DE1281804B

DE1281804B - Hochvakuumdichte, supraleitfaehige Loetverbindung

Info

Publication number: DE1281804B
Application number: DEP40520A
Authority: DE
Inventors: Rolf-Dieter Boehnke; Dipl-Phys Hildebrand Zimmer
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1966-10-07
Filing date: 1966-10-07
Publication date: 1968-10-31
Also published as: GB1170828A; NL6713391A; US3523358A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

B23k

Deutsche Kl.: 49 h-1/12

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 81 804.1-14 (P 40520)

7. Oktober 1966

31. Oktober 1968

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Die Erfindung bezieht sich auf eine hochvakuumdichte, supraleitfähige Lötverbindung von zwei mit supraleitfähigen Bleischichten bedeckten Metallteilen, deren eines vor dem Löten an der Lötstelle mit einer ersten Lötkomponente und deren anderes ebenfalls vor dem Löten an der Lötstelle mit einer zweiten, von der ersten Lötkomponente abweichenden Lötkomponente bedeckt sind und bei dem das Löten unter Druck der beiden Metallteile gegeneinander und bei einer Temperatur entsprechend einem eutektischen Schmelzpunkt der Legierung aus den beiden Lötkomponenten durchgeführt wird.

Lötverbindungen und die zur Herstellung dieser angewendeten Lötverfahren sind an sich in zahlreichen Ausführungen bekannt. So ist es z. B. bekannt, daß zum Löten von Verdampferblechen und von Brennelementkernen mit Mantelrohren, auf die einzelnen zu verbindenden Metallteile verschiedene Schichten eines Lotes aufgedampft werden, um vor allen Dingen bei der späteren Lötung eine Diffusion des Lotes in die zu verbindenden Metallteile hinein zu verhindern. Es ist weiter bekannt, daß beim Lötvorgang die zu verlötenden Teile aufeinandergepreßt werden, daß ohne Löthilfsmittel wie Flußmittel oder Schutzatmosphäre und unterhalb der Schmelztemperatur des Lotes durch Diffusion im festen Zustand gelötet werden kann. Auch ist es nicht neu, Wellenleiter für Millimeterwellen so zu löten, daß die Metallteile vor der Lötung vergoldet werden und das Gold beim Löten diffundiert.

Bei einem anderen bekannten Verfahren sieht man dazu eine Lötlegierung vor, deren Zusammensetzung aus 72% Silber und 28% Kupfer besteht, wobei davon abgeraten wird, Gold für die zu verbindenden Oberflächen zu nehmen. Es ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von vakuumdichten Hüllen aus Metall- und Keramikteilen bekannt, das sich insbesondere auf die Herstellung von Elektronenröhren bezieht. Es ist dabei angegeben, daß als Lötmaterial sich insbesondere eine Legierung eignet und daß die dort angegebenen Legierungen ausgezeichnete Verbindungen mit Keramikteilen ergeben. Die entstehenden Lötlegierungen sollen einen Schmelzpunkt aufweisen, der unter dem Schmelzpunkt ihrer Legierungsbestandteile liegt. Es ist z. B. Nickel als Zusatz angegeben, da es eine Legierung mit den Titanröhrenteilen bildet und außerdem einen niedrigen Dampfdruck an dem eutektischen Schmelzpunkt aufweist.

Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus. Sie bezieht sich auf eine Lötverbindung, bei der supraleitfähige Teile miteinander zu verbinden sind.

Hochvakuumdichte,
supraleitfähige Lötverbindung

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,

2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Hildebrand Zimmer,

2000 Hamburg;

Rolf-Dieter Böhnke, 2000 Hamburg-Lokstedt

In supraleitenden Anordnungen liegt häufig das Problem vor, einen Hohlkörper, der an der Innenseite mit einer galvanisch aufgebrachten supraleitenden

ao Schicht Blei versehen ist, hochvakuumdicht zu verschließen. Bei einer Verwendung derartiger Hohlkörper, z. B. für HF-Resonatoren, darf dabei die elektrische Hochfrequenzleitfähigkeit der entstehenden Dichtungsnaht nicht wesentlich schlechter sein als die des supraleitenden Bleis. Bei einer Lötverbindung dürfen keine höheren Temperaturen als die Schmelztemperaturen des Bleis angewandt werden. Außerdem dürfen keine Flußmittel verwendet werden. Ferner muß verhindert werden, daß sich ein Überschuß von geschmolzenem Lot auf der Bleioberfläche der miteinander zu verbindenden Metallteile ausbreitet.

Aus dem obengenannten Stand der Technik und aus den zahlreichen Veröffentlichungen über Legierungen sind zahlreiche Legierungen bekannt, für die auch das Eutektikum entweder durch Versuche ermittelt oder auch ausgerechnet werden kann oder sogar veröffentlicht ist, für die also der eutektische niedrigste Schmelzpunkt festliegt. Für die hochvakuumdichte, supraleitfähige Lötverbindung, deren elektrische Hochfrequenzleitfähigkeiten nicht wesentlich schlechter sein dürfen als die des supraleitenden Bleis, bestand die Aufgabe der Erfindung darin, zunächst erst einmal eine Legierung anzugeben, die sich für eine derartige Lötverbindung eignet, und es mußte weiterhin angegeben werden, auf welche Maßnahmen es bei der Durchführung einer derartigen Lötung ankommt.

Für eine hochvakuumdichte, supraleitfähige Lötverbindung der eingangs genannten Art schreibt die Erfindung nunmehr vor, daß die erste Lötkomponente aus reinem Blei bestehen soll und die zweite

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aus Gold bestehende Lötkomponente auf das andere Metallteil in einer derartigen Schichtdicke aufgebracht werden muß, daß sich beim Löten das Blei-Gold-Eutektikum ergibt.

• Damit ist" eine Lötung der Lötverbindung möglich, die, wie sich aus dem Zustandsschaubild ergibt, bei Temperaturen abspielt, die erheblich unter dem des reinen Bleis liegen, nämlich etwa 25 °/o.

Bei einer Lötverbindung nach der Erfindung bilden die getrennt aufgebrachten Komponenten Blei und Gold durch Diffusion vor dem Schmelzen das Lot. Das so entstehende Lot besitzt einen niedrigeren Schmelzpunkt als jeder der beiden Komponenten,

weil ihr Schmelzdiagramm ein ausgeprägtes Eutek-

tikum aufweist. Wenn die beiden Komponenten getrennt voneinander auf den beiden Metallteilen aufgebracht werden, wird erreicht, daß nur in den Berührungsflächen eine Schmelzzone entsteht. Damit wird auch gleichzeitig .verhindert, daß sich das Lot bei der Lötung über größere Oberflächen der zu verbindenden Metallteile ausbreitet.

Die Lötverbindung nach der Erfindung .wird auf folgende Weise hergestellt:

Eines der beiden zu verbindenden Metallteile, das z.B. aus Kupfer bestehen kann, wird vollständig elektrolytisch verbleit. Das zweite Metallteil wird ebenfalls verbleit, jedoch mit Ausnahme der Lötstelle, die mit Gold bedeckt werden soll. Die Dicke der nachfolgend aufgebrachten Goldbedeckung einer Lötstelle steht dann in einem derartigen Verhältnis zur Dicke der Bleibedeckurig an der Verbindungsfläche, daß sich das Mischungsverhältnis des Eutektikums aus 15 Gewichtsprozent Gold zu 85 Gewichtsprozent Blei ergibt. Das Eutektikum weist eine Schmelztemperatur von 215⁰C auf. Reines Gold schmilzt bei 1063° C und reines Blei bei 327° C. Die beiden zu verbindenden Metallteile werden, wie an sich bekannt, im festen Kontakt zueinander gebracht und auf eine Temperatur von z. B. 240⁰C, aber nicht darüber, erhitzt. Zwischen 215 und 240° C schmilzt das Lot und bildet eine hochvakuumdichte und supraleitfähige Lötverbindung, dessen elektrische Hochfrequenzleitfähigkeit nicht wesentlich schlechter als die des supraleitenden Bleis ist.

Claims

Patentanspruch:

Hochvakuumdichte, supraleitfähige Lötverbindung von zwei mit supraleitfähigen Bleischichten bedeckten Metallteilen, deren eines vor dem Löten an der Lötstelle mit einer ersten Lötkomponente und deren anderes ebenfalls vor dem Löten an der Lötstelle mit einer zweiten, von der ersten Lötkomponente abweichenden Lötkomponente bedeckt sind und bei dem das Löten unter Druck der beiden Metallteile gegeneinander und bei einer Temperatur entsprechend einem eutektischen Schmelzpunkt der Legierung aus den beiden Lötkomponenten durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lötkomponente aus reinem Blei besteht und die zweite, aus Gold bestehende L'ötkomponente auf das andere Metallteil in einer derartigen Schichtdicke aufgebracht ist, daß sich beim Löten das Blei-Gold-Eutektikum ergibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 359 008.