Edelmetalle umfassen hauptsächlich Gold (Au), Silber (Ag), Peroxid (PD), Platin (Pt) und andere Materialien, die sich durch gute Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohe Schmelztemperaturen auszeichnen. Sie finden breite Anwendung in der Elektroindustrie zur Herstellung von Bauteilen für offene und geschlossene Stromkreise.
(1) Beim Löten von Kontaktmaterialien weisen Edelmetalle typischerweise eine geringe Lötfläche auf. Daher muss das Lötmetall eine gute Schlagfestigkeit, hohe Festigkeit und eine gewisse Oxidationsbeständigkeit aufweisen sowie Lichtbogenbeständigkeit besitzen, ohne jedoch die Eigenschaften des Kontaktmaterials und die elektrischen Eigenschaften der Bauteile zu verändern. Aufgrund der begrenzten Lötfläche ist ein Überlaufen des Lötmittels unzulässig, und die Parameter des Lötprozesses müssen streng kontrolliert werden.
Die meisten Heizverfahren eignen sich zum Hartlöten von Edelmetallen und deren Edelmetallkontakten. Flammlöten wird häufig für größere Kontaktbauteile eingesetzt; Induktionslöten ist für die Serienfertigung geeignet. Widerstandslöten kann mit herkömmlichen Widerstandsschweißgeräten durchgeführt werden, wobei jedoch ein geringerer Strom und eine längere Lötzeit gewählt werden sollten. Als Elektrode kann ein Kohlenstoffblock verwendet werden. Wenn eine große Anzahl von Kontaktbauteilen gleichzeitig oder mehrere Kontakte an einem Bauteil verlötet werden müssen, ist Ofenlöten eine Option. Beim Hartlöten von Edelmetallen mit herkömmlichen Verfahren unter atmosphärischen Bedingungen ist die Verbindungsqualität gering, während Vakuumlöten hochwertige Verbindungen ermöglicht, ohne die Materialeigenschaften zu beeinträchtigen.
(2) Als Lötmetalle werden Gold und seine Legierungen verwendet. Silber- und kupferbasierte Lötmetalle dienen hauptsächlich der Kontaktierung, da sie nicht nur die Leitfähigkeit der Lötverbindung gewährleisten, sondern auch eine gute Benetzbarkeit ermöglichen. Sofern die Anforderungen an die Leitfähigkeit der Verbindung erfüllt sind, können Lötmetalle mit Nickel, Peroxid, Platin und anderen Elementen verwendet werden. Auch Lötmetalle mit Nickel, Diamantlegierungen und guter Oxidationsbeständigkeit sind geeignet. Bei Verwendung von Ag-Cu-Ti-Lötmetall darf die Löttemperatur 1000 °C nicht überschreiten.
Das auf der Silberoberfläche gebildete Silberoxid ist instabil und lässt sich leicht verlöten. Zum Löten von Silber kann Zinn-Blei-Lot mit Zinkchloridlösung oder Kolophonium als Flussmittel verwendet werden. Beim Hartlöten kommt häufig Silberlot zum Einsatz, wobei Borax, Borsäure oder deren Gemische als Flussmittel dienen. Beim Vakuumlöten von Silber- und Silberlegierungskontakten werden hauptsächlich silberbasierte Lote wie z. B. β-Ag61CuN, β-Ag59Cu5N, β-Ag72Cu usw. verwendet.
Zum Hartlöten von Palladiumkontakten eignen sich gold- und nickelbasierte Lote, die leicht feste Lösungen bilden, oder silber-, kupfer- oder manganbasierte Lote. Silberbasierte Lote werden häufig zum Hartlöten von Platin- und Platinlegierungskontakten verwendet. Alternativ können kupfer-, gold- oder palladiumbasierte Lote eingesetzt werden. Die Wahl des Lötmetalls b-an70pt30 verhindert nicht nur die Farbveränderung des Platins, sondern verbessert auch effektiv die Wiederaufschmelztemperatur der Lötverbindung und erhöht deren Festigkeit und Härte. Soll der Platinkontakt direkt auf eine Kovar-Legierung gelötet werden, kann das Lot b-ti49cu49be2 verwendet werden. Für Platinkontakte mit einer Betriebstemperatur von maximal 400 °C in nicht korrosiven Medien ist sauerstofffreies Reinkupferlot aufgrund seiner geringen Kosten und guten Verarbeitbarkeit vorzuziehen.
(3) Vor dem Hartlöten ist die Schweißverbindung, insbesondere die Kontaktbaugruppe, zu prüfen. Die aus dem dünnen Blech ausgestanzten oder aus dem Streifen geschnittenen Kontakte dürfen durch das Stanzen und Schneiden nicht verformt sein. Die durch Stauchen, Feinpressen oder Schmieden geformte Lötfläche des Kontakts muss plan sein, um einen guten Kontakt mit der ebenen Oberfläche des Trägers zu gewährleisten. Die gekrümmte Oberfläche des zu verschweißenden Teils oder jede Oberfläche mit Radius muss gleichmäßig sein, um eine optimale Kapillarwirkung beim Hartlöten sicherzustellen.
Vor dem Hartlöten der verschiedenen Kontaktstellen muss die Oxidschicht auf der Oberfläche der Schweißnaht durch chemische oder mechanische Verfahren entfernt werden. Anschließend muss die Oberfläche der Schweißnaht sorgfältig mit Benzin oder Alkohol gereinigt werden, um Öl, Fett, Staub und Schmutz zu entfernen, die die Benetzung und den Fluss behindern.
Bei kleinen Schweißkonstruktionen dient der Klebstoff zur Vorpositionierung, um ein Verrutschen während des Beschickungsprozesses des Ofens und der Zuführung des Schweißzusatzes zu verhindern. Der verwendete Klebstoff darf die Lötverbindung nicht beeinträchtigen. Bei großen Schweißkonstruktionen oder speziellen Kontaktstellen muss die Montage und Positionierung mittels einer Vorrichtung mit Ansatz oder Nut erfolgen, um die Schweißkonstruktion zu stabilisieren.
Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit von Edelmetallen muss die Aufheizrate materialabhängig gewählt werden. Beim Abkühlen ist die Aufheizrate präzise zu steuern, um eine gleichmäßige Spannungsverteilung in der Lötverbindung zu gewährleisten. Die Heizmethode muss sicherstellen, dass die zu verlötenden Teile gleichzeitig die Löttemperatur erreichen. Bei kleinen Edelmetallkontakten ist direktes Erhitzen zu vermeiden; andere Teile können konduktiv erwärmt werden. Beim Schmelzen und Fließen des Lots ist ein gewisser Druck auf den Kontakt auszuüben, um ihn zu fixieren. Um die Steifigkeit der Kontakt- oder Trägerstruktur zu erhalten, ist ein Glühen zu vermeiden. Die Erwärmung kann auf die Lötfläche beschränkt werden, beispielsweise durch Positionsanpassung beim Flamm-, Induktions- oder Widerstandslöten. Um ein Auflösen der Edelmetalle durch das Lot zu verhindern, sind Maßnahmen wie die Kontrolle der Lotmenge, Vermeidung von Überhitzung, Begrenzung der Lötzeit bei der Löttemperatur und eine gleichmäßige Wärmeverteilung zu ergreifen.
Veröffentlichungsdatum: 13. Juni 2022