DE2906802C2

DE2906802C2 - Verfahren zur Vorbehandlung von Leichtmetallen vor dem Löten

Info

Publication number: DE2906802C2
Application number: DE19792906802
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 8755 Alzenau Koehler
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1979-02-22
Filing date: 1979-02-22
Publication date: 1986-07-03
Also published as: DE2906802A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung von Leichtmetalloberflächen vor dem Löten (die üblicherweise mit einer Oxidschicht bedeckt sind), insbesondere von Aluminium, Titan, Magnesium, Beryllium und deren Legierungen, durch Aufbringen metallischer Schichten. Das erfindungsgemäße Verfahren i.»l besonders vorteilhaft beim Weichlöten dieser Metalle.

Zum Hartlöten von Leichtmetallen ist die Verwendung von Spezial-Loten bekannt. Durch Anwendung sehr aggressiver Flußmittel wird dabei die oxidische Oberfläche angeätzt, so daß eine Lotbenetzung stattfinden kann. Das Weichlöten bereitet in den meisten Fällen jedoch größte Schwierigkeiten und ist bei Magnesium und seinen Legierungen sowie bei AI-Gußlegierungen bisher überhaupt nicht oder nur unter Verwendung von Spezialverfahren (Ultraschall, Reiblöten) möglich. Bekannte aggressive Aluminium-Weichlot-Flußmittel können in der Elektronik-Industrie beispielsweise nicht verwendet werden.

Es ist bekannt, auf Aluminiumoberflächen metallische Schichten, wie Nickel, Kupfer, Silber, Zinn oder Zink, zur Verbesserung der Lötfähigkeit galvanisch abzuscheiden, doch sind diese Schichten nicht genügend haftfest.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, dünne Nickeloder Nickellegierungsschichten, wie z. B. Nickel-Palladiumschichten, auf die zu lötende Unterlage aufzubringen, insbesondere durch Aufdampfen oder Aufsputtern. Diese Verfahren haben aber gewisse Nachteile, da Nickel, vor allem in Dampfform, toxisch wirkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Vorbehandlung von Leichtmetalloberflächen vor dem Löten zu finden, insbesondere von Aluminium, Titan, Magnesium, Beryllium und deren Legierungen, damit sie sich insbesondere mit normalen Weichloten unter Einsatz der hierfür üblichen Weichlot-Flußmittel fehlerfrei und haftfest löten lassen. Dabei sollten keine toxisch wirkenden Materialien Verwendung finden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf die zu lötende Oberfläche eine Schicht aus einer Palladium-Legierung mit Kobalt und/oder Eisen aufgebracht wird. Vorzugsweise enthalten diese Legierungen 20 bis 70% Kobalt und/oder Eisen und werden in einer Dicke von 0,05 bis 15 μπι aufgebracht.

Diese Oberzüge zeigen überraschenderweise eine sehr gute Haftung auf dem Leichtmetall, insbesondere wenn sie durch Aufdampfen im Vakuum oder durch einen Sputterprozeß aufgebracht wurden. Die Haftung der aufgesputterten Metallatome ist dabei größer als bei einer normalen Hochvakuumbedampfung.

Eine noch bessere Haftung der Auflage auf den zu belötenden Leichtmetalloberflächen wird durch einen vorhergehenden Ionenbeschuß (Glimmentladung) erzielt, wodurch die oxidische Oberfläche zum Teil aufgerauht oder auch sogar abgetragen wird, so daß das Oberzugsmetall sich an das reine Grur.d-Metaü anlagern, kann.

Es gibt jedoch auch Leichtmetall-Legierungen, z. B. solche, die Zink und/oder Kadmium enthalten, bei denen dieser Legierungspartner bereits bei der durch den Ionenbeschuß entstehenden Wärme an die Oberfläche diffundiert und sogar teilweise abdampft. Hier ist eine derartige Vorbehandlung ungeeignet. Gut bewährt haben sich bei solchen Leichtmetallegierungen dünne, durch Sputtern aufgebrachte Hart-Zwischenschichten aus Chrom, Titan, Magnesium oder Aluminium in einer Stärke von vorzugsweise 0,02 bis 0,2 um. Besonders bewährt haben sich Titanschichten bei Magnesium oder Magnesiumlegierungen zur Erhöhung der Haftfestigkeit; derartige Zwischenschichen aus Chrom, Titan, Magnesium oder Aluminium sind auch bei nicht zinkhaltigen Leichtmetallegierungen zur Erhöhung der Haftfestigkeit oft von Vorteil. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Palladium-Kobalt- oder Palladium-Eisen-Legierungsauflagen ist deren hohe Kratzfestigkeit, die erheblich höher ist als die der einzelnen Komponenten. Aluminium-Folien oder -Bleche, die mit einer etwa 2 μπι dicken Auflage aus Pd 50Co versehen sind, können deshalb ohne besondere Vorsicht hantiert und gelagert werden. Beryllium-Scheiben können nach Aufbringen der Palladium-Legierung auch nach längerer Lagerung noch ohne Schwierigkeit gelötet werden.

Folgende Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern:

1. Abschnitte einer Aluminiumfolie von 20 μπι Dicke wurden in einer Sputteranlage herkömmlicher Bauart (Dioden-Sysem) auf den Substrat-Teller aufgelegt. Der Rezipient wurde auf einem Druck von 6 ■ 10"⁶ Torr evakuiert, dann wurde Argon eingelassen und so reguliert, daß bei laufender Pumpe und strömendem Gas der Druck 8 · 10"³ Torr betrug. Zunächst wurde ♦ die Folie durch »Sputter-Ätzen« (Ionenbeschuß) 5 min vorgereinigt. Anschließend erhielt die Folie unter einem Target aus Pd50% Co eine Auflage aus einer 0,1 μπι dicken PdSOCo-Schicht. Diese so behandelten Al-Folien ließen sich mit Weichlot fehlerfrei löten.

2. »Beryllium-Fenster« für Röntgenröhren müssen in entsprechend gearbeitete Rohrstücke, z. B. aus Vacon-Metall, hart eingelötet werden. Bei dieser Lötung verhindern die oxidischen Metalloberflächen eine Lötung. Man kann das Oxid mechanisch sofort vor der Durchführung des Lötprozesses entfernen, besser geeignet ist aber eine erfindungsgemäße Beschichtung.

Hierzu wurden die nur am Rand zu lötenden Scheiben in der Mitte mit einem Drehteil abgedeckt. Dann wurden diese Scheiben in der erwähnten Sputteranlage auf den Substrat-Teller gelegt. Der Rezipient wurde bis 6 · 10"⁶ Torr evakuiert, anschließend mit Argon ein Arbeitsdruck von 1 · 10~² Torr eingestellt. Durch Sputter-Ätzen wurde die Oxidschicht von den Beryllium-Scheiben entfernt. Dann erhielten die Scheiben eine Randbeschichtung mit einer 2 um dicken Pd50Co-Auflage unter einem Pd50% Co-Target. Der beschichtete Streifen war etwa 2 mm breit. Diese so beschichteten Be-Bleche ließen sich auch nach einer mehrmonatigen Lagerung noch fehlerfrei mit Hartlot (z. B. 65% Ag, 20% Cu, 15% Pd) bei ca. 900° C in Rohrstutzen aus Vacon durch induktive Erwärmung im Vakuum einleiten. Das Lot verlief gleichmäßig, die Lötung war vakuumdicht.
3. Aluminiumbleche wurden in einer Aufdampfanlage herkömmlicht« Bauart an einem Drehteller in 200 mm Abstand von den Verdampfern montiert. Nach dem Evakuieren erfolgte bei einem Druck von ca. 1 · 10"² Torr eine Vorreinigung der AI-Oberflächen durch eine Glimmentladung. Der Rezipient wurde dann auf einen Druck von 5-10"⁵ Torr evakuiert. Aus einem Verdampfer wurde zunächst Chrom abgedampft (sublimiert) bei ca. 1150° C bis zu einer Schichtdicke von ca. 0,1 μΐη. Anschließend wurde bei gleichem Vakuum aus einem 2. Verdampfer bei ca. 1250 bis 1300° C eine Legierung aus Pd50% Fe verdampft, so daß eine Auflage von ca. 1 μπι Dicke auf den Blechen entstand. Der Drehteller mit den Blechen rotierte bei dem Glimmprozeß ebenso wie bei den Bedampfungen.

Diese Bleche ließen sich mit handelsüblichen Weichloten gut löten; es wurden gut haftende und gleichmäßig verlaufende Lötzonen erreicht; unter Verwendung üblicher Schwall-Lotmaschinen konnte eine gleichmäßige Belotung erzielt werden.

Durch Abdeckung einzelner Partien, z. B. mittels Schablonen, bei der Bedampfung oder Beschichtung durch Sputterprozeß war es möglich, nur einzelne Teile der Bleche partiell mit der Lot-Haftschicht zu versehen. An den nicht beschichteten Flächen haftete dann das Lot nicht.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vorbehandlung von Leichtmetalloberflächen, insbesondere von Aluminium, Titan, Magnesium, Beryllium und ihren Legierungen, vor dem Löten, durch Aufbringung metallischer Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zu lötende Oberfläche eine Schicht aus einer Palladium-Legierung mit Kobalt und/oder Eisen aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Palladium-Legierung 20 bis 70% Kobalt und/oder Eisen enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung noch zusätzlich 3 bis 20% Chrom und/oder Mangan und/oder Titan enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungsschicht durch Aufdampfen im Vakuum oder durch Zerstäuben (Sputtern) 2'jf-ebracht wird

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu lötende Leichtmetalloberfläche vor dem Aufbringen der Legierungsschicht zunächst durch Ionenbeschuß (Sputter-Ätzen) gereinigt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Legierungsschicht zunächst eine dünne Haftschicht aus Chrom, Titan, Magnesium oder Aluminium aufgedampft oder aufgesplittert wird.