DE2238874C3 - Process for soldering and flux to carry out this process - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löten, insbesondere von gedruckten Schaltungen, bei dem vor dem Löten ein Flußmittel — bestehend aus einer Trägersubstanz und mindestens einem Reduktionsmittel — auf die zu lötenden Stellen aufgetragen wird, bei dem durch die Erwärmung beim Löten die Trägersubstanz verdampft wird und bei dem Metalloxide und Metallhydroxide teilweise reduziert und teilweise abgeschwemmt werden sowie Flußmittel zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer organischen halogenfreien Trägersubtanz.The invention relates to a method for soldering, in particular printed circuits, in which before after soldering a flux - consisting of a carrier substance and at least one reducing agent - is applied to the areas to be soldered, in which the carrier substance due to the heating during soldering is evaporated and in which metal oxides and metal hydroxides are partially reduced and partially washed off as well as flux to carry out this process with an organic halogen-free Carrier substance.

Gedruckte Schaltungen bestehen aus Isolierstoffplatten, die Leiterzüge zum Aufbau elektronischer Schaltkreise tragen. Sie sind mit elektronischen Bauelementen bestückt und besitzen im allgemeinen äußere Anschlüsse. Die Verbindungen zwischen den äußeren Anschlüssen, den Leiterzügen und den Bauelementen werden in den weitaus häufigsten Fällen durch Löten geschaffen. Zur Hersteilung der Lötverbindungen ist im allgemeinen der Einsatz eines Flußmittels erforderlich.Printed circuits consist of sheets of insulating material, the conductors for building electronic circuits carry. They are equipped with electronic components and generally have external connections. The connections between the external connections, the conductor tracks and the components are shown in by far the most common cases created by soldering. To produce the soldered connections is generally the use of a flux is required.

Das Flußmittel wird durch Erhitzen im Lötbad thermisch aktiviert und reagiert mit metallischen Oxidbzw. Hydroxidschichten. Durch deren Reduktion und zum Teil deren Abschwemmung von der Oberfläche entstehen metallisch blanke Oberflächen, die Voraussetzung zu einer guten Benetzung des Lotes sind. Gleichzeitig wird die Oberflächenspannung des Lotes zu den Leiterzügen wesentlich beeinflußtThe flux is thermally activated by heating in the soldering bath and reacts with metallic oxide or metal. Hydroxide layers. Through their reduction and, in part, their washing away from the surface bare metallic surfaces are created, which are a prerequisite for good wetting of the solder. At the same time, the surface tension of the solder to the conductor runs is significantly influenced

Es ist bekannt, daß Flußmittel nach zwei verschiedeIt is known that flux after two different

nen Prinzipien hergestellt werden, Einmal werden FluQmÜtc' auf der Basis von Natur- oder Kunstharzen aufgebaut, die normalerweise mit organischen Säuren als Aktivaloren versetzt und nicht wasserlöslich sind,n principles are produced, one day FluQmÜtc 'on the basis of natural or synthetic resins built up, which are normally mixed with organic acids as active ingredients and are not water-soluble,

Diese Flußmittel sind in des· Norm D)N 0511, Blatt 2 im Detail beschrieben.These fluxes are in the standard D) N 0511, sheet 2 im Described in detail.

Zum anderen werden Flußmittel beispielsweise aus Gemischen von Alkoholen, 2-Butoxyäthanol, ungesättigter Birarbonsäure, Hydrocblorid, niedriger Aminoal-On the other hand, fluxes made from mixtures of alcohols, 2-butoxyethanol, for example, are unsaturated Birarboxylic acid, hydrochloride, lower aminoal

kohole etc. hergestellt, die als wasserlöslich bezeichnet werden bzw, mii Wasser eine Emulsion bilden.alcohols etc. produced which are referred to as water soluble will or form an emulsion with water.

In der deutschen Patentanmeldung G 11 948 VI/49h sind Flußmittel beschrieben, bei denen Alkohole, Zucker, Alkoholate und andere beim Zerfall reduzieren-In the German patent application G 11 948 VI / 49h fluxes are described in which alcohols, sugars, alcoholates and others reduce the decomposition

de Komponenten entwickelnde organische Substanzen verwendet werden. Der Einfluß der Anwesenheit von Katalysatoren, wie z.B. Alkalien, wird dabei als Voraussetzung für das Entstehen der gewünschten Ze: fällprodukte angesehen. Die beim LötprozeßOrganic substances that develop components are used. The influence of the presence of Catalysts, such as alkalis, are used as a prerequisite for the creation of the desired Ze: viewed products. The one in the soldering process

zo resultierenden Rückstände des Flußmittels können flüssig, zäh, fest bzw. wachsähnlich sein. Sie können wasserlöslich sein bzw. mit organischen Lösungsmitteln entfernt werden. Nicht entfernte Rückstände aes Flußmittels sollen keine schädlichen Folgen haben, da sie in den meisten Fällen elektrisch isolierend wirken und gleichzeitig Korrosion verhindern sollen. Da die angegebenen Vorteile in bezug auf das Weichlöten von Kupfer, deren Legierungen usw. dargelegt werden, bleibt zumindest offen, ob sie auch für das Löten von elektronischen Komponenten gehen.The resulting flux residues can be liquid, viscous, solid or wax-like. You can be soluble in water or removed with organic solvents. Residues not removed aes Fluxes should not have any harmful consequences, since in most cases they have an electrically insulating effect and at the same time should prevent corrosion. Since the stated advantages in relation to the soft soldering of Copper, the alloys of which, etc. are presented, remains at least open whether they are also used for soldering electronic components go.

In der deutschen Offenlegungsschrift 21 14 927 ist ein Flußmittel beschrieben, das aus Adipinsäure und einem oder mehreren Alkoholen aufgebaut ist. Beim Lotvorgang reagiert die Adipinsäure mit den Alkoholkompo-In the German Offenlegungsschrift 21 14 927 a flux is described, which consists of adipic acid and a or more alcohols is built up. During the soldering process, the adipic acid reacts with the alcohol

nenten, wodurch die verbleibenden Rückstände nicht mehr schädlich wirken. Der Umfang der Rückstände hängt von der Menge der Adipinsäure ab.nents, so that the remaining residues no longer have a harmful effect. The extent of the arrears depends on the amount of adipic acid.

Die Nachteile der vorstehend angegebenen Flußmittel sind durch die nach dem Löten auf den gedruckten Schaltungen verbleibenden Rückstände gegeben. Nachteilig wirken sich die Rückstände in jedem Fall dadurch aus, daß die optische Revision der Lötstellen zumindest erschwert ist. Außerdem können in den Rückständen Lot-Perlen, -Spritzer und -Filigrane eingebettet sein.The disadvantages of the above mentioned fluxes are due to the after soldering on the printed Circuits left behind given. In any case, the residues have a disadvantageous effect from the fact that the visual revision of the solder joints is at least made more difficult. It can also be in the residue Solder beads, splashes and filigree be embedded.

Ferner sind zumindest in vielen Fällen die Rückstände mehr oder weniger aggressiv und können als Langzeiteffekt zu Kurrosion führen.Furthermore, at least in many cases, the residues are more or less aggressive and can have a long-term effect lead to currosion.

Um diese Nachteile zu eliminieren, werden die Flußmittelrückstände abgewaschen (DT-AS 19 58 875).In order to eliminate these disadvantages, the flux residues are washed off (DT-AS 19 58 875).

so Hier gibt es die verschiedensten Methoden, die eines gemeinsam haben: sie stellen einen besonderen Arbeitsgang dar, der entsprechende Kosten verursacht Außerdem besteht die Gefahr, die elektronischen Bauelemente zu beschädigen.so There are many different methods here that have one thing in common: they represent a special one Operation, which causes the corresponding costs In addition, there is the risk of the electronic Damage components.

SS Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Löten sowie Flußmittel zur Durchführung dieses Verfahrens zu entwickeln, bei dem nach dein Löten keine Rückstände verbleiben.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs angegebenenThe invention is based on the object of developing a method for soldering and a flux for carrying out this method in which no residues remain after soldering.
This task is carried out with the one specified at the beginning

Verfahren dadurch gelöst, daß in der Trägersubstanz alsThe method achieved in that in the carrier substance as Reduktionsmittel ein Gas gelöst wird und daß mit derReducing agent a gas is dissolved and that with the Verdampfung der Tragersubstanz das ReduktionsmittelEvaporation of the carrier substance the reducing agent

als Gas wieder freigesetzt wird.as gas is released again.

Zur Durchführung dieses Verfahrens ist ein Flußmit-To carry out this procedure, a flux

tel mit einer organischen, halogenfreien Trägersubstanz vorgesehen, bei dem Formaldehyd in Wasser gelöst ist (Formalin) und bei dem das Formalin in der Trägersubstanz gelöst isttel with an organic, halogen-free carrier substance provided in which formaldehyde is dissolved in water (Formalin) and in which the formalin is dissolved in the carrier substance

I Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt somit die ,Erkenntnis zugrunde ein gasförmiges Reduktionsmittel ■ zu verwenden. Die Verwendung gasförmiger Reduktionsmittel zum Löten ist an sich bekannt, Bei den > bekannten Verwendungen gasförmiger Reduktionsmititci, z, B, Wasserstoff, bilden diese jedoch eine Schutz· gasatmosphäre (E, L ü d e r, Handbuch der Löttechnik, ,.Verlag Technik, Berlin, 1952, Seiten 285 bis 290), Dies 'erfordert eine besondere Konstruktion der Löteinrich· , tung. Demgegenüber ist bei dem Verfahren nach der ⁹ Erfindung das gasförmige Reduktionsmittel in demTherefore I The inventive method is based on using a gaseous reductant ■ those knowledge. The use of gaseous reducing agents for soldering is known per se. However, with the> known uses of gaseous reducing agents, e.g. hydrogen, they form a protective gas atmosphere (E, Lüder, Handbuch der Löttechnik,,. Verlag Technik, Berlin, 1952, pages 285 to 290), this requires a special construction of the soldering device. In contrast, in the method according to the invention ^9, the gaseous reducing agent in the

Flußmittel gelöst,Flux dissolved,

»'' Durch die Erhitzung der gedruckten Schaltung im , Lötbad verdampft die Trägersubstanz und das gasförmige Reduktionsmittel wird in Freiheit gesetzt. Außerdem wird durch die Temperaturerhöhung das Reduktionsmittel zusätzlich thermisch aktiviert. Es reduziert bestimmte Metall-Oxide und -Hydroxide. Die dabei entstehenden gasförmigen Reaktionsprodukte entwichen. Ebenso entweicht der Gasüberschuß. Nicht ω reduzierbare Oxide und Hydroxide werden unterwandert abgesprengt und durch die Bewegung des Lotes abgeschwemmt. Beim Austritt der gedruckten Schaltung aus dem Lötbad sind dadurch keinerlei Fiußmittelrückstände vorhanden.»'' By heating the printed circuit in the , The solder bath evaporates the carrier substance and the gaseous reducing agent is released. Besides that the reducing agent is additionally thermally activated by the temperature increase. It reduces certain metal oxides and hydroxides. The resulting gaseous reaction products escaped. The excess gas also escapes. Oxides and hydroxides that cannot be reducible ω are infiltrated blasted off and washed away by the movement of the plumb bob. When the printed circuit emerges As a result, there are no flux residues whatsoever from the solder bath.

Die beschriebenen Nachteile von Flußmittelrückständen entfallen dementsprechend. Außerdem erübrigt sich ein Waschen der gedruckten Schaltungen. Die Zuverlässigkeit von elektronischen Anlagen wird vorteilhafterweise wesentlich erhöhtThe described disadvantages of flux residues are accordingly eliminated. In addition, it is unnecessary washing the printed circuit boards. The reliability of electronic equipment becomes beneficial significantly increased

Zur Ausfünrung des Lötverhaltens nach der Erfindung hat sich Formaldehyd bewährt Verwendet wurde Formalin (eine Lösung von Formaldehyd in Wasser). Das Formalin wiederum wurde in der Trägersubstanz des Flußmittels gelöstFormaldehyde has been used successfully to perform the soldering behavior according to the invention Formalin (a solution of formaldehyde in water). The formalin in turn was in the vehicle of the flux dissolved

Als Trägersubstanz wird Äthylalkohol bevorzugt Äthylalkohol verhindert nicht nur eine Polymerisation des Formaldehyds, sondern macht sogar eine bereits eingetretene Polymerisation rückgängig. Die Verwendung anderer Trägersubstanzen, wie z. B. Isopropanol, ist möglich, jedoch kann dann eine unerwünschte Polymerisation des Furmaldehyds auftreten.Ethyl alcohol is the preferred carrier substance. Ethyl alcohol not only prevents polymerization of formaldehyde, but even reverses polymerization that has already occurred. The usage other carrier substances, such as. B. isopropanol, is possible, but then an undesirable one Polymerization of the furmaldehyde occur.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung wird dem Flußmittel eine höhermolekulare organische halogenfreie Verbindung beigefügt die zur Beeinflussung der Oberflächenspannung des Lotes dient und eine Oxidation während des Lötprozesses verhindert Als derartige Verbindung eignen sich Naturharze, wie zum Beispiel Bernsteinsäure. Auch die Verwendung von höherwertigen Alkoholen, wie beispielsweise Glyzerin ist möglich. Die Konzentration der dem Flußmittel beigefügten Verbindung wird in Abhängigkeit von der Konzentration des FormaSdehyds, der Stärke des Ftußmittelaufträges, der Löttemperatur und der Lötzeit gewählt SSIn an expedient further development of the invention, the flux is an organic one with a higher molecular weight halogen-free compound added which serves to influence the surface tension of the solder and a Oxidation during the soldering process prevented. Natural resins such as Example succinic acid. Also the use of higher alcohols such as glycerine is possible. The concentration of the compound added to the flux will depend on the Concentration of FormaSdehyde, the strength of the Soldering agent application, the soldering temperature and the soldering time elected SS

Weiter ist es günstig bei dem Flußmittel nach der Erfindung den Anteil des Wassers möglichst gering zu halten. Die Konzentration des Reduktionsmittels wird außerdem dahingehend optimiert, daß einerseits das Löten zuverlässig erfolgt jedoch andererseits keine nennenswerte Geruchsbelästigung am ArbeitsplatzIt is also advantageous to keep the proportion of water as low as possible in the flux according to the invention keep. The concentration of the reducing agent is also optimized so that on the one hand the On the other hand, soldering reliably does not produce any noteworthy odor nuisance at the workplace

auftritt, _ Im folgenden soll die Erfindung anhand einesoccurs, _ In the following the invention is based on a

Beispiels näher erlSuteri werden,Be explained in more detail, for example,

Als Trägersubsianz for da& Flußmittel wird von handelsüblichem SWoigem vergälltem Äthylalkohol ausgegangen, Es is», jedoch darauf zu achten, welches Vergasungsmittel verwendet wurde, Es ist beispielsweise nicht zulässig, Äthylalkohol zu verwenden, der mit einer oxidierend wirkenden Substanz, wie z, B, Piridin, vergällt ist. Bewährt hat sich mit Toluol vergällter Äthylalkohol, 100 cm³ des Äthy'plkohols werden dann etwa 0,1 bis 1 cm³ Formalin zugesetzt, Verwendet wurde eine wässerige Lösung mit 35% Formaldehyd. In das Gemisch aus Äthylalkohol und Formalin wird dann unter Anwärmen etwa 1,5 g Bernsteinsäure gegeben. Das so erhaltene Flußmittel wird kurzfristig, höchstens eine halbe Stunde vor dem Löten auf die Lötseite einer Leiterplatte aufgetragen.Commercially available denatured ethyl alcohol is assumed as the carrier subsidy for da & flux. It is important, however, to be careful which gasifying agent was used , is denatured. Ethyl alcohol denatured with toluene has proven ^{useful, 100 cm 3 of} the ethyl alcohol are then added about 0.1 to 1 cm ^{3 of} formalin, an aqueous solution with 35% formaldehyde was used. About 1.5 g of succinic acid are then added to the mixture of ethyl alcohol and formalin while warming. The flux obtained in this way is applied to the soldering side of a circuit board for a short time, at most half an hour before soldering.

Sobald die Leiterplatte in die Vorheizzone der Lötmaschine gelangt, verdampft der Alkohol und zurück bleibt eine dünne Haut bestehend aus in Wasser gelöstem Formaldehyd und Bernsteinsäure. Gelangt danach die Leiterplatte in das Lötbad zersetzt sich die Formalinlösung in gasförmiges Formaldehyd und Wasserdampf und die Bernsteinsäure wird in Bernsteinsäurehydrid umgewandelt Während der Reaktionszeit liegt somit ein Gaspolster vor. Es hat sich gezeigt, daß das Verfahren nach Erfindung bevorzugt mit Schlepplöteinrichtungen ausführbar ist.As soon as the circuit board gets into the preheating zone of the soldering machine, the alcohol evaporates and What remains is a thin skin consisting of formaldehyde and succinic acid dissolved in water. Got there then the circuit board in the solder bath decomposes the formalin solution into gaseous formaldehyde and Water vapor and the succinic acid is converted to succinic hydride during the reaction time there is thus a gas cushion. It has been shown that the method according to the invention preferably with drag soldering devices is executable.

Das Bernsteinsäureanhydrid beeinflußt in erwünschter Weise die Oberflächenspannung des Lotes und verdampft während der Lötzeit. Während der Wasseranteil des Formalin unmittelbar verdampft, wirkt das freigesetzte Formaldehyd reduzierend auf Metalloxide und — Hydroxide. Dabei bilden sich — im Gegensatz zu der Wirkung üblicher Flußmittel — keine Metallsalze. Nichtreduzierbare Metalloxide und -hydroxide werden abgesprengt und abgeschwemmt Die somit gereinigten Metalloberflächen werden dann vom Lot benetzt Nach dem Löten weist die Leiterplatte keine Rückstände auf, da sämtliche bestandteile des Flußmittels während des Lötens verdampft sind.The succinic anhydride influences the surface tension of the solder and in a desired manner evaporates during the soldering time. This works while the water content of the formalin evaporates immediately Released formaldehyde reducing to metal oxides and hydroxides. In contrast to the effect of common fluxes - no metal salts. Irreducible metal oxides and hydroxides become blasted off and washed away The metal surfaces cleaned in this way are then wetted by the solder The circuit board has no residues after soldering, since all components of the flux during the Soldering are evaporated.

Als weiterer besonderer Vorteil ist bei der Anwendung des Flußmittels nach der Erfindung zu werten, daß Blaseneinschlüsse in Lötstellen — wie sie hin- und wieder bei Verwendung von Flußmitteln auf Kolophoniumbasis auftreten — nicht beobachtet worden sind. Derartige Blaseneinschlüsse entstehen, sofern unter der Kupferplattierung einer Leiterplatte etwas Elektrolytflüssigkeit eingeschlossen ist. Beim Löten wird das Wasser der Elektrolytflüssigkeit bei etwa 240·* Celsius als Wasserdampf freigesetzt Die bei Verwendung von kolophoniumhaltigen Flußmitteln in derartigen Fällen beobachteten Blaseneinschlüsse in einer Lötstelle beruhen offenbar darauf, daß Kolophonium Wasser abstößtAs a further particular advantage in the application of the flux is to be considered according to the invention is that bubble inclusions in solder joints - have not been observed - as back and re-occur with the use of rosin-based fluxes. Such bubble inclusions arise if some electrolyte liquid is trapped under the copper plating of a circuit board. During soldering, the water in the electrolyte liquid is released as water vapor at about 240 * Celsius. The bubble inclusions observed in a soldered joint when using rosin-containing fluxes are apparently based on the fact that rosin repels water

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere dadurch gegeben, daß ein Flußmittel zum Löten von gedruckten Schaltungen geschaffen wurde, von dem nach dem Löten keine Rückstände auf der gedrückten Schaltung verbleiben.The advantages achieved by the invention are given in particular that a flux for Soldering of printed circuit boards was created, from which after soldering there is no residue on the pressed circuit remain.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: '^v I, Verfahren zum Löten, insbesondere von gedruckten Schaltungen, bei dem vor dem Löten ein Flußmittel - bestehend aus einer Trägersubstanz ' ^v I, method for soldering, in particular of printed circuits, in which, before soldering, a flux - consisting of a carrier substance _x und mindestens einem Reduktionsmittel — auf die _x and at least one reducing agent - to the •zu lötenden Stellen aufgetragen wird, bei dem durch die Erwärmung beim Löten die Trägersubstanz• The areas to be soldered are applied in which the carrier substance is created by the heating during soldering »verdampft wird und bei dem Metalloxide teilweise reduziert und teilweise abgeschwemmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trägersubstanz als Reduktionsmittel ein Gas gelöst wird und daß mit der Verdampfung der Trägersubstanz das Reduktionsmittel als Gas wieder freigesetzt wird.»Is evaporated and in which metal oxides are partially reduced and partially washed away, characterized in that a gas is dissolved in the carrier substance as a reducing agent and that with the evaporation of the carrier substance, the reducing agent is released again as a gas will. 2. Flußmittel zur Durchführung des Verfahrens ^Enach Anspruch 1, mit einer organischen, halogenfreien Trägersubstanz, dadurch gekennzeichnet, daß Formaldehyd (H2CO) in Wasser gelöst ist (Formalin) und daß das Formalin in der Trägersubstanz gelöst ist.2. Flux for carrying out method ^E according to claim 1, with an organic, halogen-free carrier substance, characterized in that formaldehyde (H2CO) is dissolved in water (formalin) and that the formalin is dissolved in the carrier substance. 3. Flußmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägersubstanz Äthylalkohol (C2H5OH) vorgesehen ist.3. Flux according to claim 2, characterized in that that ethyl alcohol (C2H5OH) is provided as the carrier substance. 4. Flußmittel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine höhermolekulare organische halogenfreie Verbindung vorgesehen ist, die zur Beeinflussung der Oberflächenspannung des Lotes dient.4. Flux according to claim 2 or 3, characterized in that a higher molecular weight organic Halogen-free connection is provided, which is used to influence the surface tension of the solder serves. 5. Flußmittel nach den Ansprüchen 2 bis 4 gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung5. Flux according to Claims 2 to 4, characterized by the following composition 100 cm¹ Äthylalkohol (96 %)
0,2 cm' Formalin (35%)
1,5 g Bernsteinsäure100 cm ¹ ethyl alcohol (96%)
0.2 cm 'formalin (35%)
1.5 g succinic acid