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Verfahren zum haftenden miteinander Verbinden von Metallteilen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum haftenden miteinander Verbinden von Metalltei- len, von denen wenigstens einer mit einer oder mehreren, Stromleiter enthaltenden Glasdurchführungen versehen ist, insbesondere Teile einer Metallhülle für eine Halbleitervorrichtung oder eine Elektronen- röhre.
Das haftende gas-oder vakuumdichte Verbinden von Metallteilen, wobei sich ein oder mehrere Me- talldrähte in Durchführungen elektrisch isoliert durch wenigstens einen dieser Teile erstrecken, z. B. eine unter Druckspannung stehende Glasdurchführung oder eine Durchführung, deren Material einen Ausdeh- nungskoeffizienten aufweist, der etwa gleich demjenigen des Metalles ist, in dem diese angeordnet ist, und haftend mit diesem Metall verbunden ist, ist ohne Beschädigung dieser Durchführung nicht leicht durchführbar.
Gegenstände einer solchen Bauart sind z. B. Metallumhüllungen für Elektronenröhren oder Halblei- tervorrichtungen, wie Transistoren und Kristalldioden. Sie bestehen aus einer sogenannten Grundplatte, auf der ein Halbleiterkörper oder ein Elektrodensystem angeordnet ist, durch welche Grundplatte die Ver- bindungsdrähte sich durch Glasdurchführungen erstrecken und einer Metallkappe oder einem Kolben, die bzw. der mit einem sich auf der offenen Seite befindenden Rand auf der Seite des Körpers oder des Elektrodensystems haftend und gas- oder vakuumdicht am Umfang der Grundplatte verbunden wird.
Es hat sich gezeigt, dass Hartlöten zum Erhalten einer haftenden Verbindung der vorliegenden Teile ungeeignet ist. Durch die hohe Temperatur kann die Glaseinschmelzung schmelzen oder das Elektrodensystem durch Oxydation oder der Halbleiterkristall durch Diffusion beschädigt werden. Durch Löten mittels niedrig schmelzender Legierungen wird eine Verbindung erhalten, die nicht gegen höhere Temperaturen, von z. B. 3000C,'beständig ist. Es hat sich auch gezeigt, dass das normale Schweissen ein ungeeignetes Verfahren ist, weil eine Glasdurchführung sehr wenig gegen Temperaturstösse und ungleichmässige Wärmezufuhr beständig ist.
Es ist bekannt, Metallteile dadurch haftend miteinander zu verbinden, dass aus einem chemischen Vernickelungsbad oder elektrolytisch eine phosphorhaltige Nickelschicht, eine phosphorhaltige Kobaltschicht oder eine phosphorhaltige Nickel-Kobaltlegierungsschicht auf die Teile niedergeschlagen wird, die Teile dann gegeneinander gebracht werden und darauf das Ganze auf eine Temperatur zwischen 800 und 14000C in einer Schutzatmosphäre erhitzt wird, bis im wesentlichen aller Phosphor verschwunden ist.
Dieses Verfahren ist auch wegen der Empfindlichkeit der Glasdurchführung für Temperaturstösse und der Oxydationsgefahr des Elektrodensystems oder der Diffusionsgefahr von fremden Metallen in den Halbleiterkristall ungeeignet. Auch besteht die Gefahr, dass die phosphorhaltige Schicht sich durch Kapillarwirkung an der Verbindungsstelle von der an sie grenzenden Oberfläche entfernt, wodurch die Korrosionsbeständigkeit vermindert wird.
Nach der Erfindung werden die Teile dadurch haftend und gas- oder vakuumdicht verbunden, dass sie wenigstens an den Stellen, wo die Verbindung herzustellen ist, zuerst galvanisch mit einer phosphorfreien Nickel-Kobaltschicht und anschliessend aus einem chemischen Vernickelungsbad mit einer phosphorhaltigen Nickelschicht bedeckt werden, worauf die Teile zusammengebracht und durch örtliche Zufuhr von
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Wärme, insbesondere durch Widerstandsschweissen, miteinander verbunden werden.
Es hat sich- gezeigt, dass man auf diese Weise durch Anbringen einer phosphorfreien Nickel-Kobaltschicht mit einer niedrig schmelzenden phosphorhaltigen Nickelschicht darauf durch örtliche Zufuhr von Wärme eine ausgezeichnete Verbindung der Teile erhält, wobei die Glasdurchführungen nicht beschädigt werden. Es hat sich nämlich gezeigt, dass es wichtig ist, dass die Wärme, die beim Widerstandsschweissen zugeführt wird, nicht zu einem beträchtlichen Teil durch das Basismetall der Teile aufgenommen wird. Es hat sich gezeigt, dass eine Schicht einer phosphorfreien Legierung aus Nickel-Kobalt einen hohen elektischen Widerstand und eine niedrige Wärmeleitfähigkeit in Kombination mit einer guten Korrosionsbeständigkeit aufweist im Vergleich zum bekannten phosphorhaltigen Nickel oder Kobalt, das auf dem Basismetall angeordnet wird.
Vorzugsweise verwendet man nach dem Verfahren der Erfindung eine Ni-Co-Schicht, deren Zusam-
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zwischen dengen.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Ni-Co-Schicht nach der Erfindung liegt darin, dass das Ni-Co eine hervorragende Glashaftung gibt. Das Einschmelzen der Glasdurchführung mit den durch sie hindurchgeführten Stromleitern muss nach dem Anbringen der Nickel-Kobaltschicht stattfinden, worauf auf dieser Schicht die phosphorhaltige Nickelschicht angebracht Wird.
Weil die phosphorfreie Schicht eine hohe Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zum üblichen Basismaterial der Teile aufweist und der Schmelzpunkt der phosphorhaitigen Nickelschicht ziemlich niedrig ist (etwa 8000C), ist zum haftenden Verbinden der Teile eine verhältnismässig kleine Energiemenge erforderlich.