CN114069273A - 气密端子及气密端子的制造方法 - Google Patents
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Abstract
提高气密端子中的封接部的气密可靠性。提供一种气密端子及气密端子的制造方法，在进行气密密封的金属件的所期望的表面具有利用了颗粒的机械表面处理痕。气密端子具备：金属外环，所述金属外环至少具有一个贯通孔；引线，所述引线挿通于该金属外环的贯通孔；以及绝缘材料，所述绝缘材料封接金属外环和引线，其中在由引线及金属外环构成的金属件中的所期望的金属件的预定表面具有利用了颗粒的机械表面处理痕。
Description
技术领域
本发明涉及一种气密端子。
背景技术
气密端子是将引线用绝缘材料气封装接到金属外环(也称为小孔或者孔眼)的挿通孔而获得的部件，用于向收容在气密容器内的电气设备或元件供给电流、或从电气设备或元件向外部导出信号的情况。特别是，将金属外环和引线用绝缘玻璃封接的GTMS(Glass-to-Metal-Seal，玻璃到金属封接)类型气密端子大致分为匹配封装型和压缩封装型两种。对于确保所述气密端子中气密封装的高可靠性，重要的是适当地选择外环及引线的金属材料和绝缘玻璃的热膨胀系数。用于封装的绝缘玻璃由金属外环和引线的原材料、所需要的温度分布及其热膨胀系数决定。在匹配封装的情况下，选择封装原材料，以使金属材料和绝缘玻璃的热膨胀系数尽可能一致。另一方面，在压缩封装的情况下，有意地选择不同热膨胀系数的金属材料和绝缘玻璃的材料，以使金属外环压缩绝缘玻璃和引线。
为确保上述气密端子具有高气密可靠性和电绝缘性，在匹配封装型气密端子中，金属外环和引线材料使用在宽温度范围内热膨胀系数与玻璃材料一致的科瓦铁镍钴合金(Fe54％、Ni28％、Co18％)，使用由硼硅玻璃制成的绝缘玻璃封接两者，而在压缩封装型气密端子中，使用由碳钢或不锈钢等钢制成的金属外环及铁镍合金(Fe50％、Ni50％)或铁铬合金(Fe72％、Cr28％)等铁合金的引线材料，使用由钠钡玻璃制成的绝缘玻璃封接两者，以便在使用温度范围内对玻璃施加同心圆状的压缩应力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开WO2019/116598号公报。
在现有技术中，在气密端子的封接面上实施特定金属的镀敷被膜或特定金属氧化物被膜，利用这些金属材料和绝缘材料的化学结合来确保绝缘密封部的润湿和紧贴性。在形成所述被膜时不可避免地伴有镀覆工序、蚀刻工序、热处理工序等，因此也存在未必能说生产性肯定高效的情况，但现状是没有有效的代替方法，只能完全依赖于这些方法。然而，气密端子的用途广泛且多样化，诸如各种传感器、继电器、存储装置，材料构成和所需要的特性也越来越复杂化。另外，采用在现有技术中并未作为气密端子材料来使用的材料的机会也增加了。这种新型材料并不一定适合形成气密密封。此外，将材质和热特性不同的引线和金属外环通过绝缘材料来有效地气密密封，并生产可靠性高的气密端子并不容易。在这种情况下，如果能够相对简单地改善或制备构成气密端子的金属材料和绝缘材料的润湿和紧贴性，则会方便。
例如，用于冰箱压缩机的气密端子中的一种气密端子，具备低碳钢制金属外环、挿通于该金属外环的贯通孔的铁铬合金制引线、以及封接金属外环和引线的钠玻璃制绝缘材料，其中在该引线和金属外环的表面实施了镀镍。因为该气密端子需要对与制冷剂一起配置在耐压容器内的电动机供电，所以采用耐压性优异的压缩封装型气密端子，金属外环多为利用铁系合金，而由于铁制外环易生锈，因此需要对封接后的气密端子实施镍的后加工镀覆。因此，有一种称为先镀覆法的制造方法，该方法是预先对铁铬合金制引线实施镀镍，并将其封接到铁制外环后，对金属外环和引线实施化学镀镍的后加工。
在先镀覆法中，对封接前的铁铬合金引线实施镀镍，在封接炉中，将该镀镍引线用绝缘材料的玻璃封接到金属外环。然后，用玻璃封接了引线之后的气密端子被在引线和金属外环的金属表面实施化学镀镍磷的后加工镀覆，完成气密端子。先镀覆法的优点是：由于在通过高温封接炉之前，预先在引线的整个表面实施镀镍，故铬合金表面的氧化膜比较少，可以不使用强蚀刻剂。另一方面，先镀覆法的缺点是：由于引线的封接面是由与玻璃的紧贴性差的镀镍层构成，所以封接后镀层与玻璃的界面容易剥离。因此，在现有技术中并不容易将其应用于暴露在高压中的气密端子，诸如冰箱的压缩机。
发明内容
本发明的目的在于在气密端子中提高封接部的气密可靠性。
根据本发明，提供一种气密端子，其在进行气密密封的金属件的所期望的表面具有利用了颗粒的机械表面处理痕。即，提供一种气密端子，具备：金属外环，所述金属外环至少具有一个贯通孔；引线，挿通于该金属外环的贯通孔；以及绝缘材料，封接金属外环和引线，其中在由引线和金属外环构成的金属件中的所期望的金属件的预定表面具有利用了颗粒的机械表面处理痕。相关金属件的预定表面通过利用了颗粒的机械表面处理，具有如下特征中的任意一种以上。1)具有引线材料或金属外环的表面的物理微点刻。2)通过力学/力化学作用，在相关金属表面具有一部分所述颗粒或源自该颗粒的物质的粘着物。3)具有目标表面与该颗粒反应得到的反应产物。根据本发明的颗粒只要能够实现上述特征中的任意一种以上即可，没有特别限制，但可以较优选使用陶瓷、玻璃、塑料、金属、金属化合物(例如，金属氧化物等)、反应性固体(例如，氧化性固体的干冰等)。需要注意的是，该利用了颗粒的机械表面处理只要能够实现上述特征中的任意一种以上即可，并不限于特定方法，能够较优选利用：例如通过喷砂处理等对所期望的颗粒赋予高动能，以使其碰撞相应处理表面的方法，或者，例如通过滚筒处理等使所期望的颗粒与相应处理表面接触的同时，一起赋予流动或者振动的方法。
根据本发明的另一观点，提供一种气密端子，具备：至少具有一个贯通孔的金属外环、挿通于该金属外环的贯通孔的引线、以及封接金属外环和引线的绝缘材料，其中该引线或该金属外环在表面具有颗粒粘着层。该颗粒粘着层通过力学或者力化学作用使一部分颗粒或源自该颗粒的物质直接粘着在该引线或该金属外环的母材表面上。即，一部分颗粒或源自该颗粒的物质粘着于目标母材而形成，或者粘着有所述母材表面与该颗粒反应得到的产物。根据本发明的颗粒由选自陶瓷、玻璃、塑料、金属、金属化合物(例如，金属氧化物等)、反应性固体(例如，氧化性固体的干冰等)的颗粒构成。
作为一个例子，通过在电解镀镍表面适用喷砂处理，能够对利用了包含铁铬合金的不锈钢引线或金属外环的压缩封装型气密端子适用将先镀覆。通过用氧化铝颗粒或者铜颗粒对铁铬合金制引线在实施了电解镀镍的引线表面进行机械表面处理，能够在电解镀镍的表面形成玻璃亲和性的粘着层，以激活引线表面。通过机械表面处理，无须担心玻璃绝缘材料与镍之间的界面剥离，能够将电解镀镍引线用玻璃封接于铁系金属外环。
本发明的气密端子，能够将所期望的特性至少赋予引线或者金属外环的用于封接绝缘材料的表面，可选择的颗粒的种类也能够广范围利用，诸如无机材料、有机材料以及金属材料，可对迄今为止在镀覆工序中无法成膜的物质进行表面涂覆。
根据本发明的气密端子的制造方法，在绝缘材料封装工序之前预先对金属件的所期望的表面实施利用了颗粒的机械表面处理。即，一种气密端子的制造方法，在封装绝缘材料之前预先对金属件的所期望的表面实施利用了颗粒的机械表面处理，该方法包括如下工序：表面颗粒处理工序，在由传导引线和具有贯通孔的金属外环构成的金属件中的所期望的金属件的预定表面实施利用了颗粒的机械表面处理；组装准备工序，准备绝缘材料、引线及金属外环；以及绝缘材料封装工序，使引线挿通于金属外环的贯通孔，将金属外环和引线用绝缘材料封装，并且具有适当追加的镀覆工序。在组装准备工序中，进一步根据需要准备绝缘套筒，所述绝缘套筒用于插装到引线，以扩大金属外环和引线的沿面距离且增加径迹阻力，可以将所述绝缘套筒在绝缘材料封装工序中插装到引线并与金属外环和引线一起用绝缘材料封装。例如通过如下工序制造：先镀覆工序，对引线或者金属外环实施所期望的预镀覆；表面颗粒处理工序，在实施了该先镀覆的引线或金属外环中至少要进行封接或者封装的表面实施利用了颗粒的机械表面处理；组装准备工序，准备所述金属外环、所述引线、以及气密粘着所述金属外环和所述引线的绝缘材料；绝缘材料封装工序，接着使所述引线挿通于所述金属外环的贯通孔，将所述金属外环和所述引线用绝缘材料封接或者封装；后加工镀覆工序，最后在通过用绝缘材料气密封装来组装金属外环和引线而获得的气密端子的露出金属表面实施所期望的镀覆被膜。该利用了颗粒的机械表面处理对处理表面可以实施如下中的任意一种以上。1)在引线材料或金属外环的表面实施物理微点刻。2)通过力学/力化学作用，将一部分所述颗粒或源自该颗粒的物质导入到相关金属表面。3)目标表面与该颗粒反应而改善表面物性。该利用了颗粒的机械表面处理只要能够对目标表面实施上述方法中的任意一种以上即可，不限于特定方法，能够较优选利用：例如通过喷砂处理等对所期望的颗粒赋予高动能，以使其碰撞相应处理表面的方法，或者，例如通过滚筒处理等使所期望的颗粒与相应处理表面接触的同时，一起赋予流动或者振动的方法。
本发明的气密端子的制造方法，能够将所期望的特性至少赋予引线或者金属外环的用于封接绝缘材料的表面，可选择的颗粒的种类也能够广范围利用，诸如无机材料、有机材料以及金属材料，可对迄今为止在镀覆工序中无法成膜的物质进行表面涂覆。
本发明的力学或者力化学作用是指，给封装部的金属表面赋予机械冲击，使颗粒以物理或者化学的方式粘着到所述金属表面。
附图说明
图1示出根据本发明的气密端子10，是对引线实施了机械表面处理的例子，(a)示出其俯视图，(b)示出(a)中沿A-A线截取的主视剖视图。
图2示出根据本发明的气密端子20，是对引线实施了机械表面处理的例子，示出其俯视图。
图3示出根据本发明的气密端子20，是对引线实施了机械表面处理的例子，示出其主视图，并示出图2中沿D-D线截取的主视局部剖视图。
图4示出根据本发明的气密端子20，是对引线实施了机械表面处理的气密端子的例子，示出其仰视图。
图5示出根据本发明的气密端子的制造方法50的工序流程图。
符号说明
气密端子10；金属外环11；引线13；绝缘材料14；颗粒粘着层15；气密端子20；金属外环21；镀层22；引线23；绝缘材料24；颗粒粘着层25；气密端子的制造方法50；先镀覆工序51；表面颗粒处理工序52；组装准备工序53；绝缘材料封装工序54；后加工镀覆工序55。
具体实施方式
根据本发明的气密端子10是一种在进行气密密封的金属件的所期望的表面具有利用了颗粒的机械表面处理痕的气密端子，如图1所示，具备：至少具有一个贯通孔的金属外环11；挿通于金属外环11的贯通孔的引线13；以及封接金属外环11和引线13的绝缘材料14，其中在金属外环11或引线13的表面具有利用了颗粒的机械表面处理痕。根据本发明的颗粒选自陶瓷、玻璃、塑料、金属、金属化合物和反应性固体。所述颗粒，只要能够由利用了该颗粒的机械表面处理产生的力学/力化学作用，在引线材料或金属外环的表面进行物理微点刻、或者使一部分所述颗粒或源自该颗粒的物质贯入引线或金属外环的目标表面等而粘着，或者使目标表面与该颗粒反应等来将表面物性改性，则可以利用任何颗粒。例如，能够较优选利用氧化铝、钙钠玻璃、碳化硅、三聚氰胺树脂、铜、金属氧化物、干冰等颗粒。
例如，如果在对铁铬合金实施了电解镀镍而获得的引线表面实施了利用了铜颗粒的机械表面处理，由铜颗粒对镀镍表面进行点刻并且使一部分铜颗粒贯入并粘着在镍镀层表面，能够改性为镍镀层容易被熔融玻璃润湿的表面。另外，如果对铜合金引线表面实施了使用干冰颗粒的机械表面处理，通过二氧化碳气体的氧化性对铜表面进行适度氧化，由此能够改性为容易被熔融玻璃润湿的引线表面。进一步，如果对铜合金引线实施了使用陶瓷颗粒的机械表面处理，由陶瓷颗粒对铜合金引线表面进行点刻并且使一部分陶瓷颗粒以斑纹状或点描状贯入并粘着于引线表面，从而能够以存在于引线表面的所述颗粒的贯入点作为基点，改性为容易被熔融玻璃润湿的表面。如果对铁铬合金引线表面实施了使用塑料颗粒的机械表面处理，由塑料颗粒对引线表面进行点刻并且使一部分该颗粒贯入并粘着于引线表面，从而能够改性为引线容易被环氧树脂等热固化性树脂润湿的表面。该利用了颗粒的机械表面处理不限于特定的方法，只要能够实现如下中的任意一种以上即可：在金属外环11或者引线13的表面具有物理微点刻，或者通过力学/力化学作用，在相关金属表面具有一部分所述颗粒或源自该颗粒的物质的粘着物，或者具有目标表面与该颗粒反应得到的反应产物。能够利用：例如通过喷砂处理等对所期望的颗粒赋予较高动能，以使其碰撞相应处理表面的方法，或者，例如通过滚筒处理等使所期望的颗粒与相应处理表面接触的同时，一起赋予流动或者振动的方法。
根据本发明的另一观点，提供一种在进行气密密封的金属件的表面具有颗粒粘着层的气密端子，如图1所示，具备：至少具有一个贯通孔的金属外环11、挿通于金属外环11的贯通孔的引线13、以及封接金属外环11和引线13的绝缘材料14，其中金属外环11或者引线13在表面具有颗粒粘着层15。根据本发明的颗粒粘着层15由选自陶瓷、玻璃、塑料、金属、金属化合物和反应性固体的颗粒构成，通过力学或者力化学作用，使一部分所述颗粒或源自该颗粒的物质直接粘着于金属外环11或者引线13的母材表面。即，一部分所述颗粒或源自该颗粒的物质粘着于目标母材而形成，或者粘着有所述母材表面与该颗粒反应得到的产物。
作为一个例子，通过在电解镀镍表面适用喷砂处理，能够在利用铁铬合金等不锈钢引线的压缩封装型气密端子中适用先镀覆法。通过使用氧化铝颗粒对在铁铬合金实施了电解镀镍而获得的引线的表面进行机械表面处理，在电解镀镍的表面形成玻璃亲和性的粘着层，并能够激活引线表面。通过机械表面处理，能够将电解镀镍引线用玻璃封接于铁系金属外环，而不用担心玻璃绝缘材料与镍之间的界面剥离。
根据本发明的气密端子的制造方法，是一种在用绝缘材料封装之前预先对金属件的所期望的表面实施利用了颗粒的机械表面处理的气密端子的制造方法50，如图5的工序流程图所示，至少由以下工序构成：表面颗粒处理工序52，对由构成该气密端子的传导引线和具有贯通孔金属外环构成的金属件表面的所期望的部分实施利用了颗粒的机械表面处理；组装准备工序53，准备绝缘材料、所述引线以及所述金属外环的部件，将所述部件中的必要部件设置到组装夹具上；以及绝缘材料封装工序54，使所述引线挿通于金属外环的贯通孔，将金属外环和引线用绝缘材料封装，根据需要，表面颗粒处理工序52的前工序具有先镀覆工序51，绝缘材料封装工序54的后续工序具有后加工镀覆工序55。在组装准备工序53中，进一步根据需要准备绝缘套筒的部件，绝缘套筒用于插装到引线，以扩大金属外环和引线的沿面距离且增加径迹阻力，可以将绝缘套筒在绝缘材料封装工序54中插装到引线并与金属外环和引线一起用绝缘材料封装。
虽然在以下实施例中例示了三端子的气密端子，但只要是用绝缘材料封装引线和金属外环的气密端子，则可以使用任意形式。
实施例
根据本发明的实施例1的气密端子20，如图2至图4所示，具备：具有三个贯通孔的碳钢金属外环21；对挿通于该金属外环21的贯通孔的铁铬合金制母材镀覆了电解镍镀层22的引线23；以及封接金属外环21和引线23的钠钡玻璃绝缘材料24，其中该引线23在表面具有铜颗粒的机械表面处理痕。实施例1的气密端子20的引线23的特征在于，在镀层22的表面具有铜的颗粒粘着层24。
实施例1的气密端子的制造方法50，如图5所示，通过如下工序来组装集合端子：先镀覆工序51，首先对铁铬合金制引线实施电解镀镍；表面颗粒处理工序52，在实施了所述镀覆的引线表面实施利用了铜颗粒的机械表面处理；组装准备工序53，准备三根引线、具有三个贯通孔的由碳钢制成的金属外环、以及预成形为圆管状的由钠钡玻璃制成的绝缘材料，所述三根引线是经过表面颗粒处理被点刻并且一部分铜颗粒以斑纹状或点描状贯入并粘着于引线表面的引线；绝缘材料封装工序54，各引线挿通于金属外环的贯通孔，将圆管状绝缘材料组合到金属外环与引线之间，使其通过高温封接炉来软化玻璃，从而将金属外环和引线用绝缘材料封装，通过后加工镀覆工序55，最后对在绝缘材料封装工序54中组装的端子的金属部实施化学镀镍的后加工镀覆而制造。
根据本发明的实施例2的气密端子20，如图2至图4所示，具备：具有三个贯通孔的碳钢金属外环21、对挿通于该金属外环21的贯通孔的铜制母材镀覆了电解镍镀层22的引线23、以及封接金属外环21和引线23的钠钡玻璃绝缘材料24，其中引线23在表面具有利用了氧化铝颗粒的机械表面处理痕。实施例2的气密端子20的引线23的特征在于，在镀层22的表面具有氧化铝的颗粒粘着层25。
实施例2的气密端子的制造方法50，如图5所示，通过如下工序来组装集合端子：先镀覆工序51，先对铜制引线实施电解镀镍；表面颗粒处理工序52，在实施了所述先镀覆的引线表面实施利用了氧化铝颗粒的机械表面处理；组装准备工序53，准备三根引线、具有三个贯通孔的由碳钢制成的金属外环、以及预成形为圆管状的由钠钡玻璃构成的绝缘材料，所述三根引线是经过表面颗粒处理被点刻并且一部分氧化铝颗粒以斑纹状或点描状贯入并粘着于引线表面的引线；以及绝缘材料封装工序54，各引线挿通于金属外环的贯通孔，将圆管状绝缘材料组合到金属外环与引线之间，使其通过高温封接炉来软化玻璃，从而将金属外环和引线用绝缘材料封装。通过后加工镀覆工序55，最后对在绝缘材料封装工序54中组装的端子的金属部实施化学镀镍的后加工镀覆而制造。
根据本发明的气密端子的引线不限于铁铬合金，只要能够气密封装，则可以使用任意材料，可以适当地改为铁镍合金、碳钢等。同样地，实施例中描述的绝缘材料不限于钠钡玻璃，只要能够电绝缘及气封装接引线和金属外环，则可以使用任意玻璃材料，除此之外，如果有需要，可以使用诸如环氧树脂的树脂材料来代替玻璃材料。另外，也可以在本发明的气密端子的引线和金属外环的一部分安装硅树脂等绝缘包覆层。
工业实用性
本发明尤其能够用于耐高电压、耐大电流且需要高气密性的气密端子。
Claims (15)
1.一种气密端子，其特征在于，具备：金属外环，所述金属外环至少具有一个贯通孔；引线，挿通于所述金属外环的所述贯通孔；以及
绝缘材料，封接所述金属外环和所述引线，其中在所述引线或所述金属外环的表面具有利用了颗粒的机械表面处理痕。
2.根据权利要求1所述的气密端子，其中，
所述机械表面处理痕由目标表面的微点刻、或者通过力学/力化学作用粘着到目标表面的所述颗粒的构成物的粘着物、或者目标表面与所述颗粒反应得到的反应产物中的任意一种以上形成。
3.根据权利要求1或2所述的气密端子，其中，
所述颗粒选自陶瓷、玻璃、塑料、金属、金属化合物和反应性固体的组。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气密端子，其中，
所述引线或所述金属外环为不锈钢或铜。
5.根据权利要求4所述的气密端子，其中，
所述不锈钢由铁铬合金制成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气密端子，其中，
所述引线或所述金属外环在表面具有镀镍被膜。
7.一种气密端子，其特征在于，具备：金属外环，所述金属外环至少具有一个贯通孔；引线，挿通于所述金属外环的所述贯通孔；以及
绝缘材料，封接所述金属外环和所述引线，其中所述引线或所述金属外环在表面具有颗粒粘着层。
8.根据权利要求7所述的气密端子，其中，
所述颗粒选自陶瓷、玻璃、塑料、金属和反应性固体的组。
9.根据权利要求7或8所述的气密端子，其中，
所述引线或所述金属外环为不锈钢或铜。
10.根据权利要求9所述的气密端子，其中，
所述不锈钢由铁铬合金制成。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的气密端子，其中，
所述引线或所述金属外环在表面具有镀镍被膜。
12.一种气密端子的制造方法，其特征在于，包括：
表面颗粒处理工序，对由传导引线和具有贯通孔的金属外环构成的金属件表面的所期望的部分实施利用了颗粒的机械表面处理；组装准备工序，准备绝缘材料、所述引线及所述金属外环的部件，将所述部件中的必要部件设置到组装夹具上；以及绝缘材料封装工序，使所述引线挿通于所述金属外环的所述贯通孔，并将所述金属外环和所述引线用所述绝缘材料封装。
13.根据权利要求12所述的气密端子的制造方法，其中，
所述表面颗粒处理工序的前工序还具有先镀覆工序，所述绝缘材料封装工序的后续工序还具有后加工镀覆工序。
14.根据权利要求12或13所述的气密端子的制造方法，其中，
所述组装准备工序还包括如下工序：根据需要准备绝缘套筒，所述绝缘套筒用于插装到所述引线，以扩大所述金属外环和所述引线的沿面距离且增加径迹阻力，将所述绝缘套筒在绝缘材料封装工序中插装到所述引线并与所述金属外环和所述引线一起用所述绝缘材料封装。
15.一种气密端子的制造方法，其特征在于，
通过如下工序制造：先镀覆工序，对引线或金属外环实施所期望的预镀覆；表面颗粒处理工序，在实施了该先镀覆的所述引线或所述金属外环中至少要进行封接或者封装的表面实施利用了颗粒的机械表面处理；组装准备工序，准备所述金属外环、所述引线、及气密粘着所述金属外环和所述引线的绝缘材料；绝缘材料封装工序，接着使所述引线挿通于所述金属外环的贯通孔，并将所述金属外环和所述引线用绝缘材料封接或者封装；以及后加工镀覆工序，最后对通过用所述绝缘材料气密封装来组装所述金属外环和所述引线而获得的气密端子的露出金属表面实施所期望的镀覆被膜。
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