EP0735156A2 - Partiell feuerverzinntes Band sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung - Google Patents

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EP0735156A2
EP0735156A2 EP96104657A EP96104657A EP0735156A2 EP 0735156 A2 EP0735156 A2 EP 0735156A2 EP 96104657 A EP96104657 A EP 96104657A EP 96104657 A EP96104657 A EP 96104657A EP 0735156 A2 EP0735156 A2 EP 0735156A2
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strip
molten metal
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heating chamber
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Isabell Dipl.-Ing. Dr.Re.Nat. Buresch
Traugott Schneider
Hermann Sturm
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Wieland Werke AG
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Definitions

  • the invention relates to a partially hot-dip tinned strip made of coatable material according to the preamble of claim 1.
  • Partly tinned tapes on one or both sides can be produced, for example, by the process according to US Pat. No. 4,529,628.
  • liquid metal is partially applied to a belt on one or both sides via a nozzle.
  • the thickness of the coating is controlled by the belt speed and the nozzle output.
  • the layer thickness is therefore identical across the entire range.
  • the coating is continuous over the length of the belt. It is only possible to apply one coating material per strip side. If several coating materials or different properties are required on one strip side, several production steps in succession are necessary.
  • this method does not offer the possibility of coating the strip edges, which is required with regard to solderability in the edge area or when making contact via the strip edge. This process is therefore not highly economical.
  • the invention is therefore based on the object, in particular to expand the range of partially tinned strips in accordance with the needs of the electronics industry.
  • the object is achieved in that the strip - seen in the longitudinal direction - is interrupted at regular and / or irregular intervals (A 1 , A 2 , A 3 ). Distances (A 1 , A 2 , A 3 %) in the range from 1 to 20 mm are preferred.
  • the strips have different layer thicknesses (D1 / D2), or the strips consist of different coating materials.
  • the advantages of thin Sn layers with, for example, low insertion and drawing forces can be shared the advantages of thick Sn layers combined with good solderability (especially for connectors).
  • Harder coating materials e.g. in the contact zone with softer coating materials e.g. can be combined in the crimp or solder area.
  • Copper, copper alloy, iron or iron alloy are preferred as the strip material; Pure tin, tin alloys or zinc are preferably available as coating materials.
  • the invention further relates to methods and apparatus for producing the partially hot-dip tinned strip.
  • the method assumes that the moving strip is provided with flux and heated and that molten metal is applied to the heated strip from at least one storage chamber via at least one opening and excess molten metal is stripped off.
  • the method is characterized in that the supply of the molten metal from the opening is selectively opened and closed.
  • different coating materials can also be used in one and the same strip.
  • the storage chamber feeds at least two openings lying next to one another.
  • the invention achieves structures in which the coating strips are notable for high adhesion.
  • Partially tinned tapes are used in electronics and electrical engineering. They are used, for example, to manufacture connectors for the automotive industry, telecommunications and others. Some coated tapes are also used in the manufacture of semiconductor components such as QFPs (Quad Flat Package), SOTs (Small Outline Transistor), ICs (Integrated Circuit) and others here the combination of the bare strip surface with a well solderable tinned surface.
  • QFPs Quad Flat Package
  • SOTs Small Outline Transistor
  • ICs Integrated Circuit
  • the tape 1 according to Fig. 1 and 2 is each provided with four coating strips 2, 3, 4, 5. According to Figure 1, these are arranged approximately in the middle of the tape, according to Figure 2 on the tape edges. In both Fig.1 / 2, the strips 2, 3 on the top of the tape should have a layer thickness D1, the strips 4, 5 on the underside of the tape should have a layer thickness D2. Furthermore, it is indicated in FIG. 2 that the strips 2, 4 consist of a different coating material than the strips 3, 5. Only the two FIGS. 1/2 show the multiple possibilities of tinning the strip with different distances (A 1 , A 2 , A 3 ...) interrupted strips 2, 3, 4, 5.
  • the strip 1 running off a decoiler 6 passes through a flux feed 7 and for heating comes into a heating chamber 8, in which an insert 9 is integrated, in which a storage chamber 10 is arranged.
  • the metal melt 11 located in the storage chamber 10 is thus kept at the same time at the temperature.
  • the insert 9 rests resiliently on the belt 1.
  • the metal melt 11 provided for coating can reach the strip 1 via an opening 12.
  • Means for controlling the melt supply are indicated by paragraph 13.
  • the layer thickness of the strip 2, 3, 4, 5 to be applied can be varied by the subsequent stripping 14 for the molten metal 11 and / or by the insert 9 being pressed more or less strongly onto the strip 1.
  • the tinned strip 1 is finally rolled up on a reel 15.
  • a storage chamber 10 feeds two openings 12 lying next to one another.
  • the insert 9 has two storage chambers 10 opened laterally to the legs 8 'of the heating chamber 8, so that strips 2, 3, 4, 5 result on the edge strips.
  • these storage chambers 10 are connected to grooves 16 in the heating chamber 8 which encompass the strip edges (means for controlling the supply of melt are not shown in more detail here).
  • the heating chamber 8 which is essentially U-shaped in cross section, can consist, for example, of a base plate provided with heating cartridges, onto which a graphite plate and side legs 8 'are also screwed from graphite.
  • Graphite can also be provided as the material for the insert 9.
  • Tapes with the following dimensions can be tinned: thickness: 0.05 to 1.5 mm, width: 5 to 200 mm.
  • Tinning temperature 50 to 400 ° C.
  • Layer thicknesses of 0.2 to 25 ⁇ m can be achieved.
  • the strips partially coated in this way have an intermetallic phase between the coating and the base material, which increases the adhesion of the coating, so that the coating does not flake off during bending processes even after heat treatments.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein partiell feuerverzinntes Band (1), das an seiner Oberfläche ein- oder beidseitig mindestens einen, in Längsrichtung verlaufenden, metallischen Beschichtungsstreifen (2, 3, 4, 5) aufweist. Zwischen dem Bandmaterial und dem Streifen (2, 3, 4, 5) ist eine intermetallische Phase ausgebildet. Um den vielfältigen Anwendungen partiell verzinnter Bänder in der Elektronik und der Elektrotechnik sowie bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen gerecht zu werden, ist der Streifen (2, 3, 4, 5) - in Längsrichtung gesehen - erfindungsgemäß in regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Abständen (A1, A2, A3 ...) unterbrochen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein partiell feuerverzinntes Band aus beschichtbarem Werkstoff nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Der Bedarf an hochwertig verzinnten Bändern nimmt zu. Definierte Anforderungsprofile seitens der Kfz-Industrie, der Halbleiterindustrie und anderer Anwender bestimmen den Markt. Beschichtungen unterschiedlich dicker Auflagen aus Reinzinn, Zinn-Legierungen und sogenannter Hartzinn-Legierungen werden gewünscht. Bei letztgenannten Legierungen wird besonderer Wert auf die Verringerung der Steckkraft gelegt.
  • Eine partielle bzw. einseitige Verzinnung wird aus folgenden Gründen erwünscht:
    • a) Einsparung von Rohstoffen (Sn),
    • b) Beschichtung der funktionellen Bereiche,
    • c) Eigenschaftskombination von insbesondere Kupfer- und Kupferlegierungs- und Sn-Oberflächen.
  • Ein- bzw. beidseitig, partiell verzinnte Bänder lassen sich beispielsweise nach dem Verfahren gemäß US-PS 4.529.628 herstellen.
  • Hierbei wird über eine Düse flüssiges Metall auf ein Band einseitig oder beidseitig partiell aufgebracht. Die Dicke der Beschichtung wird über die Bandgeschwindigkeit und die Düsenausbringung gesteuert. Die Schichtdicke ist somit über die gesamte Bandbreite identisch. Die Beschichtung ist über die Bandlänge durchgehend. Pro Bandseite ist es nur möglich, einen Beschichtungswerkstoff aufzubringen. Werden mehrere Beschichtungswerkstoffe bzw. unterschiedliche Eigenschaften auf einer Bandseite gefordert, so sind mehrere Produktionsschritte nacheinander notwendig. Zudem besteht bei diesem Verfahren nicht die Möglichkeit, die Bandkanten zu beschichten, was bezüglich Lötbarkeit im Randbereich oder bei Kontaktierung über die Bandkante gefordert wird. Eine hohe Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens ist somit nicht gegeben.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, insbes. entsprechend dem Bedarf der Elektronik-Industrie die Palette an partiell verzinnten Bändern zu erweitern.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Streifen - in Längsrichtung gesehen - in regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Abständen (A1, A2, A3 ...) unterbrochen ist. Abstände (A1, A2, A3 ...) im Bereich von 1 bis 20 mm sind bevorzugt.
  • Sofern mindestens zwei Streifen vorhanden sind, sind diese vorzugsweise auf unterschiedliche Weise unterbrochen. Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weisen die Streifen unterschiedliche Schichtdicken (D1/D2) auf, bzw. die Streifen bestehen aus unterschiedlichen Beschichtungswerkstoffen.
  • Bei unterschiedlichen Schichtdicken der Streifen bzw. der Verzinnung auf Vor- und Rückseite können die Vorteile dünner Sn-Schichten mit z.B. niedrigen Steck- und Ziehkräften mit den Vorteilen dicker Sn-Schichten mit z.B. guter Lötbarkeit kombiniert werden (speziell für Steckverbinder).
  • Ebenso können härtere Beschichtungswerkstoffe z.B. in der Kontaktzone mit weicheren Beschichtungswerkstoffen z.B. im Crimp- oder Lötbereich kombiniert werden.
  • Als Bandmaterial kommt vorzugsweise Kupfer, Kupfer-Legierung, Eisen oder Eisen-Legierung in Frage; als Beschichtungswerkstoffe stehen vorzugsweise Reinzinn, Zinn-Legierungen oder Zink zur Verfügung.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung des partiell feuerverzinnten Bandes. Das Verfahren geht davon aus, daß das bewegte Band mit Flußmittel versehen und erwärmt wird und daß Metallschmelze aus mindestens einer Vorratskammer über mindestens eine Öffnung auf das erwärmte Band aufgebracht und überflüssige Metallschmelze abgestreift wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Metallschmelze aus der Öffnung gezielt geöffnet und geschlossen wird.
  • Bei der Herstellung eines Bandes mit mindestens zwei Streifen empfiehlt es sich, daß für die einzelnen Streifen die Zufuhr der Metallschmelze unterschiedlich gesteuert wird.
  • Zur Herstellung eines Bandes mit mindestens zwei Streifen unterschiedlicher Dicke wird erfindungsgemäß für die Streifen eine unterschiedliche Abstreifung der Metallschmelze vorgenommen.
  • Erfindungsgemäß können weiterhin unterschiedliche Beschichtungswerkstoffe bei ein und demselben Band zum Einsatz kommen.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist einfach ausgebildet, sie weist eine Abrollhaspel, eine Flußmittelaufgabe, eine Heizkammer, eine mit mindestens einer Öffnung versehene Vorratskammer für Metallschmelze, eine Abstreifung für Metallschmelze und eine Aufrollhaspel auf. Erfindungsgemäß ist die Vorratskammer in einem jeweils auswechselbaren Einsatz für die im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisende Heizkammer angeordnet, und es sind Mittel zur Steuerung der Zufuhr der Metallschmelze vorgesehen.
  • Zur Herstellung beispielsweise eines Bandes mit mindestens zwei in etwa mittig angeordneten Streifen speist die Vorratskammer mindestens zwei nebeneinander liegende Öffnungen.
  • Zur Herstellung eines Bandes mit beschichteten Randstreifen weist der Einsatz erfindungsgemäß zwei seitlich zu den Schenkeln der Heizkammer geöffnete Vorratskammern auf. Sofern zusätzlich auch die Randstreifen an der Gegenseite beschichtet werden sollen, stehen die Vorratskammern mit Nuten in der Heizkammer in Verbindung, welche die Bandkanten umgreifen. Somit wird zusätzlich die Bandkante beschichtet.
  • Im Gegensatz zur Galvanik werden durch die Erfindung Strukturen erreicht, bei denen sich die Beschichtungsstreifen durch eine hohe Haftfähigkeit auszeichnen.
  • Partiell verzinnte Bänder finden Verwendung in der Elektronik und Elektrotechnik. Sie werden z.B. eingesetzt zur Fertigung für Steckverbinder für die Automobilindustrie, die Telekommunikation u.a. Anwendungen finden partiell beschichtete Bänder auch bei der Fertigung von Halbleiterbauelementen wie QFP's (Quad Flat Package), SOT's (Small Outline Transistor), IC's (Integrated Circuit) u.a. Von Bedeutung ist hier die Kombination der blanken Bandoberfläche mit einer gut lötbaren verzinnten Oberfläche.
  • Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
    • Fig.1/2
    jeweils schematisch die Anordnung unterbrochener Beschichtungsstreifen auf einem Band,
    Fig.3
    schematisch den Verfahrensablauf und
    Fig.4-6
    schematisch die Ausbildung verschiedener Vorratskammern.
  • Das Band 1 nach Fig.1 bzw. 2 ist jeweils mit vier Beschichtungsstreifen 2, 3, 4, 5 versehen. Gemäß Fig.1 sind diese etwa in der Bandmitte, gemäß Fig.2 an den Bandkanten angeordnet. In beiden Fig.1/2 sollen die Streifen 2, 3 auf der Bandoberseite eine Schichtdicke D1 aufweisen, die Streifen 4, 5 auf der Bandunterseite eine Schichtdicke D2. Weiterhin ist in Fig.2 angedeutet, daß die Streifen 2, 4 aus einem anderen Beschichtungswerkstoff bestehen als die Streifen 3, 5. Allein aus den beiden Fig.1/2 sind die vielfachen Möglichkeiten der Bandverzinnung mit in unterschiedlichen Abständen (A1, A2, A3 ...) unterbrochenen Streifen 2, 3, 4, 5 ersichtlich.
  • In Fig.3 ist der erfindungsgemäße Verfahrensablauf erläutert:
  • Das von einer Abrollhaspel 6 ablaufende Band 1 durchläuft eine Flußmittelaufgabe 7 und gelangt zur Erwärmung in eine Heizkammer 8, in welche ein Einsatz 9 integriert ist, in dem eine Vorratskammer 10 angeordnet ist. Die in der Vorratskammer 10 befindliche Metallschmelze 11 wird damit gleichzeitig auf Temperatur gehalten. Der Einsatz 9 liegt federnd auf dem Band 1 auf. Die zur Beschichtung vorgesehene Metallschmelze 11 kann über eine Öffnung 12 auf das Band 1 gelangen. Mittel zur Steuerung der Schmelzezufuhr (Stopfenregelung od. dgl.) sind durch Ziffer 13 angedeutet. Die Schichtdicke des aufzubringenden Streifens 2, 3, 4, 5 läßt sich durch die nachfolgende Abstreifung 14 für die Metallschmelze 11 und/oder durch mehr oder minder starkes Anpressen des Einsatzes 9 an das Band 1 variieren. Das verzinnte Band 1 wird schließlich auf eine Aufrollhaspel 15 aufgerollt.
  • In den Fig.4 bis 6 sind schematisch die Ausbildung verschiedener Vorratskammern 10 (Draufsicht/Querschnitt) und die sich daraus ergebende Anordnung der Streifen 2, 3, 4, 5 auf dem Band 1 dargestellt.
  • Gemäß Fig.4 speist beispielsweise eine Vorratskammer 10 zwei nebeneinander liegende Öffnungen 12.
  • Gemäß Fig.5 weist der Einsatz 9 zwei seitlich zu den Schenkeln 8' der Heizkammer 8 geöffnete Vorratskammern 10 auf, so daß sich Streifen 2, 3, 4, 5 auf den Randstreifen ergeben.
  • Falls in demselben Arbeitsgang auch die Bandunterseite mit Streifen versehen werden soll, stehen diese Vorratskammern 10 mit Nuten 16 in der Heizkammer 8 in Verbindung, welche die Bandkanten umgreifen (Mittel zur Steuerung der Schmelzezufuhr sind hier nicht näher dargestellt).
  • Die im Querschnitt im wesentlichen U-förmige Heizkammer 8 kann beispielsweise aus einer mit Heizpatronen versehenen Grundplatte bestehen, auf die eine Graphitplatte und Seitenschenkel 8' ebenfalls aus Graphit aufgeschraubt sind. Als Werkstoff für den Einsatz 9 kann ebenfalls Graphit vorgesehen werden.
  • Verzinnt werden können Bänder mit folgenden Abmessungen: Dicke: 0,05 bis 1,5 mm, Breite: 5 bis 200 mm.
  • Verzinnungstemperatur: 50 bis 400 °C.
  • Verzinnungsgeschwindigkeit: 5 bis 100 m/min.
  • Erreicht werden können Schichtdicken von 0,2 bis 25 µm.
  • Verfahrensbedingt weisen die auf diese Art partiell beschichteten Bänder eine intermetallische Phase zwischen Beschichtung und Grundmaterial auf, welche die Haftung der Beschichtung verstärkt, so daß ein Abplatzen der Beschichtung bei Biegevorgängen auch nach Wärmebehandlungen nicht auftritt.

Claims (15)

  1. Partiell feuerverzinntes Band (1) aus beschichtbarem Werkstoff, das an seiner Oberfläche ein- oder beidseitig mindestens einen, in Längsrichtung verlaufenden, metallischen Beschichtungsstreifen (2, 3, 4, 5) mit kleinerer Breite als der Bandbreite B aufweist, wobei zwischen dem Bandmaterial und dem Streifen (2, 3, 4, 5) eine intermetallische Phase (IMP) ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Streifen (2, 3, 4, 5) - in Längsrichtung gesehen - in regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Abständen (A1, A2, A3 ...) unterbrochen ist.
  2. Band nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Abstände (A1, A2, A3 ...) im Bereich von 1 bis 20 mm liegen.
  3. Band nach Anspruch 1 oder 2 mit mindestens zwei Streifen (2, 3, 4, 5), dadurch gekennzeichnet,
    daß die Streifen (2, 3, 4, 5) auf unterschiedliche Weise unterbrochen sind (A1≠A2≠A3 ...).
  4. Band nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 mit mindestens zwei Streifen (2, 3, 4, 5), dadurch gekennzeichnet,
    daß die Streifen (2, 3, 4, 5) unterschiedliche Schichtdicken (D1/D2) aufweisen.
  5. Band nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 mit mindestens zwei Streifen (2, 3, 4, 5), dadurch gekennzeichnet,
    daß die Streifen (2, 3, 4, 5) jeweils aus unterschiedlichen Beschichtungswerkstoffen bestehen.
  6. Band nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Band (1) aus Kupfer, einer Kupfer-Legierung, Eisen oder einer Eisen-Legierung besteht.
  7. Band nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Streifen (2, 3, 4, 5) aus Reinzinn, einer Zinn-Legierung oder Zink bestehen.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Bandes (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das bewegte Band (1) mit Flußmittel versehen und erwärmt wird, bei dem Metallschmelze (11) aus mindestens einer Vorratskammer (10) über mindestens eine Öffnung (12) auf das erwärmte Band (1) aufgebracht und überflüssige Metallschmelze (11) abgestreift wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zufuhr der Metallschmelze (11) aus der Öffnung (12) gezielt geöffnet und geschlossen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8 zur Herstellung eines Bandes (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß für die Streifen (2, 3, 4, 5) die Zufuhr der Metallschmelze (11) unterschiedlich gesteuert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 zur Herstellung eines Bandes (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß für die Streifen (2, 3, 4, 5) eine unterschiedliche Abstreifung der Metallschmelze (11) vorgenommen wird.
  11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10 zur Herstellung eines Bandes (1) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für die Streifen (2, 3, 4, 5) unterschiedliche Beschichtungswerkstoffe eingesetzt werden.
  12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, die eine Abrollhaspel (6), eine Flußmittelaufgabe (7), eine Heizkammer (8), eine mit mindestens einer Öffnung (12) versehene Vorratskammer (10) für Metallschmelze (11), eine Abstreifung (14) und eine Aufrollhaspel (15) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vorratskammer (10) in einem jeweils auswechselbaren Einsatz (9) für die einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisende Heizkammer (8) angeordnet ist und daß Mittel (13) zur Steuerung der Zufuhr der Metallschmelze (11) vorgesehen sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vorratskammer (10) mindestens zwei nebeneinanderliegende Öffnungen (12) speist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Einsatz (9) zwei seitlich zu den Schenkeln (8') der Heizkammer (8) geöffnete Vorratskammern (10) aufweist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vorratskammern (10) mit Nuten (16) in der Heizkammer (8) in Verbindung stehen, welche die Bandkanten umgreifen.
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