DE1957033A1 - Process for the production of tin layers or tin alloy layers on wire made of copper or copper alloys by hot-dip tin plating and apparatus for carrying out the process - Google Patents
Process for the production of tin layers or tin alloy layers on wire made of copper or copper alloys by hot-dip tin plating and apparatus for carrying out the processInfo
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Description
Verfahren zum Herstellen von Zinnschichten oder Zinnlegierungsschichten auf Draht aus Kupfer oder Kupferlegierungen durch Feuerverzinnen und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensProcess for producing tin layers or tin alloy layers on wire made of copper or copper alloys by hot-dip tinning and a device for carrying out the process
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Zinnschichten oder Zinnlegierungssehichten auf Draht aus Kupfer oder Kupferlegierungen durch Feuerverzinnen mit einer über den Drahtumfang gleichmäßigen Dicke >'?/um, bei dem der Draht ein Zinnbad oder Zinnlegierungsbad durchläuft und durch eine profilierte Abstreifdüse geführt wird und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for producing tin layers or tin alloy layers on wire made of copper or Copper alloys by hot-dip tinning with one over the wire circumference uniform thickness> '? / um, in which the wire is a tin bath or tin alloy bath and is passed through a profiled wiping nozzle and a device for implementation of the procedure.
Für eine einwandfreie lötbarkeit dickverzinnter Kupferschaltdrähte ist eine Mindestschichtdicke von 3 /um Zinn oder Zinnlegierung an jeder Stelle des Drahtes erforderlich. Es sind bereits verschiedene Verzinnungsverfahren zum Herstellen von Kupfersehaltdrahten bekannt oder vorgeschlagen worden, bei denen man das Ziel verfolgt, festhaftende, gleichmäßig dicke, gut lötfähige Zinnschichten auf Kupferdrähten zu schaffen.. Man kann dazu den Kupferdraht sowohl vor dem Einführen in das Zinnbad als auch nach dem Austritt aus dem Zinnbad geeignet behandeln.For perfect solderability of thickly tinned copper jumper wires is a minimum layer thickness of 3 / µm tin or tin alloy required at every point of the wire. There are already Various tinning processes for producing copper retaining wires have been known or proposed in which one pursues the goal of being firmly adherent, evenly thick, good To create solderable tin layers on copper wires. You can do this both before inserting the copper wire into the tin bath Treat appropriately even after leaving the tin bath.
Bekannt ist, z.B. aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 521 zum Herstellen einer Zinnschicht der mittleren Dicke zwischen 3 und 10 /Um auf Drähten aus Kupfer oder Kupferlegierungen durch Feuerverzinnen eine auf einen Draht mit kreisförmigem Querschnitt aufgebrachte Zinnschicht beim Durchgang durch eine Abstreifdüse mit polygonem Querschnitt zu einer über den Umfang des Drahtes schwankenden, jedoch in den Sektoren gleichen mittleren Zinnschiehtdicke zu verteiLen und diese unmittelbar darauf mit einerIs known, e.g. from the German Offenlegungsschrift 1 521 to produce a tin layer of average thickness between 3 and 10 / um on copper or copper alloy wires Hot-dip tinning one on a wire with a circular cross-section applied tin layer when passing through a wiping nozzle with a polygonal cross-section to one over the circumference of the wire fluctuating, but the same average tin layer thickness in the sectors to distribute and this immediately afterwards with a
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Kalibrierdüse mit kreisförmigem Querschnitt zu gleichmäßiger Schichtdicke zu verformen.To deform the calibration nozzle with a circular cross-section to a uniform layer thickness.
Aus der englischen Patentschrift 921 755 ist es beispielsweise bekannt, eine Abstreifdüse auf der Oberfläche des Zinnbades anzuordnen. Diese Abstreifdüse besitzt eine Bohrung mit kreisförmigem Querschnitt. Da bei der in der britischen Patentschrift 921 755 beschriebenen Vorrichtung der Draht das Zinnbad am Boden des Badegefäßes verläßt, soll mit dieser Abstreifdüse in erster Linie ein Auslaufen des Zinnbades verhindert werden.From the English patent specification 921 755 it is for example known to arrange a wiping nozzle on the surface of the tin bath. This air knife has a bore with a circular cross-section. As in the case of the British patent 921 755 described device, the wire leaves the tin bath at the bottom of the bathing vessel, should with this wiping nozzle in First and foremost, leakage of the tin bath can be prevented.
Dem bekannten Verfahren haften noch Mangel in der laufenden Fertigung an. Vor allem treten noch Schichtdickenschwankungen auf und es ist schwierig, die Schichtdicke einzustellen. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu überwinden.The known method is still liable to deficiencies in the current one Manufacturing. In particular, there are still fluctuations in the layer thickness and it is difficult to adjust the layer thickness. task the invention is to overcome these disadvantages.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Abstreifdüse verwendet wird, deren Auslauföffnung unterhalb der Badoberfläche angeordnet ist.According to the invention, this object is achieved in a method of the above mentioned type solved in that a wiping nozzle is used, the outlet opening below the bath surface is arranged.
Die Auslauföffnung kann wenigstens 5 mm unterhalb der Badober- fläche angeordnet sein. Vorteilhaft ist es, zwischen der Einlauföffnung der Abstreifdüse und der letzten Berührungsstelle zwischen Draht und einem Festkörper im Bad einen Abstand zu wäh^ len, der zur Ausbildung einer laminarströmung in der Umgebung des bewegten Drahtes ausreicht. Bei einer Drahtgeschwindigkeit von 1 bis 3 m/sek. kann ein Abstand von wenigstens 10 cm zwischen der Einlauf öffnung und der letzten Berührungsstell-e eingestellt werden.The outlet opening can be at least 5 mm below the surface of the bath be arranged. It is advantageous between the inlet opening of the wiping nozzle and the last point of contact a distance between the wire and a solid body in the bathroom should be selected len, which is responsible for the formation of a laminar flow in the area of the moving wire is sufficient. At a wire speed from 1 to 3 m / sec. there can be a distance of at least 10 cm between the inlet opening and the last contact point can be set.
Vorzugsweise wird eine Abstreifdüse verwendet, deren Bohrungs- , querschnitt von einem Wellenzug begrenzt ist, wobei der fellen-..A wiping nozzle is preferably used, the bore, cross-section is limited by a wave train, with the skin ..
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zug zwischen zwei konzentrischen Kreisen verläuft, die Radien der Kreise an den Radius des Drahtes angepaßt sind und auf jeden Millimeter des Umf angs des inneren der konzentrischen Kreise 3-15 Halbwellen entfallen. Es kann eine Abstreifdüse mit b bis 8 Halbwellen pro 'Millimeter des Umfangs verwendet werden. .train runs between two concentric circles, the radii of the circles are adapted to the radius of the wire and 3-15 half-waves are accounted for every millimeter of the circumference of the inner of the concentric circles. A wiping nozzle with b up to 8 half-waves per millimeter of the circumference can be used. .
Die Temperatur der Abstreifdüse kann durch die Badtemperatur bestimmt werden.The temperature of the air knife can be determined by the bath temperature.
Mit dem erfindungsgemäßen ?erfahren werden verzinnte Kupfer- . schaltdrähte erhalten, die mit einer Zinnschicht gleichmäßiger ™ Dicke über den gesamten Umfang des Drahtes versehen sind. Durch das Eintauchen der Abstreifdüse in das Zinnbad entsteht ein hydrostatischer Druck im unteren Teil der Düse, der mit wachsender Eintauchtiefe zunimmt. Der in das Zinnbad einlaufende Kupfersehaltdraht hat eine laminare Strömung im Zinnbad zur Folge. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Parameter so eingestellt, daß diese Laminarströmung bis zum Einlaufen des Kupferschaltdrahtes in die Abstreifdüse nicht gestört ist. Die gleichmäßige Zinnschicht wird durch den aufgebauten hydrostatischen Druck, die Laminarströmung in der Umgebung des bewegten Drahtes und die Geometrie der profilierten Abstreifdüse erreicht. Durch die Geometrie der profilierten Abstreifdüse wird Jj der Bernoullieffekt, der sogenannte hydrodynamische Druck, der ' bei Verwendung von Düsen mit kreisrundem Bohrungsquerschnitt zu asymmetrischen Lagen des Drahtes innerhalb der Abstreifdüse und damit zu sichelförmigen Zinnschichten auf den Kupferdraht führt, vermieden. Durch die Wahl der Wellenhöhe, d.h. durch die Wahl des Abstandes zwischen den beiden konzentrischen Kreisen, zwischen denen der Wellenzug verläuft, durch die Eintauchtiefe der Düse unter den Badspiegel und mit der Drahtgeschwindigkeit wird die Zinnschichtdicke festgelegt. Dabei lassen sich bei der Anpassung an dem Drahtradius die Toleranzgrenzen liir den Drahtradius be-Tinned copper can be experienced with the invention. jumper wires obtained, which are provided with a tin layer of uniform ™ thickness over the entire circumference of the wire. When the wiping nozzle is immersed in the tin bath, hydrostatic pressure is created in the lower part of the nozzle, which is also increasing immersion depth increases. The one entering the tin bath Copper wire has a laminar flow in the tin bath Episode. In the method according to the invention, the parameters are set so that this laminar flow to the entry of the Copper wire in the air knife is not disturbed. the uniform tin layer is built up by the hydrostatic Pressure, the laminar flow in the vicinity of the moving wire and the geometry of the profiled air knife. Due to the geometry of the profiled air knife, Jj the Bernoullie effect, the so-called hydrodynamic pressure, the ' when using nozzles with a circular bore cross-section to asymmetrical layers of the wire within the wiping nozzle and thus leading to crescent-shaped tin layers on the copper wire, avoided. By choosing the wave height, i.e. by choosing the distance between the two concentric circles, between where the wave train runs, through the immersion depth of the nozzle under the bath level and with the wire speed, the Tin layer thickness specified. When adapting to the wire radius, the tolerance limits for the wire radius can be
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rücksichtigen. Diese Einstellung der Zinnschichtdicke kann auch noch für hohe Drahtgeschwindigkeiten, d.h. für Drahtgeschwindigkeiten oberhalb von 1 m/sek. vorgenommen werden. Das erfindungsgemäße- Verfahren läßt sich daher vielfältig und äußerst wirtschaftlich anwenden. Durch das Eintauchen der profilierten Abstreifdüse .in das Zinnbad wird außerdem vermieden, daß Zinnoxide in die Zinnschicht des Drahtes eingeführt werden. Das Zinn, das sich unterhalb der Einlauföffnung der Abstreifdüse befindet, wird durch die bewegten vom Zinndraht mittransportierte Zinngrenzschicht laufend erneuert, da nur ein Teil dieser Grenzschicht in die Düse einläuft. Der Zinnbadbereich unmittelbar vor der Einlauföffnung ist daher sehr sauber und oxidfrei. Es ist deswegen auch nicht erforderlich, organische Substanzen, beispMsweise Öl als Abdeckmittel auf dem Zinnbad zu verwenden, wie es bei den bekannten Verfahren üblich ist. Somit entstehen keine Krackprodukte, die häufig zu einer Störung der Zinnschicht führen. Um das Bad sauberzuhalten, kann die restliche Zinnbadoberfläche durch Eisenbleche abgedeckt werden. Ein Teil der freien Zinnbadoberfläche, der im Einlaufbereich des Drahtes in das Zinnbad liegt, wird mit Holzkohle abgedeckt. Dadurch ist die mit Luftlreagierende freie Zinnschicht auf ein Minimum begrenzt. Anzuführen ist, daß bei Verwendung von Reinzinnbädern die Temperatur sich auf 260 0C senken läßt. Dadurch wird beim erfindungsgemäßen Verfahren eine kleinere Auflösung von Kupfer im Zinnbad erhalten, da wegen der abgesenkten Badtemperatur auch die Lösungsgeschwindigkeit kleiner ist. Außerdem wird infolge der niedrigeren Badtemperatur auch die Kühlstrecke bis zum Erstarren der Zinnschicht wesentlich gesenkt. Zu erwähnen ist noch, daß bei den bekannten Verfahren mit aus der Zinnbadoberfläche auslaufendem Kupferdraht bei hohen Durchlaufgeschwindigkeiten Zinnfontänen mitgerissen werden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung konnte die Drahtgeschwindigkeit bis zu 10 m/sek. erhöht werden, wobei Störungen durch Spritzen von Zinn nicht auftraten. Es ist somit möglich, die Leistung protake into account. This setting of the tin layer thickness can also be used for high wire speeds, ie for wire speeds above 1 m / sec. be made. The method according to the invention can therefore be used in a variety of ways and extremely economically. Immersing the profiled stripping nozzle into the tin bath also prevents tin oxides from being introduced into the tin layer of the wire. The tin, which is located below the inlet opening of the stripping nozzle, is continuously renewed by the moving tin boundary layer carried along by the tin wire, since only part of this boundary layer runs into the nozzle. The tin bath area immediately in front of the inlet opening is therefore very clean and oxide-free. It is therefore also not necessary to use organic substances, for example oil, as a covering agent on the tin bath, as is customary in the known processes. This means that there are no cracking products, which often lead to a disruption of the tin layer. To keep the bath clean, the remaining surface of the tin bath can be covered with iron sheets. Part of the free surface of the tin bath, which lies in the area where the wire enters the tin bath, is covered with charcoal. As a result, the free tin layer that reacts with air is limited to a minimum. To perform is that when using Reinzinnbädern the temperature can be lowered to 260 0 C. As a result, in the process according to the invention, less dissolution of copper in the tin bath is obtained, since the dissolution rate is also lower because of the lowered bath temperature. In addition, as a result of the lower bath temperature, the cooling distance until the tin layer solidifies is also significantly reduced. It should also be mentioned that in the known processes with copper wire running out of the surface of the tin bath, tin fountains are entrained at high throughput speeds. In the solution according to the invention, the wire speed could be up to 10 m / sec. can be increased, and interference from splashing of tin did not occur. It is thus possible to increase the performance per
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Strang gegenüber den bekannten Verfahren um den Faktor 2 bis 3, in besonderen Fällen um den Faktor 10 zu steigern. Schließlich ist noch vorteilhaft, daß die Abstreifdüse nicht getrennt geheizt werden muß. Die Abstreifdüse wird unmittelbar durch das Zinnbad erhitzt und die Temperatur der Abstreifdüse liegt im Gleichgewichtszustand meist nahe an der'Zinnbadtemperatur. Die Lötbarkeit der erfindungsgemäß verzinnten Kupferdrähte kann nach dem Lotkugeltest geprüft werden. Als Prüfbedingungen sind bei 0,5 mm Drahtdurchmesser ein Lotkugelgewicht von 75 mg, falls SnPb 40 als Lot verwendet wird, und eine Prüftemperatur von 235 C festgelegt. Der eingespannte Draht wird in die flüssige Lotperle eingetaucht und die Zeit gemessen, die verstreicht, bis der Lot-tropfen den gesamten Draht umschlossen hat. Bei erfindungsgemäß verzinnten Drähten liegen diese Lötzeiten auch nach Alterung über mehrere Tage, z.B. durch Tempern, wesentlich unterhalb einer Sekunde, was eine hervorragende Lötbarkeit bedeutet. Wegen dieser guten Lötbarkeit sind die erfindungsgemäß verzinnten Kupferdrähte auch für das Löten mit automatischem Lötverfahren, z.B. für das Schwallöten oder das Hubtauchlöten, geeignet.Strang to increase by a factor of 2 to 3 compared to the known processes, in special cases by a factor of 10. In the end it is also advantageous that the air knife is not heated separately must become. The wiping nozzle is immediately activated by the The tin bath is heated and the temperature of the air knife in the equilibrium state is mostly close to the tin bath temperature. the Solderability of the tinned copper wires according to the invention can be tested according to the solder ball test. The test conditions are at 0.5 mm wire diameter, a solder ball weight of 75 mg, if SnPb 40 is used as solder, and a test temperature of 235 ° C set. The clamped wire is immersed in the liquid solder bead and the time it takes for the solder to drop is measured has enclosed the entire wire. In the case of wires tinned according to the invention, these soldering times are also after aging over several days, e.g. by tempering, significantly less than a second, which means excellent solderability. Because of these good solderability, the tinned copper wires according to the invention are also suitable for soldering with automatic soldering processes, e.g. suitable for wave soldering or dip soldering.
Bei einer vorteilhaften Vorrichtung-zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Abstreifdüse vorgesehen, bei der der Radius des inneren der konzenerischen Kreise zwischen denen der Wellenzug verläuft, 1 bis 10 /um, vorzugsweise 2,5 bis 5 /um größer ist als die obere Toleranzgrenze für den Radius des Drahtes. Vorzugsweise ist eine Abstreifdüse vorgesehen, bei der die Differenz zwischen den Radien des inneren und des äußeren der konzentrischen Kreise, zwischen denen der Wellenzug verläuft, 20 bis 80 /um, vorzugsweise 40 bis 60 /um beträgt.In an advantageous device for carrying out the invention A wiping nozzle is provided in the process which is the radius of the interior of the concentric circles between where the wave train runs, 1 to 10 / µm, preferably 2.5 to 5 / µm larger than the upper tolerance limit for the radius of the wire. A wiping nozzle is preferably provided at which is the difference between the radii of the inner and outer of the concentric circles between which the wave train runs, 20 to 80 µm, preferably 40 to 60 µm.
Die den äußeren der konzentrischen Kreise berührenden Halbwellen des Wellenzuges können wenigstens angenähert kreisbogenförmig sein.The half-waves of the wave train touching the outer of the concentric circles can be at least approximately circular arc-shaped be.
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Vorteilhaft ist es, als Einlauföffnung der Abstreifdüse ein Rohr vorzusehen, das konzentrisch zur Bohrung der Abstreifdüse angeordnet ist. Der Innendurchmesser des Rohres kann bis zu 1,5 mm größer als der Drahtdurchmesser sein. Das Rohr kann bis zu 100 mm lang sein.It is advantageous to use a wiping nozzle as the inlet opening Provide tube that is concentric to the bore of the air knife is arranged. The inside diameter of the pipe can be up to 1.5 mm larger than the wire diameter. The pipe can go up to be 100 mm long.
Die Abstreifdüse kann aus Diamant, Rubin, einem Hartmetall oder aus rostfreiem Stahl hergestellt sein. Die Abstreifdüse kann in einer Halterung angeordnet sein, die so ausgebildet ist, daß die Abstreifdüse parallel zur Ebene der Badoberfläche, in der Zugrichtung und entgegengesetzt zur Zugrichtung des Drahtes beweglich ist. Die Abstreifdüse kann in ein Rohr eingesetzt sein. In an sich bekannter Weise kann der Draht im Bad mit einer Rolle umgelenkt und wenigstens angenähert senkrecht aus dem Bad herausgeführt sein. Die Umlenkrolle und die Abstreifdüse können starr miteinander verbunden sein, wobei der Abstand zwischen Rolle und Auslauföffnung der Abstreifdüse einstellbar ist. Der Abstand zwischen Einlauföffnung der Abstreifdüse und der Umlenkrolle beträgt vorzugsweise wenigstens 10 cm. Durch die Anordnung der Abstreifdüxe in einer Halterung ist eine bequeme Bedienung und Handhabung beim Neueinfädeln des Drahtes innerhalb einer Rolle sichergestellt. Außerdem läßt sich durch das Verbinden der Abstreifdüse und der Umlenkrolle zu einer Einheit das Einfädeln des Drahtes noch wesentlich erleichtern.The wiping nozzle can be made of diamond, ruby, a hard metal or be made of stainless steel. The wiping nozzle can be arranged in a holder which is designed so that the air knife parallel to the plane of the bath surface in which Pulling direction and opposite to the pulling direction of the wire movable is. The wiping nozzle can be inserted into a pipe. In a manner known per se, the wire in the bath can be deflected with a roller and guided out of the bath at least approximately vertically be. The deflection roller and the wiping nozzle can be rigidly connected to one another, with the distance between The roll and outlet opening of the air knife is adjustable. Of the Distance between the inlet opening of the air knife and the deflection roller is preferably at least 10 cm. The arrangement of the Abstreifdüxe in a holder is convenient Operation and handling ensured when re-threading the wire within a roll. In addition, the Connecting the stripping nozzle and the pulley to a unit make threading the wire much easier.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert.The following is the inventive method and an apparatus for its implementation explained in more detail by way of example with reference to FIGS. 1 to 5.
In Fig. 1 ist eine Dickverzinnungsanlage schematisch dargestellt. Der Kupferschaltdraht 1 läuft in der durch Pfeile gekennzeichneten Richtung von einer Abspulvorrichtung 2 ab. Wach zwei Umlenkrollen durchläuft er zunächst in einem Glühofen 3 eine Wasserdampfatmosphäre bei 800 bis 900 0C, in der seineIn Fig. 1, a thick tinning plant is shown schematically. The copper wire 1 runs off an unwinding device 2 in the direction indicated by arrows. When waking up two pulleys, it first passes through an annealing furnace 3 in a steam atmosphere at 800 to 900 0 C, in which its
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Oberfläche gereinigt wird. Weiterhin werden durch die Glühung die geforderten Dehnungewerte von 27 bis 30 % eingestellt. Danach läuft der geglühte Draht 1 in ein Wasserbad 4 ein. Mit einer Trockenbürste 5 wird nach dem Wasserbad 4 das Wasser von der Oberfläche des Drahtes 1 abgestreift. Zur Beseitigung von Oberflächenschichten durchläuft der KupferschaItdraht eine HCl-Beize 6 und läuft in das Zinnbad 7 ein. Die HCl-Beise besteht aus einem mit Salzsäure gefüllten Tropfgefäß. Das Tropfgefäß ist über Abstreifern, die beispielsweise aus Pilz gefertigt sein können·* angeordnet. Die Pilzstreifen des Abstreifers werden mittels der Tropfvorrichtung mit Salzsäure ge- ^j tränkt. .Surface is cleaned. The annealing also sets the required elongation values of 27 to 30 % . The annealed wire 1 then runs into a water bath 4. After the water bath 4, the water is wiped off the surface of the wire 1 with a dry brush 5. To remove surface layers, the copper wire runs through an HCl pickle 6 and runs into the tin bath 7. The HCl-Beise consists of a drip vessel filled with hydrochloric acid. The drip vessel is arranged over wipers, which can be made of mushroom, for example. The mushroom strips of the scraper are soaked with hydrochloric acid by means of the drip device. .
Im Zinnbad 7 wird der Draht 1 mit einer TJmlenkrolle 8 umgelenkt und verläßt das Zinnbad wenigstens angenähert senkrecht.- Um eine Verunreinigung des Zinnbades 7, z.B. auch eine Oxidation an der Oberfläche zu vermeiden, ist das Zinnbad 7 wenigetens im Bereich der Einlaufstelle des Drahtes 1 mit Holzkohle 9 abgedeckt.In the tin bath 7, the wire 1 is deflected with a steering roller 8 and leaves the tin bath at least approximately vertically. - To avoid contamination of the tin bath 7, e.g. also an oxidation The tin bath 7 is to be avoided on the surface Covered with charcoal 9 in the area of the entry point of the wire 1.
Der aus dem Zinnbad 7 auslaufende Kupfersehaltdraht 1 ist durch eine Abstreifdüse 10 geführt, deren AuslaufÖffnung unterhalb der Zinnbadoberfläche angeordnet ist. Die Abstreifdüse 10 ist in ein Rohr 11 eingesetzt und mit diesem Rohr 11 unter die J Oberfläche des Zinnbades 7 gedrückt. Auf die Vorteile dieser Anordnung, bei der ein hydrostatischer Druck in der Einlauf-Öffnung der Abstreifdüse 10 ausgebildet und Verschmutzung durch Oxidationsprodukte im Bereich der Einlaufstelle des Drahtes 1 vermieden wird, wurde bereits ausführlich hingewiesen. Nach Durchlaufen einer Kühlstrecke 12, in der der Draht 1 luftgekühlt wird, wird der Draht über Rollen 13 und 14 umgelenkt und zu einer Aufwickelvorrichtung geführt, die in der Pig. 1 nicht dargestellt ist.The copper retaining wire 1 running out of the tin bath 7 is through a stripping nozzle 10 out, the outlet opening below the tin bath surface is arranged. The wiping nozzle 10 is inserted into a tube 11 and with this tube 11 under the J Surface of the tin bath 7 pressed. On the advantages of this arrangement, in which there is a hydrostatic pressure in the inlet opening of the stripping nozzle 10 and contamination by oxidation products in the area of the entry point of the wire 1 is avoided, has already been pointed out in detail. After passing through a cooling section 12 in which the wire 1 is air-cooled is, the wire is deflected over rollers 13 and 14 and led to a winder, which is in the Pig. 1 is not shown.
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Die Abstreifdüse weist eine Bohrung mit einem Wellenprofil auf. Der innere Durchmesser der Bohrung und die Tiefe der Wellen ist dem Durchmesser des Kupferschaltdrahtes angepaßt. Bezüglich dieser Anpassung wird auf die spätere Figurenbeschreibung verwiesen. Die Abstreifdüse 10 wird durch das Zinnbad bis nahe an die Temperatur des Zinnbades erwärmt. Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die Auslauföffnung der Abstreifdüse 10 wenigstens 5 mm unterhalb der Zinnbadoberlläche liegen sollte. Außerdem sollte bei einer Drahtgeschwindigkeit zwischen 1 und 3 m/sek. der Abstand zwischen der Einlauföffnung der Abstreifdüse 10 und der Umlenkrolle 8 wenigstens'10 cm betragen. In der Umgebung des bewegten Drahtes bildet sich eine laminarströmung aus. Diese Laminarströmung wird durch die Umlenkrolle 8 oder falls vorhanden, durch einen anderen festen Körper, der den bewegten Draht im Zinnbad berührt, gestört. Der Abstand zwischen der Einlauföffnung der Abstreifdüse 10 und der Umlenkrolle 8 muß so groß gewählt werden, daß sich erneut eine ungestörte Laminarströmung im Bereich des bewegten Drahtes 1 beim Einlaufen in die Abstreifdüse 10 ausgebildet hat. Durch die Profilierung der Abstreifdüse, durch den hydrostatischen Druck und durch die Laminarströmung im Bereich des in die Abstreifdüse 10 einlaufenden Drahtes wird eine gleichmäßige Schichtdicke beim Verzinnen des Drahtes sichergestellt.The wiping nozzle has a bore with a wave profile. The inside diameter of the hole and the depth of the shafts is adapted to the diameter of the copper jumper wire. With regard to this adaptation, reference is made to the later description of the figures. The wiping nozzle 10 is heated by the tin bath to close to the temperature of the tin bath. It's still on point out that the outlet opening of the wiping nozzle 10 at least 5 mm below the tin bath surface. aside from that should be at a wire speed between 1 and 3 m / sec. the distance between the inlet opening of the wiping nozzle 10 and the pulley 8 are at least 10 cm. A laminar flow develops in the vicinity of the moving wire. This laminar flow is through the pulley 8 or if present, disturbed by another solid body that touches the moving wire in the tin bath. The distance between the Inlet opening of the stripping nozzle 10 and the deflection roller 8 must be chosen so large that again an undisturbed laminar flow in the area of the moving wire 1 when entering the wiping nozzle 10 has formed. Through the profiling of the air knife, through the hydrostatic pressure and through the Laminar flow in the area of the inlet nozzle 10 Wire ensures a uniform layer thickness when tinning the wire.
In Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Abstreifdüse 10 dargestellt, wobei in der Bohrung 15 der Abstreifdüse ein Kupferdraht 1 ebenfalls im Schnitt gezeigt ist. Die Bohrung 15 der Abstreifdüse 10 weist ein Wellenprofil auf. In der Fig. 2 sind zwei konzentrische Kreise 16 und 17 mit den Radien R1 und Rp eingezeichnet. Zwischen den konzentrischen Kreisen 16 und 17 verläuft der Wellenzug 18. Der Wellenzug 18 besitzt pro Millimeter des Umfangs des inneren Kreises 16 zwischen 3 und 15» vorzugsweise 5 bis 8 Halbwellen. In der Fig. 2 ist eine Düse2 shows a section through a wiper nozzle 10, a copper wire 1 also being shown in section in the bore 15 of the wiper nozzle. The bore 15 of the stripping nozzle 10 has a wave profile. Two concentric circles 16 and 17 with the radii R 1 and Rp are shown in FIG. The wave train 18 runs between the concentric circles 16 and 17. The wave train 18 has between 3 and 15 »preferably 5 to 8 half waves per millimeter of the circumference of the inner circle 16. In Fig. 2 is a nozzle
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für einen Draiitradius R-r, von 0,25 mm dargestellt. Es ist ein geschlossener Wellenzug mit 8 Halbwellen vorgesehen, dies entspricht etwa 5 Halbwellen, bezogen auf die Längeneinheit. Die Radien R1 und R0 und damit die Tiefe (R1-. - R9) der Halbwellen des Wellenzuges 18 sind an den Radius R-q des Drahtes angepaßt. Pur diese Anpassung sind die Toleranzgrenzen für den Drahtradius Rjj und die gewünschte Schichtdicke für die Verzinnung ausschlaggebend. Die Toleranzgrenzen fü? den Drahtdurchmesser R^ gehen im wesentlichen in den Radius R des inneren konzentrischen Kreises 16 ein. Dieser Radius muß wenigstens so groß gewählt werden, daß beim Durchlaufen des Drahtes 1 sich das Wellenprofil nicht in die Drahtoberfläche eingräbt. Günstig ist es, wenn R1 1 bis 10, vorzugsweise 2,5 bis 5 /um größer ist als die obere Toleranzgrenze für den Drahtradius R-q. Die Schichtdicke wird im wesentlichen durch die Tiefe R1 - R? der einzelnen Wellen, durch den Abstand der Wellenmaxima bzw. -minima, d.h. durch die Zahl der Halbwellen pro Millimeter des Umfangs bestimmt.for a wire radius Rr of 0.25 mm. A closed wave train with 8 half waves is provided, this corresponds to about 5 half waves, based on the length unit. The radii R 1 and R 0 and thus the depth (R 1 -. - R 9 ) of the half-waves of the wave train 18 are adapted to the radius Rq of the wire. For this adaptation, the tolerance limits for the wire radius Rjj and the desired layer thickness for the tinning are decisive. The tolerance limits for? the wire diameter R ^ go essentially into the radius R of the inner concentric circle 16. This radius must be chosen to be at least so large that the wave profile does not dig into the wire surface when the wire 1 passes through it. It is favorable if R 1 is 1 to 10, preferably 2.5 to 5 μm, greater than the upper tolerance limit for the wire radius Rq. The layer thickness is essentially determined by the depth R 1 - R ? of the individual waves, determined by the distance between the wave maxima or minima, ie by the number of half waves per millimeter of the circumference.
In Pig. 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt der Abstreifdüse 10 nach Pig. 2 dargestellt. Der Pig. 3 ist zu entnehmen, daß die Halbwellen 18a, die den äußeren konzentrischen Kreis 17 berühren, vorzugsweise wenigstens angenähert halbkreisförmig sind. Der Radius r des einer Halbwelle 18a einbeschriebenen Kreises und die Sehne c, die von den Schnittpunkten des Kreises 19 mit dem inneren konzentrischen Kreis 16 gebildet wird, sind neben der Differenz zwischen den Durchmessern R1 und R2 der konzentrischen Kreise 16 und 17 für die Schichtdicke ausschlaggebend. Der Radius r bzw. die Länge der Sehne c wird durch die Anzahl der Halbwellen des Wellenzuges 18 bestimmt. Es hat sich gezeigt, daß für eine Schichtdicke, die zwischen 3 /um und ungefähr 7 /um liegt, die Anzahl der Halbwellen pro Millimeter des Umfangs R1 des Kreises 16 zwischen 3 und 15 liegen muß, wobei die Differenz R1 - Rp zwischen den Radien R1 und Rp der konzentrischen KreiseIn Pig. 3 is an enlarged section of the Pig wiping nozzle 10. 2 shown. The Pig. 3 it can be seen that the half-waves 18a which touch the outer concentric circle 17 are preferably at least approximately semicircular. The radius r of the circle inscribed in a half-wave 18a and the chord c, which is formed by the intersection points of the circle 19 with the inner concentric circle 16, are in addition to the difference between the diameters R 1 and R 2 of the concentric circles 16 and 17 for the Layer thickness is decisive. The radius r or the length of the chord c is determined by the number of half waves of the wave train 18. It has been shown that for a layer thickness between 3 / um and approximately 7 / um, the number of half waves per millimeter of the circumference R 1 of the circle 16 must be between 3 and 15, the difference R 1 - Rp between the radii R 1 and Rp of the concentric circles
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16 und 17 von 20 bis 80 /um, vorzugsweise zwischen 40 und 60 /um variiert werden kann. Mit einer so bemessenen Abstreifdüse wird die auf dem Draht haftende Zinnschicht profiliert. Die anschließende Grlättung wird durch die Oberflächenspannung der profilierten Zinnschicht von selbst herbeigeführt, wobei durch die Form der Profilierung eine gleichmäßige mittlere Schichtdicke wenigstens angenähert konstanter Größe über den gesamten Drahtumfang erreicht wird. Damit erhält man die bereits geschilderten Vorzüge und die hervorragenden Löteigenschaften des nach' dem erfindungsgemäßen Verfahren verzinnten Kupferschaltdrahtes. 16 and 17 from 20 to 80 μm, preferably between 40 and 60 μm can be varied. With a wiping nozzle dimensioned in this way the tin layer adhering to the wire is profiled. The subsequent smoothing is caused by the surface tension of the profiled tin layer brought about by itself, with a uniform average layer thickness due to the shape of the profiling at least approximately constant size is achieved over the entire wire circumference. This gives you the ones already described Advantages and the excellent soldering properties of the tinned copper wire according to the method according to the invention.
TJm eine möglichst hohe Standfestigkeit der Abstreifdüse 10 zu erreichen, wird diese aus Diamant, Rubin, einem Hartmetall oder aus rostfreiem Stahl hergestellt. Zur Herstellung geht man von einer Abstreifdüse mit einer kreisförmigen Bohrung aus, deren Durchmesser 2R1 ist. Zur Herstellung einer Abstreifdüse gemäß Fig. 2 mit 8 Halbwellen für einen Drähtradius Rj. von 0,25 mm wird die Düse in eine achteckige Haltevorrichtung angespannt und ein Wolframdraht vom Durchmesser r durch die Bohrung der Düse gefädelt und in einer exakten Führung hin- und herbewegt. Als Schleifmittel kann Diamantboard verwendet werden. Die Bearbeitung wird schrittweise durchgeführt und die Wellentiefe mikroskopisch ausgemesaen. Nach Ausschleifen einer Halbwelle wird die Einspannvorrichtung auf die nächste Polygonfläche gestellt, so daß der Reihe nach alle kreisbogenförmigen Halbwellen eingearbeitet werden. Die scharfen Kanten werden anschließend durch Nachpolieren abgerundet. Für den speziellen Fall eines zu verzinnenden, 0,500 mm starken Kupferdrahtes mit den Toleranzgrenzen 0,497 bis 0,508 mm hat die profilierte Abstreifdüse 10 mit 8 Halbwellen die folgenden Abmessungen: Radius R.. 0,259 mm; Radius R2 0,299 mm. Bei der Dickverzinnung mit dieser profilierten Abstreifdüse, die in eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 eingesetzt wurde, wurde ein Reinzinnbad mit einerTo achieve the highest possible stability of the wiping nozzle 10, it is made of diamond, ruby, a hard metal or stainless steel. Production is based on a wiping nozzle with a circular bore, the diameter of which is 2R 1 . To produce a stripping nozzle according to FIG. 2 with 8 half-waves for a wire radius Rj. Of 0.25 mm, the nozzle is clamped in an octagonal holding device and a tungsten wire with diameter r is threaded through the bore of the nozzle and moved back and forth in an exact guide . Diamond board can be used as an abrasive. The processing is carried out step by step and the wave depth is measured microscopically. After grinding out a half-wave, the jig is placed on the next polygonal surface, so that all circular-arc-shaped half-waves are worked in one after the other. The sharp edges are then rounded off by polishing. For the special case of a 0.500 mm thick copper wire to be tinned with the tolerance limits 0.497 to 0.508 mm, the profiled wiping nozzle 10 with 8 half-waves has the following dimensions: Radius R .. 0.259 mm; Radius R 2 0.299 mm. When thick tinning with this profiled wiping nozzle, which was used in a device according to FIG. 1, a pure tin bath with a
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Temperatur von 260 C verwendet. Zum Einsetzen der Abstreifdüse 10 wurde ein Rohr 11 aus rostfreiem Stahl benützt. Die Auslauföffnung der Abstreifdüse 10 befand sich 50 mm unterhalb des Zinnbadespiegels. Der Abstand der Umlenkrolle von der profilierten Abstreifdüse betrug ungefähr 20 cm. Der Kupferschaltdraht hatte bei diesem Ausführungsbeispiel eine Durchlaufgeschwindigkeit von 1 m/sek. Es wurde eine gleichmäßige Zinnschichtdicke von 5 /um über den gesamten Drahtumfang und die Drahtlänge erhalten. Diese mittlere Zinnschichtdicke wurde nach dem elektrochemischen Abtragungsverfahren gemessen. Die Gleichmäßigkeit der Zinnschichtdicke entlang des Drahtumfanges wurde an Querschliffen des verzinnten Drahtes lichtoptisch festgestellt. Auch ™ nach Lagerung dieses Drahtes bei 155 0C während 4 Tage an Luft,, wurde nach dem bereits beschriebenen Lotkugeltest eine einwandfreie Benetzung der Lotkugel in einer Zeit erreicht, die wesentlich unter einer Sekunde lage. Dieser Draht ist als sehr gut lötbar anzusprechen.Temperature of 260 C used. A tube 11 made of stainless steel was used to insert the wiping nozzle 10. The outlet opening of the stripping nozzle 10 was located 50 mm below the level of the tin bath. The distance between the deflection roller and the profiled air knife was approximately 20 cm. In this exemplary embodiment, the copper connecting wire had a throughput speed of 1 m / sec. A uniform tin layer thickness of 5 μm was obtained over the entire wire circumference and the wire length. This mean tin layer thickness was measured using the electrochemical removal method. The uniformity of the tin layer thickness along the wire circumference was determined optically by cross-sections of the tinned wire. Even after this wire was stored at 155 ° C. for 4 days in air, perfect wetting of the solder ball was achieved in a time that was significantly less than one second after the solder ball test already described. This wire can be said to be very easy to solder.
Fig. 4 zeigt das Zinnbad 7 der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung. Das Zinnbad 7 ist in einem Gefäß 20 untergebracht und kann geheizt werden. Eine Vorrichtung zur Heizung ist in der Fig. 4 nicht dargestellt, um die Übersichtlichkeit zu wahren. Ebenfalls nicht dargestellt ist in der Fig. 4 die Abdeckung durch Holzkohle 9, die in Fig. 1 gezeigt ist. Der Kupferdraht 1 läuft in J das Zinnbad 7 ein, wird mit der Umlenkroll'e 8 umgelenkt und ver- ™ läßt das Zinnbad wenigstens angenähert senkrecht. Die Abstreifdüse 10 ist so angeordnet, daß die AuslaufÖffnung 14a der Bohrung 14 sich im Abstand b unterhalb der Oberfläche des Zinnbades 7 befindet. Der Abstand b sollte wenigstens 5 mm betragen. Mit der Größe des Abstandes b wird der hydrostatische Druck eingestellt, der durch das Eintauchen der Abstreifdüse 10 in das Zinnbad in der EinlaufÖffnung 14 b erzeugt wird.FIG. 4 shows the tin bath 7 of FIG. 1 in an enlarged view. The tin bath 7 is housed in a vessel 20 and can be heated. A device for heating is shown in FIG. 4 not shown for the sake of clarity. Also not shown in FIG. 4 is the charcoal cover 9 shown in FIG. The copper wire 1 runs into the tin bath 7, is deflected with the deflection roller 8 and turned leaves the tin bath at least approximately vertical. The wiping nozzle 10 is arranged so that the outlet opening 14a of the bore 14 is located at a distance b below the surface of the tin bath 7. The distance b should be at least 5 mm. With the Size of the distance b, the hydrostatic pressure is set, which is caused by the immersion of the wiping nozzle 10 in the tin bath in the inlet opening 14 b is generated.
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Der Abstand zwischen der Umlenkrolle 8 und der Einlauföffnung Hb ist in der Fig. 4 mit a bezeichnet. Dieser Abstand a soll wie bereits ausgeführt so groß sein, daß sich die durch die Umlenkrolle 8 gestörte Laminarströmung in der Umgebung des bewegten Drahtes bis zum Erreichen der Einlauföffnung Hb wieder voll ausgebildet hat. Bei einer Drahtgeschwindigkeit zwischen 1 und 3 m/sek. sollte der Abstand a wenigstens 10 cm betragen.The distance between the deflection roller 8 and the inlet opening Hb is denoted by a in FIG. 4. This distance a should As already stated, be so large that the laminar flow disturbed by the deflecting roller 8 moves in the vicinity of the Wire again until it reaches the inlet opening Hb has fully trained. At a wire speed between 1 and 3 m / sec. the distance a should be at least 10 cm.
Die Abstreifdüse 10 ist in ein Rohr 11, das beispielsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt sein kann, eingesetzt. Das Rohr 11 ist mit einem Kreisring 21 gehalten. In dem Kreisring 21 ist das Rohr 11 in Richtung seiner Längsachse bewegbar. Die Bewegung des Rohres 11 wird durch einen oberen Plansch 22 und einen unteren Plansch 23 begrenzt, die an dem Rohr 11 befestigt sind. Der Kreisring 21 ist in einer Runddose 24 gelagert, die über einen Arm 25 an dem Gestell 26 befestigt ist, das die Umlenkrolle 8 trägt. Über den Arm 25 ist der Abstand a zwischen der Einlauföffnung Hb der Abstreifdüse 10 und der Umlenkrolle 8 einstellbar. Außerdem besitzt diese Vorrichtung den Vorzug, daß mit der Umlenkrolle 8 gleichzeitig die Abstreifdüse aus dem Bad 7 entfernt werden kann, wodurch das Einfädeln des Drahtes 1 wesentlich vereinfacht wird.The wiping nozzle 10 is in a tube 11, for example from stainless steel can be used. The tube 11 is held with a circular ring 21. This is in the circular ring 21 Tube 11 movable in the direction of its longitudinal axis. The movement of the pipe 11 is delimited by an upper flange 22 and a lower flange 23 which are fastened to the pipe 11. The circular ring 21 is mounted in a round box 24 which is fastened via an arm 25 to the frame 26, which is the pulley 8 carries. About the arm 25 is the distance a between the inlet opening Hb of the stripping nozzle 10 and the deflection roller 8 are adjustable. In addition, this device has the advantage that the deflection roller 8 simultaneously removes the wiping nozzle from the bath 7 can be removed, whereby the threading of the wire 1 is considerably simplified.
Die Halterung für das Rohr 11, die aus dem Kreisring 21 und der Runddose 24 besteht, sichert eine gewisse Beweglichkeit der Abstreifdüse 10. Die Runddose 24 besitzt an ihrem Boden und an ihrem Deckel Öffnungen 27 und 28 auf, deren Durchmesser wesentlich kleiner als der Durchmesser des Kreisringes 24 und größer als der Durchmesser des Rohres 11 ist. Der Kreisring 21 liegt im inneren der Runddose auf dem Boden auf und ist daher parallel ' zur Ebene der Badoberfläche nach allen Richtungen beweglich. Im Kreisring 21 ist auch das Rohr 11 in Richtung seiner Längsachse beweglich. Während des Betriebes der Vorrichtung wird sichThe holder for the pipe 11, which consists of the circular ring 21 and the round socket 24, ensures a certain mobility of the wiping nozzle 10. The round box 24 has openings 27 and 28 on its bottom and on its cover, the diameter of which is substantial is smaller than the diameter of the circular ring 24 and larger than the diameter of the tube 11. The circular ring 21 is located inside the round box on the floor and is therefore parallel to the plane of the bath surface movable in all directions. The tube 11 is also in the circular ring 21 in the direction of its longitudinal axis movable. During the operation of the device will
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das Rohr 11 infolge des Druckes, der an der Einlauföffnung 14b auf die Abstreifdüse 10 ausgeübt wird, etwa in die Stellung einstellen, die in der Fig. 4 gezeigt ist. Während des Betriebes ist daher das Rohr 11 und damit die Abstreifdüse 10 sowohl in Zugrichtung des Drahtes 1 als auch geringfügig entgegengesetzt zur Zugrichtung des Drahtes 1 bei plötzlichen Störungen bewegliche. Da der Kreisring 21 parallel zur Badoberfläche beweglich gehalten ist, ist auch die Abstreifdüse 10 parallel zur Badoberfläche beweglich. Durch diese Beweglichkeit der Abstreifdüse 10 wird ein Reißen des Drahtes während des Betriebes weitgehend vermieden.the pipe 11 as a result of the pressure at the inlet opening 14b is exerted on the wiping nozzle 10, approximately in the position set, which is shown in FIG. During operation, the tube 11 and thus the wiping nozzle 10 are both in Pulling direction of the wire 1 as well as slightly opposite to the pulling direction of the wire 1 in the event of sudden disturbances movable. Since the circular ring 21 is movably held parallel to the bath surface, the wiping nozzle 10 is also parallel to the bath surface movable. This mobility of the stripping nozzle 10 means that the wire will largely tear during operation avoided.
Die Fig. 5 zeigt eine Abwandlung des Zinnbades nach Fig. 4. Dabei ist die Halterung für das Rohr 11 starr ausgebildet. Das Rohr 11 kann jedoch auch bei diesem AusführungsbeispifL in einer Halterung beweglich, ähnlich wie in Fig. 4, gehalten werden. In Fig. 5 wird die Einlauföffnung 14b durch ein Rohr 29, das beispielsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt sein kann, gebildet. Dieses Rohr 29 ist konzentrisch zur Bohrung 14 der Abstreifdüse 10 an der unteren Stirnfläche der Abstreifdüse angesetzt. Es hat sich gezeigt, daß durch dieses Rohr 29 sich die Gleichmäßigkeit der Zinnschicht des Kupferdrahtes 1 weiterhin verbessern läßt. Als günstig hat es sich erwiesen, einen Innendurchmesser des Rohres 29 zu wählen, der höchstens 1,5 mm größer als der Drahtdurchmesser ist. Außerdem sollte das Rohr höchstens 100 mm lang sein.FIG. 5 shows a modification of the tin bath according to FIG. 4. The holder for the tube 11 is rigid. That In this exemplary embodiment, however, tube 11 can also be held movably in a holder, similar to FIG. 4. In Fig. 5, the inlet opening 14b through a pipe 29, for example may be made of stainless steel. This tube 29 is concentric to the bore 14 of the wiping nozzle 10 attached to the lower face of the wiping nozzle. It It has been shown that this tube 29 further improves the uniformity of the tin layer of the copper wire 1 leaves. It has proven to be advantageous to choose an inner diameter of the tube 29 which is at most 1.5 mm larger than that Wire diameter is. In addition, the pipe should not exceed 100 mm To be long.
20 Patentansprüche
5 Figuren20 claims
5 figures
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Claims (20)
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