DE2535375A1

DE2535375A1 - Loetflussmittel

Info

Publication number: DE2535375A1
Application number: DE19752535375
Authority: DE
Inventors: Donald Joseph Lazzarini; Frank Hilary Sarnacki
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-11-29
Filing date: 1975-08-08
Publication date: 1976-08-12
Also published as: GB1476264A; JPS5165055A; US4000016A; FR2292757A1; FR2292757B1; USB527972I5

Description

Böblingen, den 6. August 1975
sa-fe

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, iJ.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung
Aktenzeichen der Anmelderin: EiJ 97²J 018

Lötflußmittel

Die Erfindung betrifft ein wasserlösliches Lotflötmittel.

Beim Löten von elektrischen Verbindungen bzw. beim Aufbringen
von Lot auf gedruckte Schaltungen ist es normalerweise notwendig Flußmittel zu verwenden, die die Aufgabe haben, die metallischen Oberflächen, die gelötet werden sollen, von Belägen zu befreien
und zu aktivieren. Zusätzlich muß das Flußmittel die aktivierten Oberflächen vor der Bildung irgendwelcher Passivierungsscaichten während der Legierungsbildung zwischen Lot- und Metalloberfläche beschützen. 'Jn wirkungsvoll zu sein, muß das Flußraittelbad bei
der Lüttemperatur benutzt werden können. Außerdem müssen sowohl
das Flußmittel als auch Rückstände des Flußmittels leicht entfernt werden können und dürfen nicht korrosiv auf die Metalloberflächen, die gelötet werden sollen, einwirken.

Bekannte Flußmittel, die beim Löten im Tauchvorfahren eingesetzt werden, lassen sich nur in einem engen Temperaturbereich anwenden, haben nur eine begrenzte Lebensdauer, wenn sie längere Zeit bei
höheren Temperaturen gehalten werden, ihre Rückstände sind schwer zu entfernen, weil sie zur Polymerisation neigen, und zurückgebliebene Aktivatoren im Flußmittel werden durch V/asser ionisiert und wirken dann lokal korrodierend. Zusätzlich werden zum Entfernen der Rückstände dieser bekannten Flußmittel organische Lösungsmittel benötigt, die aber gleichzeitig organisches Material, das zum Einkapseln und Laminieren benötigt wird, anlösen. Dariiberhin-

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aus gibt das erhitzte Flußmittel gelegentlich giftige Dämpfe frei, die zur Verschmutzung der Atmosphäre beitragen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lötflußmittel anzugeben, das Metalloberflächen zum Löten aktiviert, jedoch nicht korrosiv wirkt, das in einem großen Temperaturbereich verwendbar ist, so daß es für Lote mit sehr unterschiedlichem Schmelzpunkt einsetzbar ist, das leicht und vollständig zu entfernen ist, eine lange Lebensdauer hat bzw. leicht zu regenerieren ist, das organische Kunststoffe nicht wesentlich angreift und das einen hohen Flammpunkt hat und nicht gesundheitsschädigend wirkt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das wasserlösliche Lötflußmittel ungefähr 2 bis 8 Gewichtsprozent eines Chelat-Salzes und ungefähr 92 bis 97 Gewichtsprozent Glyzerin enthält.

Diese Zusammensetzung ist wegen ihrer thermischen und chemischen Eigenschaften als Flußmittel besonders geeignet. Durch die hohen Entflammungspunkte und Siedepunkte dieser Glyzerinverbindungen wird die Gefahr von Entzündung und vorzeitigem Verdampfen, selbst bei langer Betriebsdauer, auf ein Minimum reduziert. Durch das Eintauchen in ein Bad mit diesem wasserlöslichen Flußmittel können metallisierte Oberflächenbereiche, Leitungszüge und Durchgangslöcher von Schaltkarten und Bauelementen mit einem niedrigschmelzenden Lot (Schmelzpunkt 65,6 - 148,9 ⁰G) bedeckt werden, und es können bei relativ niedrigerer Temperatur (93, 3 ° bis 176,7 °C) !Teile durch Löten zusammengefügt und in einem breiteren Temperaturbereich andere Lötverbindungen hergestellt.werden. Dadurch werden Stabilitäts- und Zuverlässigkeitsprobleme, die durch große thermische Gradienten entstehen, ebenso vermieden wie Oberflächenoxidation und unvollständiges Reinigen nach dem Löten. Korrosionsprobleme werden durch diese Zusammensetzung des Lötflußmittels ebenfalls gelöst, da die Rückstände ohne weiteres mit Hilfe von

!Wasser gelöst werden können. Das Einschließen von unerwünschten

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Verunreinigungen wird dabei weitgehend vermieden. Selbst wenn Rückstände verbleiben würden, so wären diese nichtkorrodierend und in nichtkorrodierenden Mengen vorhanden.

Kin weiterer wichtiger Vorteil bei der Benutzung dieses Flußmittels wird darin gesehen, daß das Bedienungspersonal keine Schädigung erleidet, wenn Haut- oder Kleidungsstücke mit diesem Flußmittel in Berührung kommen. Wichtig ist auch die Reduzierung und die mögliche vollständige Eliminierung von giftigen Dämpfen.

'.line vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Lötflußmittels besteht darin, daß dem Lötflußmittel 0,1 bis 1,0 Gewichtsprozent einer anorganischen Säure zugesetzt wird. Diese anorganische Säure trägt dazu bei, die metallischen Oberflächen in der richtigen Weise zu aktivieren, ohne durch überätzen das Legieren des Lötmittels mit den Kontaktflächen zu fördern.

Vorteilhafte Chelat-Salze, die erfindungsgemäß Verwendung finden können, sind: Dinatriumäthylendiamintetraasetat, Trinatrium-.äthylendinitrilotetraazetat, Tetranatriumäthylendiamintetraaaetat, Pentanatriumdiäthylentriaminpentaazetat und iithylendiamintetraazetat-Säure.

Vorteilhafte anorganische Säuren, die bei dem erfindungsgenäßen Lötflußmittel verwendet werden können, sind konzentrierte Salzsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Kurz gesagt, bezieht sich die Erfindung auf Lötflußmittel und insbesondere auf Flußbadzusammensetzungen, die Glyzerin in Verbindung mit Chelat-Salzen enthalten mit oder ohne einem kleinen Betrag einer als Aktivator dienenden, anorganischen Säure, wie Salzsäure. Das Glyzerin dient sowohl als Träger als auch als Benetzungsmittel

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und gibt dem Bad sowohl thermische als auch chemische Stabilität. Die Chelat-Salz-Komplexe entfernen die im Bad vorhandenen, unerwünschten Verunreinigungen, wie Zink, über eine lange Zeitdauer. Das bedeutet, daß das gelöste Chelat verhindert, daß unerwünschte Ionen, die immer im Lötbad vorhanden sind, das Bauelement oder das Lot verunreinigen. Die anorganische Säure, falls diese verwendet wird, trägt dazu bei, die metallischen Oberflächen in der richtigen Weise zu aktivieren, ohne durch Überätzen das Legieren des Lösungsmittels mit den Kontaktflächen zu fördern. Die Zusammensetzung ist thermisch stabil über einem großen Temperaturbereich, sie hat auch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Hitze, ermöglicht während einer langen Gebrauchsdauer einheitliches Fließen und kann bei Legierungen mit niedrigen und mittleren Schmelzpunkten ebenso verwendet werden wie bei Legierungen mit hohen Schmelzpunkten.

Durch Eintauchen eines Substrats mit einer gedruckten Schaltung in das Glyzerin-Chelat-Salzbad, das um 10 C bis 38 C über dem Schmelzpunkt des Lots erhitzt ist, kann das Substrat gleichmäßig in einer nichtoxidierenden Umgebung vorgeheizt werden. Gleichzeitig wird bewirkt, daß das Lötmittel (1) die elektroplattieren oder stromlosplattierten Oberflächen benetzt und darauf verpchließt, (2) die Durchgangslöcher ausfüllt und (3) über verbundene Stifte oder Verbindungen der Bauelemente mit dem Substrat fließt.

t)ie durch Anwendung des Lötflußmittels aus Glyzerin und Chelat-SaIz entstandenen Lötverbindungen bei niedrigen und mittleren !Schmelzpunkten (65 ° bis 149 °C und 149 °C bis 205 ⁰C) ermöglichen einen breiteren Temperaturbereich für späteres Zusammenbauen durch weitere Lötverbindungen (93° bis 233 ⁰C). Die Anwendung dieses Lötflußmittels bei niedrigschmelzenden Legierungen ist bei jder Herstellung der Schalt karten von besonderer Wichtigkeit, da |es damit möglich ist, bei bemerkenswert niedrigeren Arbeitstem- ^eraturen Verbindungen nachzuarbeiten. Die damit verbundene Redu-

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zierung von ΔΤ (der Temperaturdifferenz zwischen der Umgebung und dem Bad in °C) ergibt eine beachtenswerte Reduzierung der thermischen Gradienten des Substrats und damit der differentiellen thermischen Ausdehnungsspannungen. Durch diese Verringerung der thermischen Spannungen werden sowohl die Stabilität und Zuverlässigkeit des Substrats als auch der Lötverbindungen erhöht.

Da das Lötflußmittel wasserlöslich ist₃ können das Flußmittel und seine Überreste leicht vom Substrat oder von dem zusammengebauten Bauteil durch Spülen mit Wasser entfernt werden. Das Einschließen von unerwünschten Verunreinigungen wird dabei weitgehend vermieden. Selbst wenn Reste bleiben würden ₃ wären diese nichtkorrodierend und in nichtkorrodierenden Mengen vorhanden.

Besonders gute Fluß ei genschaft en haben die liatriumsalze von Äthylendiamintetraazetat-Säure, aufgelöst in Glyzerin. Eine Reihe von diesen Chelat-Salzen steht zur Verfügung, deren Gebrauch identisch oder ähnlich dem der Säure ist. Aus diesen Chelat-Salzen wurden andere Flußmitbelzusammensetzungen gebildet. Diese enthalten: Dinatriumäthylendiamintetraazetat (IJa_nEDTA)₅ Trina- triumäthylendinitrilotetraazetat ₃ Tetranatriumäthylendianintetraazetat (HaNEDTA)₃ Pentanatriumdiäthylentriaminpentaazetat (Na-DTPA) und Ä'thylendiamintetraazetat-Säure (II^EDTA).

Im folgenden werden zwei Beispiele von Zusammensetzungen des Lötflußmittels zur Erläuterung der Erfindung beschrieben.

Beispiel Nr. 1, Angaben in Gewichtsprozenten: Glyzerin von ungefähr 92$ bis 97>i ₃
Dinatriumäthylendiamintetraazetat von ungefähr 2% bis o%.

Beispiel IJr. 2, Angaben in Gewichtsprozenten: Glyzerin von ungefähr 32% bis 97$,

Dinatriumäthylendiamintetraazetat von ungefähr 2% bis 8% _s konzentrierte Salzsäure von ungefähr O₅Il bis 1,0$.

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Das Lötflußmittel Mr. 1 erwies sich als sehr stabil hinsichtlich seiner Flußwirkung über eine lange Zeit bei erhöhten Temperaturen.

Diese Lötflußmittel, mit oder ohne Zusatz einer anorganischen Säure, wie konzentrierte Salzsäure, sind besonders wirkungsvoll als Flußmittel bei Zinn-Wismut-Lötverbindungen. Andere anorganische Säuren, die zugefügt werden können, sind: Phosphorsäure (H₅PO₄), Schwefelsäure (H₂SO₄) oder Salpetersäure (HNO,). Das Lötflußmittel Nr. 2 ist besonders wirkungsvoll bei Zinn-Blei-Indiumlegierungen.

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Claims

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1. Wasserlösliches Lötflußmittel, dadurch gekennzeichnet, daß es ungefähr 2 bis 3 Gewichtsprozent eines Chelat-Salzes und ungefähr 92 bis 97 Gewichtsprozent Glyzerin enthält.

2. Lötflußmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Zusatz von 0,1 bis 1,0 Gewichtsprozent einer anorganischen Säure.

3. Lötflußmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Chelat-Salz aus Dinatriumäthylendiamintetraazetat besteht.

4. Lötflußmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Chelat-Salz aus Trinatriumäthylendinitrilotetraaz et at b es t eht.

5. Lötflußmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Chelat-Salz aus Tetranatriumäthylendiamintetraazetat besteht.

6. Lötflußmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Chelat-Salz aus Pentanatriumdiäthylentriaminpentaazetat besteht.

7. Lötflußmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Chelat-Salz aus Äthylendiamintetraazetat-Säure besteht.

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8. " Lötflußmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die organische Säure aus Salzsäure besteht.

9. Lötflußmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Säure aus Phosphorsäure besteht.

10. Lötflußmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Säure aus Schwefelsäure besteht.

11. Lötflußmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Säure aus Salpetersäure besteht.

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