-% Ag, 2 Gew.-% Sb oder 2 Gew.-% Ag und 2 Gew.-% Sb enthält.

Außerdem haben die erfindungsgemäßen Untersuchungen gezeigt, daß der Zusatz von Ge zu der Legierung wirksam ist für eine Verbesserung des Rückgangs der Benetzbarkeit. Beispielsweise zeigt eine Sn43Bi2Ag-Legierung, die 0,05 Gew.-% Ge enthält, verbesserte Eigenschaften der Zugfestigkeit und Wärmebeständigkeit (Kriech-Deformations-Beständig­ keit) zusätzlich zu einer verbesserten Benetzbarkeit, verglichen mit den entsprechenden Daten einer Legierung, die kein Ge enthält. Außerdem kann dieselbe Art von Auswirkun­ gen auch erhalten werden durch Zusatz von 0,1 Gew.-% oder weniger Ge zu einer Sn43Bi-Legierung mit Sb oder mit Sb und Ag. Außerdem zeigt die Legierung Sn43Bi2Ag0,5Cu0,1Ni0,05Ge, die 0,05 Gew.-% Ge einschließt, fast den gleichen Wert der Benetzbarkeit wie der entsprechende Wert der oben angesprochenen Legierung Sn43Bi2Ag0,05Ge.

Außerdem können dieselben Wirkungen auch erhalten werden durch Zusatz von 0,1 Gew.-% Ni, 0,5 Gew.-% Cu und 0,05 Gew.-% Ge zu der Legierung mit der Zu­ sammensetzung Sn43Bi2Sb. Im Fall der Sn43Bi-Legierung, die 2 Gew.-% Ag und 2 Gew.-% Sb einschließt, führt der Zusatz von 0,1 Gew.-% Ni, 0,5 Gew.-Cu und 0,05 Gew.-% Ge zu einer derartigen Legierung zu guten Wirkungen.

Die vorliegende Erfindung wurde im einzelnen unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Es ist aus der vorangehenden Beschreibung für Fachleute in diesem technischen Bereich offensichtlich, daß Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von der Erfindung in ihren breiteren Aspekten ab­ zuweichen. Es ist daher die Intention, daß die folgenden Patentansprüche alle derartigen Änderungen und Modifikationen umfassen, die im Rahmen der Erfindung liegen.

Claims (5)

1. Blei-freie Lötmittel-Legierung, umfassend:

• - Zinn als Hauptkomponente einer Legierungs-Zubereitung, in der
• - Bismut in einer Menge von 30 bis 58 Gew.-% zugegen ist; und
• - Germanium in einer Menge von 0,1 Gew.-% oder weniger zugegen ist, bezogen auf die Gesamtmenge der Legierungszubereitung.

2. Blei-freie Lötmittel-Legierung nach Anspruch 1, umfassend außerdem wenigstens ein Element, das gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus

• - Silber in einer Menge von 5 Gew.-% oder weniger; und
• - Antimon in einer Menge von 5 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamt­ menge der Legierungszubereitung.

3. Blei-freie Lötmittel-Legierung, umfassend:

• - Zinn als Hauptkomponente einer Legierungs-Zubereitung, der vorbestimmte Mengen Nickel und Kupfer zusätzlich zu Bismut in einer Menge von 30 bis 58 Gew.-% zugesetzt werden, bezogen auf die Gesamtmenge der Legierugszu­ bereitung.

4. Blei-freie Lötmittel-Legierung nach Anspruch 3, worin

• - die Menge an Nickel im Bereich von 0,2 Gew.-% oder weniger liegt; und
• - die Menge an Kupfer im Bereich von 1 Gew.-% oder weniger liegt, bezogen auf die Gesamtmenge der Legierungszubereitung.

5. Blei-freie Lötmittel-Legierung nach Anspruch 4, umfassend weiter wenigstens ein Element, das gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus

• - Silber in einer Menge von 5 Gew.-% oder weniger;
• - Antimon in einer Menge von 5 Gew.-% oder weniger; und
• - Germanium in einer Menge von 0,1 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmenge der Legierungszubereitung.