Titel LÖTSPITZE MIT EINER SPERRSCHICHT UND EINER

VERSCHLEISSSCHICHT; VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER SOLCHEN LÖTSPITZE

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lötspitze, wobei die Lötspitze mit einem wärmeerzeugenden oder wärmeleitenden Grundkörper ausgebildet ist, der mit einer Verschleißschicht überzogen ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen einer, insbesondere oben beschriebenen Lötspitze mit einem wärmeerzeugenden oder wärmeleitenden Grundkörper.

Damit bezieht sich die Erfindung gleichermaßen auf eine aktive, das heißt der Grundkörper selbst wird elektrisch beheizt, und eine passive Lötvorrichtung, d.h. die Wärme wird von einem externen Heizelement zur Lötspitze transportiert.

Der Grundkörper kann aus verschiedenen Materialien bestehen. Bevorzugt aus Kupfer oder Aluminium aber auch Silber oder Legierungen aus diesen Hauptwerkstoffen untereinander oder mit anderen Metallen sind denkbar.

Stand der Technik ist es den Grundkörper mit einer Verschleißschicht zu versehen. Diese Schicht schützt den Grundkörper vor dem Angriff des Lötzinns ist aber gleichzeitig noch benetzbar, damit ein guter Wärmetransfer zwischen Lötspitze, Lötmittel und zu lötenden Gegenstand gegeben ist.

Die Nutzungsdauer einer Lötspitze ist dadurch begrenzt, dass die Verschleißschicht an einer Stelle vom Zinn durchbrochen wird und damit ein starker und schneller Angriff des Grundkörpers der Spitze erfolgt. Dieser Durchbruch der Verschleißschicht kann durch Ablegierung oder aber auch mechanischen Einfluss geschehen. Nach einem Durchbruch der Verschleiß- schlicht wird der Grundwerkstoff der Lötspitze rasch in das Lötzinn einlegiert und abtransportiert. Dadurch verliert die Lötspitze ihre gute Wärmeleitfähigkeit und ein Löten ist nicht mehr möglich.

In der Vergangenheit wurden verschiedene Schutzschichten vorgeschlagen, z.B. Nickel, Nickelphosphor, Hartchrom und keramische Verschleißschichten. Es zeigt sich, dass diese Schichten keine Wesentliche Schutzfunktion erfüllen oder sehr schwierig mit der üblichen galvanischen Nickel, Kobalt oder Eisenschicht haftfest beschichtet werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, dass trotz kleiner Risse und Löcher in der Verschleißschicht ein Angriff des Grundkörpers unterbunden wird und damit die Standzeit der Lötspitze, die durch die benetzbare und zu diesem Zeitpunkt noch weitgehende intakte Verschleißschicht gegeben ist, ver- längert wird.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentan- Sprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Die Aufzählungsreihenfolge der Verfahrensschritte in den Ansprüchen soll nicht als Einschränkung des Schutzbereiches aufge- fasst werden, es sind vielmehr Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen, bei denen diese Verfahrensschritte ganz oder teilweise in anderer Reihenfol- ge ausgeführt werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine ein Lötzinn im Wesentlichen abweisende Sperrschicht zwischen Grundkörper und Verschleißschicht ausgebildet ist. Aufgrund der abweisenden Sperrschicht ist das Lötzinn nicht oder nur gering benetzbar. Eine ein Lötzinn abweisende Sperrschicht hat den Vorteil, dass die Lötspitze eine längere Standzeit aufweist und die Kontur der Lötspitze bis zum Schluss der Gebrauchsfähigkeit erhalten bleibt.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren dadurch gelöst, dass ein Lötzinn im Wesentlichen abweisende Sperrschicht auf dem Grundkörper aufgebracht wird, auf die eine Verschleißschicht aufgebracht wird.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist die Sperr- schicht eine Legierung. Eine Legierung hat den Vorteil, dass die Eigenschaften der Sperrschicht in weiten Grenzen variiert werden kann. Dies hängt maßgeblich von den in der Legierung verwendeten Elementen ab.

Gemäß besonders bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Sperr- schicht mindestens eines der Hauptelemente Nickel, Chrom, Eisen, Kobalt, Titan, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Bor, Stickstoff, Sauerstoff und/oder Kohlenstoff. Vorteile dieser Hauptelemente sind, dass sie in den beschriebenen Beschichtungsverfahren zugänglich sind und damit die Sperrschicht in weiten Grenzen den Erfordernissen der Lötspitze angepasst werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sperrschicht direkt mit der Verschleißschicht beschichtet. Dies hat den Vorteil, dass die Lötspitze wesentlich einfacher herstellbar ist, da auf eine Schicht zwischen Sperrschicht und Verschleißschicht verzichtet werden kann und somit ein Verfah- rensschritt eingespart wird.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist die Sperrschicht mit einer Dicke von 0,1 μm bis 30 μm ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine wirkende Sperrschicht erzielbar ist, die auf die Wärmeleitung keinen wesentlichen Einfluss nimmt und somit die Eigenschaften der Lötspitze nicht wesentlich einschränkt.

Um eine möglichst lange Lebensdauer der Lötspitze zu erreichen, sind bevorzugt die Verschleißschicht und die Sperrschicht durch eine Mischschicht in einander stufenlos übergehend ausgebildet.

Gemäß einem besonders bevorzugten Verfahren wird die Sperrschicht mittels eines galvanischen Verfahrens aufgebracht. Dies hat den Vorteil, dass die Sperrschicht in einer Verfahrenslinie durch Wechslung von Beschich- tungsbädern aufgebracht werden kann. Die galvanischen Legierungsbäder sind bekannt, wurden aber noch nicht zur Beschichtung einer aktiven oder passiven Lötspitze für einen Auftrag einer Sperrschicht verwendet. Der Vorteil der galvanischen Beschichtung ist, dass diese online in der gleichen An- läge wie der Auftrag der galvanischen Verschleißschicht erfolgen kann

Gemäß einem alternativ bevorzugten Verfahren wird die Sperrschicht durch ein Vakuumverdampfungsverfahren aufgebracht. Das Vakuumverdampfungsverfahren hat den Vorteil, dass Legierungen und keramikartige EIe- mentmischungen, wie Nitride und Carbide und Oxide als Sperrschicht auf dem Grundkörper aufgebracht werden können, die mittels eines galvanischen Verfahrens nicht oder sehr schwer aufgebracht werden können. Ein Vakuumverdampfungsverfahren weist eine große Varianz in der Mischung der Elemente auf. Durch die Natur dieser Beschichtungsverfahren lässt sich die Zusammensetzung der Abscheidung in weiten Grenzen zwischen den abgeschieden Elementen variieren. Dadurch ist die Eigenschaft der Sperrschicht in Bezug auf Standzeit, Benetzbarkeit und galvanischer Beschicht- barkeit steuerbar. Die Beschichtung mit einem Vakuumverfahren hat gegenüber einer galvanischen Beschichtung den Nachteil, dass die komplette Be- Schichtung in zwei getrennten Schritten erfolgen muss.

Gemäß einem weiter bevorzugten Verfahren wird die Sperrschicht mittels eines physikalischen Gasphasenabscheidungsverfahrens aufgebracht. Ein physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren hat den Vorteil, dass der Grundkörper weniger Temperaturen ausgesetzt ist.

Gemäß einem alternativ bevorzugten, die Erfindung weiterbildenden, Verfahren wird die Sperrschicht mittels eines chemischen Gasphasenabschei- dungsverfahrens aufgebracht. Ein chemisches Gasphasenabscheidungsver- fahren hat den Vorteil, dass Abscheidungen von Elementen möglich sind, für die ein physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren unpassend ist.

Die Verschleißschicht wird vorzugsweise galvanisch aufgetragen und um- fasst bevorzugt eine Legierung, insbesondere aus mindestens einem der Hauptelemente Nickel, Kobalt, Eisen und/oder Chrom.

Gemäß einem besonders bevorzugten Verfahren wird eine Verschleißschicht direkt auf die Sperrschicht galvanisch aufgebracht. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass eine Haftschicht, die bisher zwischen Sperrschicht und Verschleißschicht notwendig war, weggelassen werden kann.

Um eine möglichst große Lebensdauer verlängernde Mischschicht zu erzeugen, in der die Verschleißschicht in die Sperrschicht stufenlos übergeht, wird die Lötspitze mit der Sperrschicht und der Verschleißschicht in einem Diffusi- onsprozess, insbesondere bei einer Temperatur von ca. 250° C bis 800° C wärmebehandelt.

Es kann von Vorteil sein die Verschleißschicht fließend in die Sperrschicht über gehen zu lassen. Dieser fließende Übergang kann sowohl durch einen speziellen galvanischen Prozess erreicht werden oder nach erfolgter Be- schichtung der Sperrschicht mit der Verschleißschicht kann die erzielte Schichtfolge bei einer erhöhten Temperatur getempert werden. Dadurch wird erreicht, dass an der Grenzschicht von Verschleißschicht und Sperrschicht eine Diffusionszone erzeugt wird, die eine weitere Verbesserung der Sperrschicht und der Verschleißschicht gegenüber den Lotwerkstoffen darstellen kann. So tritt nicht der Zustand ein, dass die Verschleißschicht aufgebraucht wird und dann die unbenetzbare Sperrschicht in Erscheinung tritt, sondern die Spitze an dem Punkt des Verschleißes langsam unbenetzbar wird. Die Sperrschicht, die dieser Erfindung zu Grunde liegt, ist also eine galvanisch oder im PVD oder CVD Verfahren aufgetragene dünne vorzugsweise 2 μm bis 30 μm starke Legierungsschicht aus mindestens einem der Elemente Chrom, Nickel und Eisen. Diese kann noch weitere Elemente wie Molybdän oder Kobalt enthalten.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Lötspitze.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lötspitze für eine Lötvorrichtung. Die Lötspitze ist axialsymmetrisch mit einem im Wesentlichen zylindrischen Schaft. Bei dem Beispiel handelt es sich um eine passive Lötspitze, die in ihrem Inneren einen wärmeleitenden Grundkörper 1 aufweist, der beispielweise aus Kupfer, Silber oder Aluminium hergestellt ist. Bei einer aktiven Lötspitze würde der Grundkörper ein Heizelement und möglicherweise ein Thermoelement umfassen.

Auf der Oberfläche des Grundkörpers 1 ist eine ein Lötzinn abweisende Sperrschicht 2 vorgesehen ausgebildet. Diese von einem Lotwerkstoff 5 nicht benetzbare Schicht kann zwischen 0,2 μm und 50 μm oder mehr betragen. Sie dient dazu bei kleinen Löchern in einer direkt darüber liegenden Verschleißschicht 3 den Grundkörper 1 vor dem Angriff des Lotwerkstoffes 5 zu schützen. Dünne Schichtdicken der Sperrschicht 2 sind von Vorteil, weil dann der Wärmetransport von dem Grundkörper 1 zur Verschleißschicht 3 und damit letztendlich zum Werkstück nur wenig behindert wird. Eine Haftschicht zwischen Sperrschicht 2 und Verschleißschicht 3 ist erfindungsgemäß vorteilhafterweise nicht notwendig. Durch ein Wärmebehandlungsverfahren wird eine nicht dargestellte Mischschicht erzeugt, in der die Verschleißschicht 3 stufenlos in die Sperrschicht 2 übergeht. Somit ist die Lebensdauer der Ver- schleißschicht 3 und der Sperrschicht 2, sowie insgesamt der Lötspitze verlängert.

Auf diese Sperrschicht 2 wird dann die schon beschriebene Verschleißschicht 3 aufgetragen, die im hinteren Bereich durch eine Korrosionsschutz- schlicht 4, die beispielsweise aus Nickel gefolgt von Chrom, oder Chrom, oder Chrom gefolgt von Kobalt umfasst, ausgebildet wird. Diese Korrosionsschicht 4 hat auch die Aufgabe ein Rückfließen des Lotwerkstoffes 5 zu vermeiden. Im vorderen vom Lotwerkstoff 5 benetzbaren Bereich ist die Ver- schleißschicht 3 und die Sperrschicht 2 unabdingbar und ist benetzbar durch den Lotwerkstoff 5 ausgeführt.

Die Darstellung in Fig. 1 ist lediglich schematisch aufzufassen. Insbesondere sind die Schichtdicken nicht maßstabsgetreu dargestellt. Zudem weisen die unterschiedlichen Schichten stark unterschiedliche Schichtdicken auf, die im Bereich von 10 μm bis einigen 100 μm liegen. Die Sperrschicht 2 hat eine Größenordnung im Bereich von 0,2 μm und weniger bis 100 μm. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerische Darstellung für die Erfindung als Wesentlich verwiesen.