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DE2438922A1 - Verfahren zur herstellung loetfaehiger schichten auf oxidhaltigen verbundwerkstoffen - Google Patents

Verfahren zur herstellung loetfaehiger schichten auf oxidhaltigen verbundwerkstoffen

Info

Publication number
DE2438922A1
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Authority
DE
Germany
Prior art keywords
oxide
silver
solder
soldering
contacts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2438922A
Other languages
English (en)
Inventor
Willi Malikowski
Manfred Dr Poniatowski
Heinz-Josef Dr Stroesser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Degussa GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Degussa GmbH filed Critical Degussa GmbH
Priority to DE2438922A priority Critical patent/DE2438922A1/de
Priority to BR7505151A priority patent/BR7505151A/pt
Priority to JP9903975A priority patent/JPS5144261A/ja
Publication of DE2438922A1 publication Critical patent/DE2438922A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/001Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces
    • B23K35/007Interlayers, transition pieces for metallurgical bonding of workpieces at least one of the workpieces being of copper or another noble metal
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/02Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021Composite material
    • H01H1/023Composite material having a noble metal as the basic material
    • H01H1/0231Composite material having a noble metal as the basic material provided with a solder layer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Contacts (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung lötfähiger Schichten auf oxidhaltigen Verbundwerkstoffen.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung lötfähiger Schichten an Verbundwerkstoffen auf der Basis @ilber-Metalloxyd, wie sie z.B. ft'r elektrische jiontakte verwendet werden. Solche Verbundwerkstoffe enthalten beispielsweise Kadmiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid und/oder Indiumoxid ung werden entweder durch innere Oxydation der Ausgangslegierungen oder palvermetallurgisch aus den entsprechenden Metall- und Oxidpulvern hergestellt.
  • Die grossen Vorteile derartiger Verbundwerkstoffe bei e@ektrischen Kontakten, wie Abbrandfestigkeit und geringe Verschweissneigung, sind bekanntermassen verbunden mit einer schlechten Lötbarkeit, die mit steigendem Nichtmetallanteil immer ungünstiger wird, bis bei hohen Oxidgehalten schliesslich eine Lötung nicht mehr möglich ist. Diese Lösbarkeit ist Jedoch nötig, um solche Kontaktstücke beispielsweise auf Kontakttrager aufzulöten.
  • Es sind daher iu der Vergangenheit eine Vielzahl von Verfahren entwickeit werden, un solche oxidhaitrgen Montaktwerkstoffe lötfähio zu machen, ohne dass bisher ein technisch einfaches, universelles und zuverlässiges Verfahren gefunden worden wäre.
  • So ist es beispielsweise bekannt, die aus Silberlegierungen bestehenden Werkstücken nur einseitig innerlich zu oxydieren und die nichtoxidierte, metallische Schicht als löt£ählge Fläche zu verwenden (DT-AS 1 033 S15). Dieses Verfahren ist wegen der benötigten Abdeckung recht umständlich und bei grösseren Oxydationstiefen nur schwierig durchzuführen.
  • Weiterhin st es bekannt, iötfähige Platten aus Silber-Kadmiumoxid durch innere Oxydation eines vorher mit einer Silberschicht plattierten Silber-Kadmium-Legierungsbleches herzusteilen (2T-PS 1 (>90 4). Bei langer Oxydationsdaucr verliert diese Silberschicht jedoch an Haftfestigkeit, die fertigen Kontakte reissen im Betrieb von dem Kontaktträger ab.
  • Pulvermetallurgisch hergestellte Siiber-Kadmiumoxidkontakte können durch Anpressen und gemeinsames Sintern mit einer lötfähigen Silberschicht versehen werden (DT-AS i 1.87 353).
  • Dieses Verfahren ist jedoch relativ teuer und nur bei pulvermetallurgisch hergestellten Silber-Kadmiumoxid-Kontaktstücken anwendbar.
  • Es ist ebenfalls bekannt, aus einer Silber-Kadmium-Legieflrng be bestehende Kontaktwerkstücke einseitig mit einer Silberlotschicht zu versehen und erst danach innerlich zu oxydieren (DT-PS i 090 45 Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es nur bei der inneren Oxydation anwendbar ist, wegen des flüssigen Zustandes des Lotes während der Oxydation verfahrenstechnische Schwierigkeiten auftreten und zu unebenen Lotoberflächen führt, die später bei der Lötung der I(ontaktstücke Verarbeitungsschwierigkeiten mit sich bringen.
  • In der DT-AS 1 232 282 wird ein Lötverfahren beschrieben, bei dem auf die zu lötende Kontaktfläche ein Zinn-Blei-Weichlot aufgebracht, und anschliessend mit ei üblichen Silberhartlot der Kontakt auf deil trager aufgelötet wird. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die zu verbindenden Teile mehrere Minuten auf Temperaturen oberhalb des Fliesspunktes des Silber-Hartlots erhitzt werden müssen, um eine einwandfreie Verbindung zu gewährleisten. Besteht der Kontaktträger aus einer ausgehärteten Legierung, was häufig der Fall ist, so an der Aushärtungseffekt verloren gehen.
  • Min weiteres Verfallren zum Lötfähigmachen von Silber-adiuiumoxid-Verbun.dwerkstoffen wird in der US-PS 3 466 735 beschrieben, wonach sich solche Verbundwerkstoffe durch Ätzen in Kalium- oder Natriumcyanidlösung und anscyhliessender Versilberung lötbar machen lassen. Dieses Verfahren bleibt jedoch auf den genannten Werkstoff beschränkt und hat den Nachteil, dass mit giftigen Substanzen gearbeitet werden muss.
  • In der DT-PS 1 O90 484 wird darauf hingewiesen, dass reaktive Lote, die reduzierend wirkende Bestandteile enthalten, wie z.B. Phosphor oder Lithium, zwar Lötflächen an Silber-Kadmiumoxid -Werkstoffen benetzen, jedoch die unter Reduktion des Kadmiumoxid gebildeten neuen Oxide (z.B. P2O5) beim Auflöten grösserer Flächen ebenso stark stören wie das Kadmiumoxid selbst.
  • Die bekannten Verfahren erfordern grössteisteils einen hohen technischen Aufwand und sind meist nur auf einen bestimmten Auwendungsboreich beschränkt.
  • Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer lötfähigen Schicht an Verbundwerkstoffen auf der Basis Silber mit einem bletaíloxid, wie beipielsweise Madmiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid und/oder Indiumoxid, zu schaffen, das ohne grossen technischen aufwand sowohl für innerlich oxydierte als auch für pulvermetallurgisch hergestellte Werkstoffe brauchbar ist, und zu einwandfreien Lötungen und Lötschichten bei der späteren Auflötung der Kontaktstücke auf Kontaktträger führt.
  • Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, üss auf die zu lötende Fläche des Verbundwerkstoffs ein Reaktivlot durch Aufschmelzen aufgebracht wird und die an die Oberfläche der Lotschicht aufgestiegenen Reaktionsprodukte zwischen Reaktivlot und Oxidbestandteii durch chemisches Beizen oder mechanisch entfernt werden.
  • Die Nichtmotallanteile der verwendeten Verbundwerkstoffe - können zwar auch über 20 Vol % liegen, besonders gute Lötschichten erhält man jedoch bei Nichtmetallanteilen von 20 Vol.% und weiniger.
  • Nach dem erfindungsgeiuässen Verfahren wird die zu lötende Kontaktfläche mit einem reaktiven Lot (z.B. einem Kupfer-Silber-phosphor-Lot) durch Aufschmelzen belotet, wobei eine Reaktion zwischen den reaktiven, reduzierenden Bestaudteilen des Lotes (z.B. Phosphor) und dem Metalloxid abläuft. Die Reaktionspredukte können bei diesem Belotungsprozess ungehindert all die Lotoberfläche steigen, von T sie nach deni ;rkalten erfindungsgemäss mechanisch oder durch chemisches Abbeizen entfernt werden und so leine Fehlerstellen in der späteren Lötung Yerursacnen können. Nach dem Entfernen der Reaktionsprodukte kann das Kontaktstück unter Verwendung eines üblichen Silberhartiots und gegebenenfalls eines Fluss mittels auf den Kontakträger aufgelötet werden. Die Art des Lotes richtet sich dabei nach dem Material des Kontaktträgers. Die so erhaltene Verbindung zeichnet sich durch hervorragende Haftfestigkeit sowie gieichmässig hohe elektrische und Wärmeleitfahigkeit aus.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren ist natärlich auch fLir andere silber- und nichtsilberhaltige Verhundwerkstoffe anwendbar, soweit sie von den verwendbaren Reaktivloten benetzt werden können. Die Anwendbarkeit dieses Verfahrens ist lediglich thermodynamiseh begrenzt durch das Reduktionsvermögen des tteaktiviotes, da eine Benetzung der Kontaktfläehe nur bei Ablauf der erwähnten ediiktion erfolgt. Bei Lithium-haltigen Reaktiv-Loten sind jedoch praktisch alle vorkommenden Verbundwerkstoffe auf Silber-Basis benetzbar und damit nach dem erfindungsgemässen Verfahren lötbar.
  • Folgende Beispiele sollen das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutern: Beispiel t Ein Kontaktstück der Grösse 19 x 19 x 3 mm3 aus einer innerlich oxydierten Silber-Kadmiumlegierung mit $Kontaktstück $innerlich Kadmiumoxid wird mit einem Reaktivlot, bestchend aus 80 % Kupler, 15 % Silber und 5 % Phosphor, induktiv oder mittels pasbrenner bei 7100 C beschichtet. Diese Temperatur muss dabei nur uber die Dauer von 15 bis 20 Sekunden aufrechterhalten werden. Nach dem Abkühlen werden die an die Oberfläche der Lotschicht aufgestiegenen Reaktionsprodukte mechanisch durch Bürsten oder Schleifen entfernt.
  • banach kann das so lötfähig gemachte Kontaktstück mit einem Silberlot, beispielsweise aus 15 % Silber, 17 % Kupfer, 18 % Zink und 20 % Kadmium, und einem entsprechenden Flussmittel auf einen Kupfer-Beryllium-Träger aufgelötet werden.
  • Beispiel 2: Ei Kontaktstück der Grosse 17 x 17 x 3,5 mm³ aus einem stranggepressten, pulvermetallurgisch hergestellten Silber-Zinnoxid-Verbunewerkstoff mit 15 Gew.% Zinnoxid wird nach Beispiel 1 mit dem gleichen Reaktivlot beschichtet. Die Beaktionsprodukte werden durch Beizen mit 50 %iger Schwefelsänre entfernt. Das Auflöten erfolgt direkt auf einen Kupferträger, ohne Verwendung eines weiteren Lotes und Flussmitteis.
  • Beispiel 3-Ein Kontaktstück der Grösse 19 x 19 x 2,5 mm3 aus einen pulvermetallurgisch hergestellten Silber-Kadmiumoxid-Verbundwerkstoff mit 12 Gew.% Kadmiumoxid wird analog Beispiel 1 mit einem Reaktivlot der Zusammensetzung 89 % Kupfer, 5 % Silber, 6 ß Phosphor; bei 710° C beschichtet und durch Beizen in einer Lösung aus 40 % Salpetersäure, 48 % Schwefelsäure und 4 % Salzsäure an der Oberfläche gereinigt. Das Auflöten auf einen Kontaktträger aus Stahl erfolgt mit eiem Lot der Zusammensetzung 5/ % Silber, 15 % Kupfer, 17,5 Io Zink und 17,5 ß Kadmium.

Claims (3)

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung einer lötfäbigen Schicht an Verbundwerkstoffen auf der @asis Silber mit einem Metalloxid, wie Kadmiumoxid, Zinnoxid, Zinkaxid und/oder Indiumoxid, d a v d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass auf die zu l.ötende Fläche des Verbundwerkstoffes ein Reaktivlot durch Aufschmeizen aufgehracht wird und die an die Oberfläche der Lotschicht aufgestiegenen Meaktenspredukte zwischen Reaktivlot und Oxidbestandteil durch ehemisenes Beizen oder mechanisch entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, @assder Verbunwerhstoff 20 oder weriger Vol-% Kaumiumoxid enthält.
3. Verfahren nach Auspruch 1, d a d u r c h g e k e n n e t, dass der Veronnwerkstoff 20 oder weniger Vol-% Zinnoxid enthäit.
DE2438922A 1974-08-14 1974-08-14 Verfahren zur herstellung loetfaehiger schichten auf oxidhaltigen verbundwerkstoffen Withdrawn DE2438922A1 (de)

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DE2438922A DE2438922A1 (de) 1974-08-14 1974-08-14 Verfahren zur herstellung loetfaehiger schichten auf oxidhaltigen verbundwerkstoffen
BR7505151A BR7505151A (pt) 1974-08-14 1975-08-12 Processo para a fabricacao de camadas soldaveis em materiais compostos contendo oxidos
JP9903975A JPS5144261A (ja) 1974-08-14 1975-08-14 Sankabutsuganjusetsugokozaijoni rosetsuseisoo seizosuruhoho

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0030261A1 (de) * 1979-12-05 1981-06-17 Degussa Aktiengesellschaft Verwendung von Lotlegierungen zum direkten Auflöten von oxidhaltigen Silberkontakten auf Kontaktträger

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0030261A1 (de) * 1979-12-05 1981-06-17 Degussa Aktiengesellschaft Verwendung von Lotlegierungen zum direkten Auflöten von oxidhaltigen Silberkontakten auf Kontaktträger
US4344794A (en) 1979-12-05 1982-08-17 Degussa Ag Solder alloy for the direct soldering of oxide containing silver catalyst on catalyst carrier

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BR7505151A (pt) 1978-06-20
JPS5144261A (ja) 1976-04-15

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