Silberkontaktgelötete Baugruppen basieren auf Hartlöten, um Kontaktspitzen aus Silberlegierung mit Kupfer- oder Kupferlegierungssubstraten zu verbinden. Die Verbindungsqualität gelöteter Baugruppen wird hauptsächlich durch die Zusammensetzung des Lötzusatzmetalls, den Schmelztemperaturbereich und die Entfernung von Oberflächenoxiden während des Lötens bestimmt. Eine falsche Auswahl der Lötmaterialien führt zu spröden Verbindungen, erhöhtem Kontaktwiderstand und einem frühen Ausfall von Relais und Schützen unter zyklischer elektrischer Belastung.
Hartlöten ist ein dauerhaftes metallurgisches Verbindungsverfahren für gleiche oder unterschiedliche Werkstoffe. Im Gegensatz zum Schmelzschweißen und Pressschweißen wird beim Hartlöten unterhalb des Schmelzpunktes unedler Metalle gearbeitet. Der Prozess erzeugt glatte Verbindungen, begrenzte Änderungen an der Mikrostruktur des Substrats und eine kontrollierte Maßhaltigkeit des Werkstücks. Diese Eigenschaft macht das Hartlöten für die Präzisionsverbindung von Metall-auf--Baugruppen geeignet, die in der Luft- und Raumfahrt, Nukleartechnik, Instrumentierung, Elektronik und der Herstellung elektrischer Komponenten weit verbreitet sind.
Hartlötmaterialien bestehen aus Hartlot und Hartlötflussmittel. Hartlot dient als Fülllegierung zur Bildung der Verbindung. Lötflussmittel entfernt Oxide auf Grundmetall- und Füllmetalloberflächen und schützt Metallsubstrate während des Erhitzens. Die Eigenschaften des Zusatzwerkstoffes und die Grenzflächeninteraktion mit Grundmetallen bestimmen die endgültige Verbindungsleistung. Zur Kostenkontrolle minimieren Füllmetallformulierungen den Verbrauch von Edelmetallen und erfüllen gleichzeitig mechanische, thermische und elektrische Anforderungen.
Zusatzmetalle werden nach Legierungsmatrix kategorisiert. Zu den gängigen Qualitäten gehören Zinn-basierte, silber-basierte, kupfer-basierte, Aluminium-basierte, Nickel-basierte, Mangan-basierte und Edelmetall-Füllmetalle. Durch die Schmelztemperatur werden Lote in Weichlote mit Schmelzpunkten unter 450 Grad und Hartlote über 450 Grad aufgespalten. Hartlote werden weiter in Hochtemperatur-Qualitäten über 900 Grad und Mitteltemperatur-Qualitäten unter 900 Grad unterteilt. Zusatzmetalle werden zu Drähten, Bändern, Ringen, Blechen, Folien, Pulvern und Pasten verarbeitet, um sie an verschiedene Lötverfahren anzupassen. Pastenfüllmetalle kombinieren eine pulverförmige Legierung mit Trägern wie Flussmittel, Lösungsmittel und Aktivatoren.
Silberbasiertes Hartlot-ist die am häufigsten verwendete Hartlotlegierung für gelötete Silberkontaktbaugruppen. Silberbasiertes Füllmetall zeichnet sich durch einen moderaten Schmelzbereich, gute Benetzbarkeit, hohe Zugfestigkeit, Duktilität, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Es kann Weichstahl, Baustahl, Edelstahl, Hochtemperaturlegierungen, Kupferlegierungen, Kovar-Legierungen und hochschmelzende Metalle löten. Als Legierungselemente kommen Kupfer, Zink, Zinn und Cadmium hinzu. Kupfer dient als Hauptzusatzstoff zur Senkung der Schmelztemperatur, ohne dass sich spröde intermetallische Phasen bilden. Zu den verfügbaren Formen gehören Draht, Blech, Ring, Folienstreifen, Paste, Vorformling, Sandwich-Unterlegscheibe und Fülldraht sowie passende automatisierte und manuelle Lötlinien für die Herstellung elektrischer Kontakte.
Die weltweite Produktion von Hartlötmaterialien wird von der inländischen Produktion dominiert. Eine Untergruppe von Hartlötsorten entspricht internationalen Fertigungsstandards. Die Branche ist mit einem Ungleichgewicht konfrontiert: Die Kapazität für Schweißzusatzwerkstoffe geringer Qualität übersteigt die Marktnachfrage, während hochleistungsfähige Lötmaterialien für die moderne Fertigung weiterhin Mangelware sind. Viele Hochtemperatur-Füllmetalle, Aktivlotlegierungen, automatisierte Hartlote, Verbundfüllstoffe und Pastenlotmaterialien sind immer noch auf Importe angewiesen. Es bestehen inländische Produktionslücken bei der Schmelz- und Verarbeitungskontrolle. Zu den häufigsten Mängeln gehören eine inkonsistente chemische Zusammensetzung, ein erhöhter Gas- und Verunreinigungengehalt, Maßabweichungen-von-der Toleranz und eine schlechte Oberflächenbeschaffenheit. Die Branchenstandards variieren und die Durchsetzung ist inkonsistent, was zu einer instabilen Chargenqualität führt.
Für Elektronik- und Halbleiteranwendungen verwenden Aktivlote Titan, Zirkonium oder Niob als aktive Elemente. Diese Metalle reagieren mit Keramikoberflächen und bilden Verbindungsschichten zwischen Keramik- und Metallsubstraten. Aktivlote eignen sich für Oxidkeramiken, Nichtoxidkeramiken und anorganische dielektrische Materialien. Weichlote auf Zinn--Basis werden häufig für elektronische Verbindungen verwendet. Legierungen auf Zinn--Basis haben eine niedrige Schmelztemperatur und reichliche Rohstoffreserven. Sie bilden mechanische, thermische und elektrische Verbindungsverbindungen für Kupfer, Kupferlegierungen, Kohlenstoffstahl, verzinnte und verzinkte Substrate. Blei-freies und halogenfreies Zinnlot hat aus Umweltschutzgründen bleihaltiges Lot ersetzt, obwohl die Gesamtleistung nicht ganz mit herkömmlichem Zinn-blei-Lot mithalten kann.
Kupferbasierte Hartlote werden auf Kupferlegierungen, Stahl und Hartmetall aufgetragen. Zu den Produktformen gehören Draht-, Streifen-, Ring-, Pulver-, Pasten-, Kern- und beschichtete Vorformlinge. Auf Aluminium- basierende Hartlote unterstützen die Verbindung von Aluminium und Aluminiumlegierungen. Der zunehmende Einsatz von Aluminium-für-Kupfer in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, dem Schienenverkehr und der Kühlung erhöht die Nachfrage nach Aluminiumloten, die üblicherweise für Lamellenwärmetauscher, Aluminiumwabenplatten und Kupfer-Aluminium-Lötverbindungen verwendet werden. Hartlötpulver auf Nickel--Basis wird als Hochtemperatur-Hartlötfüllstoff klassifiziert. Bor, Silizium oder Phosphor werden hinzugefügt, um die Schmelztemperatur zu senken. Füllstoffe auf Nickel--Basis bieten eine gute Hitze- und Korrosionsbeständigkeit für Kupfer-, Nickel-, Kobalt-, Edelstahl- und Diamantlöten. Zu den Endanwendungen gehören Strahltriebwerke, Raketenkomponenten, chemische Ausrüstung, Kernreaktoren, AGR-Kühler, Wärmetauscher und Kraftstoffsysteme. Nickel-basierte Zusatzmetalle werden als Paste oder schnell erstarrte amorphe Folienstreifen geliefert.
Die Materialauswahl für die Schweißmontage von elektrischen Silberkontakten muss zum Substratmaterial, zur Betriebstemperatur, zur elektrischen Belastung und zur Produktionslötmethode passen. Nicht übereinstimmendes Füllmetall führt zu einem hohen Kontaktwiderstand, zu Verbindungsrissen oder zur Trennung bei elektrischen Zyklen. Ingenieure müssen vor der Massenproduktion den Schmelzbereich des Zusatzmetalls, die Legierungszusammensetzung und die Benetzbarkeit überprüfen. Zur Validierung der Verbindungszugfestigkeit und der elektrischen Stabilität vor der Serienfertigung werden Kleinserien-Lötversuche empfohlen.
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