DE1949869C - Verfahren zum Verbinden eines Wolf ramdraht Gluhkorpers mit einer metallischen Stromzuleitung bei Glühlampen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft die Herstellung von Glüh- zu bewegt, um den Glühkörper IO zwischen sich und lampen und hier ein neues und verbessertes Verfah- dem Zuleitungsdraht 12 einzuschließen, wie dies aus ren zum Verbinden eines Wolframdraht-Glühkörpers F i g. 2 hervorgeht.

mit einer metallischen Stromzuleitung bei Glüh- Es ist wesentlich, die Metallperle 14 bis zum plalampeh. ■ a stischen oder einem halbplastischen Zustand, jedoch

Bei der Herstellung von Glühlampen wird ein nicht bis zum Schmelzpunkt zu erwärmen, während Glühkörper, wie z. B. ein feiner Wolframdraht, zwi- sie gegen den Zuleitungsdraht 12 und den daraufschen zwei Zuleitungsdrtlhten aufgehängt, die zum liegenden Glühkörper 10 gepreßt wird. Infolgedessen einen dazu dienen, den Glühkörper zu halten, zum wird der Glühkörper von dem Metall der Perle 14 anderen, die Stromzuführung zum Glühkörper zu io eng umschlossen, wobei eine intermetallische oder übernehmen. Daher ist es von großer Wichtigkeit, metallurgische Verbindung durch Diffusion an der daß die Verbindung zwischen dem Glühkörper und Grenzfläche der Perle 14 und des Zuleitungsdrahtes den Zuleitungsdrähten fest und zuverlässig Ist, dar- 12 entsteht. Auf Grund dieses ausgedehnten, festen über hinaus aber auch einen geringen elektrischen mechanischen Kontaktes zwischen dem Glühkörper 10 Widerstand aufweist, 15 und der Perle 14 sowie der durch die Druckeinwir-

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Ver- kung unter Erhitzung hervorgerufenen Diffusionsverfahren zur Verbindung eines Wolframdraht-Glühkör- bindung zwischen dem Metall der Perle 14 und dem pars mit einer metallischen Stromzuleitung anzugeben, Zuleitungsdraht 12 entsteht eine höchst zuverlässige so daß zwischen dem Glühkörper und den Strom- und gut leitende Verbindung.
Zuleitungsdrähten eine feste und dauerhafte mecha- ao Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders genische Verbindung zustande kommt, daneben aber eignet für die Herstellung von Miniaturglühlampen, auch ein geringer elektrischer Widerstand an der wie z. B. numerischen Anzeigelampen, bei denen eine Verbindungsstelle auftritt. Dabei soll die Entstehung Anzahl Glühkörper, wie der gezeigte Glühkörper 10, eines Oxyds verhindert werden. Weiterhin soll die zwischen entsprechend vielen Zuleitungsdrähten 12 Verbindungsstelle klein sein und vor allem ein nied- 35 ausgespannt und die ganze Anordnung hinter einem riges Profil aufweisen, wodurch das erfindungsgemäße durchsichtigen oder durchscheinenden Schirm in ein Verfahren besonders geeignet wird für die Herstel- Vakuum eingeschlossen wird. Bei dem gezeigten Auslung von Miniaturlampen, wie z. B. numerischen An- führungsbeispiel der Erfindung besteht der Glühkörzeigelampen. per 10 in Wirklichkeit aus einem Wolframdraht mit

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei dem eingangs 30 einem Durchmesser in der Gegend von 7,6 μ, der in genannten Verfahren erfindungsgemäß vorgesehen, üblicher Weise zu einer Wendel von etwa 25 bis 50 μ daß ein Ende der Stromzuleitung mit einem diffu- Durchmesser aufgewunden ist. Der Zuleitungsdraht sionsfähigen Metall überzogen wird, daß der Glüh- 12, von dem nur das Ende dargestellt ist, kann eine körper über das überzogene Stromzuleitungsende ge- beliebige Größe und Gestalt aufweisen und bildet legt wird, daß auf den Glühkörper und das über- 35 vorzugsweise einen Leiter, der sich vom Inneren der zogene Stromzuleitungsende eine Perle aus einem Lampe nach außen erstreckt, um eine Verbindung mit ebenfalls diffusionsfähigen Metall aufgebracht wird, dem Speisestromkreis zu bilden. Zur Herbeiführung daß die Metallperle bis unter den Schmelzpunkt des einer intermetallischen oder metallurgischen Verbinbetreffenden Metalls, jedoch über die Temperatur dung zwischen dem Zuleitungsdraht 12 und der Meerhitzt wird, bei der eine Diffusion desselben eintritt, 40 tallperle 14 ist der Zuleitungsdraht 12 mit einem und daß die Mctallperle einem Druck ausgesetzt wird, Überzug aus einem Metall versehen, das in der Lage der groß genug ist, um sie zum Umfließen des Glüh- ist, mit dem Metall der Perle 14 eine Diffusionsverkörpsrs und zum Eingehen einer Diffusionsverbin- bindung einzugehen.

dung mit dem Überzug der Stromzuleiüuvj zu Vorzugsweise besteht der Zuleitungsdraht 12 aus

bringen. 45 einem geeigneten gutleitenden Metall, wie z. B. Kup-

Bei diesem Verfahren wird also der Glühkörper fer oder »Dumet« (ein für Glasdurchführungen bemit dem betreffenden Stromzuleitungsdraht dadurch sonders geeignetes Metall), während die Perle 14 aus verbunden, daß er zwischen dem Stromzuleitungs- Gold besteht. Um die Bildung einer Diffusionsverbindraht und einer Metallperle eingefügt wird. Die Me- dung zwischen der Perle 14 und dem Zuleitungsdraht tallperle wird dabei bis zu einem halbplastischen 50 12 zu gestatten, ist derjenige Abschnitt des Zulei-Zustand erhitzt und auf den Stromzuleitungsdraht ge- tungsdrahtes 12, mit dem das Metall der Perle 14 in preßt. Dies hat eine metallurgische oder intermetal- Verbindung treten soll, wie gesagt, mit einem Überlische Verbindung zwischen der Metallperle und dem zug aus einem geeigneten Metall, insbesondere sehr Stromzuleitungsdraht zur Folge, wobei gleichzeitig reinem Gold, versehen. Um indessen eine Diffusion der Glühkörper in der Metallperle eingebsttet wird. 55 zwischen dem Goldüberzug und dem Metall des Zu-

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung leitungsdrahtes 12 auszuschalten, kann eine Zwischengehen aus ebr nachfolgenden Beschreibung einer Aus- schicht aus Nickel oder einem anderen geeigneten führungsform des erh'ndungsgemäßen Verfahrens Material vorgesehen werden.

hervor, in der auf die begleitende Zeichnung Bezug Die Metallperle 14 kann auf jede geeignete Weise

genommen ist. 60 gebildet werden. In dem dargestellten Ausführungs-

Die vier Figuren der letzteren sind etwas schema- beispiel wird ein Metalldraht 16, vorzugsweise aus tisierte und bruchsüickhafte Darstellungen aufsinan- sehr reinem Gold und mit einem Durchmesser von derfolgender Arbeitsgänge beim erlindungsjemäßen etwa 38 μ, von einem Vorrat, beispielsweise einer Kontaktieren eines Glühkörpers. (nicht gezeigten) 5>pule her durch eine Führungsspitze

Gemäß Fig. 1 wird der Glühkörper 10 auf das 65 18 mit einem zentralen Durchtrittskanal 20 (Fig. 1) Ende eines Stromzuleitungsdrahtes 12 aufgelegt, und zugeführt, dessen Durchmesser in diesem Falle etwa darüber wird eine Metallperle 14 gebracht. Darauf 50 μ beträgt. Die Perle 14 besitzt zunächst etwa Kuwird die Metallperle 14 auf den Zuleitungsdraht 12 gel- oder Tropfenform mit einem Durchmesser von

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etwa 150 bis 200 μ und befindet sich noch am Ende stand, Infolgedessen vermag das Metall der Perle den des Drahtes ift. Glühkörper 10 eng zu umgeben und satt einzuhüllen,

Wie l· ι g. 1 erkennen läßt, wirU der Glühkörper 10 so daß eine große KontaUIWche zustande kommt, zunächst zwischen der Perle 14 und dem Zuleitung*· Gleichzeitig kommt es zu einer WUrme-Druck-Vcrdraht 12 aufleteteren au gelegt, vorzugsweise auf die 5 bindung zwischen der Perle 14 und dem Zuleitungsim wesentlichen flache Stirnfläche des Drahtes 12, ob- draht 12. Genauer gesagt tritt unter der Einwirkung gleich der Glühkörper, falls erwünscht, selbstverständ- von Wärme und Druck zwischen den Materialien an Hch auch auf eine andere Stelle dos Zuleitungsdrahtes der Grenzfläche der Perle 14 und des Zuleitungsdrah-12 aufgebracht werden kann. Die Anordnung nach tes 12 Diffusion ein, durch welche eine feste und vor^der ^rJ!) r^{ng βΓβ} ί , ^Vortet1' ^{daß die} zwischen io zUglich leitende intermetallische oder metallurgische dem Glühkörper und dem Zuleitungsdraht zustande Verbindung zustande kommt. Damit ist zwischen dem kommende Verbindung nur einen kleinen Raum ein- Glühkörper 10 und dem Zuleitungsdraht 12 sowohl nimmt und niedrig ist, so daß sie besonders für kleine eine feste und dauerhafte mechanische Verbindung Lampen geeignet ist. gegeben als auch ein geringer elektrischer Übergangs-

Nachdem die Perle 14, der Glühkörper 10 und der 15 widerstand.

Zuleitungsdraht 12 gegeneinander ausgerichtet wor- Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemüßen den sind, wird die Perle 14 gegen den Glühkörper 10 Verfahrens besteht ferner darin, daß wührend der und den Zuleitungsdraht 12 geführt, wie aus F i g. 2 Kontaktierung des Glühkörpers praktisch kein Oxyd ersichtlich. Dabei erfolgt vorzugsweise ein Andruck entsteht. Indessen kommt es bei einigen bekannten der Perle 14 an den Zuleitungsdraht 12, noch bevor ao Kontaktierungsverfahren für Glühkörper auf Grund der Perle Wärme zugeführt wird. Dieser Schritt dient der Verwendung bestimmter Materialien und/oder dazu, die Schraubenwindungen der Glühkörper zu- des Grades der Erwärmung, welcher für die Herstelsammenzudrücken oder zu zerquetschen, so daß sie lung der Verbindung erforderlich ist, zur Bildung in dichte Anlage an der Oberfläche des Zuleitungs- metallischer Oxyde. Diese Oxyde können bei der Erdrahtes 12 geraten. Dies ist der in diesem Stadium as hitzung auf höhere Temperaturen während des nachnoch vorhandenen Starrheit der Perle 14 zuzuschrei- folgenden Gebrauchs der Lampe zur Beeinträchtigung ben. Infolgedessen nimmt der Glühkörper im Bereich des Vakuums innerhalb der Lampe und/oder zur Verder Verbindung mit dem Zuleitungsdraht nur einen dunkelung des durchsichtigen bzw. durchscheinenden sehr geringen Raum ein. Die Druckgabe kann in be- Kolbens der Lampe führen. Wegen der verhältnisquemer Weise dadurch erfolgen, daß die Führungs- 30 mäßig geringen Temperatur, die zur Durchführung spitze 18 gegen die kugel- oder tropfenförmige Perle des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich ist, 14 gepreßt wird und diese dabei gegen den Zulei- sind diese Probleme in Zusammenhang mit der Oxydtunwdraht drückt. bildung, insbesondere bei Verwendung von Gold in

Wenn nun, wie in F i g. 3 gezeigt, dk Perle 14 er- reiner Form, hier ausgeschaltet,
hitzt und dabei weiterhin einem Druck ausgesetzt 35 Nach Fig. 4 wird die Führungsspitze 18 nach wird, so umfließt sie schließlich den Glühkörpai 10 erfolster Verbindung der Perle 14 mit der Oberfläche und hüllt ihn satt ein, wobei gleichzeitig eine inter- des Zuleitungsdrahtes 12 unter Einschluß des Glühmetallische oder metallurgische Verbindung mit dem körpers 10 von der Perle 14 abgehoben, um einen Zuleitungsdraht 12 entsteht. Abschnitt des Metalldrahtes 16 freizulegen. Darauf-

Die Erhitzung der Perle 14 erfolgt dabei bis auf 40 hin wird dieser Draht oberhalb der Perle 14 auf eine Temperatur, die ausreicht, um das Metall in irgendeine geeignete Weise durchtrennt. Vorzugsweise einen plastischen oder halbplasttechen Zustand zu eriolgt die Durchtrennung in Form von Abschmelversetzen, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des zen, so daß gleichzeitig mit der Durchtrennun? des betreffenden Metalls liegt. Diese Temperatur ist hoch Drahtes eine neue Metallperle für einen nachfolgengenug, um dem Metall eine wesentlich erhöhte Ge- 45 den Kontaktierungsvorgang gebildet werden kann, schmeidigkeit zu verleihen und an der Grenzfläche Wie F i g. 4 zeigt, findet zu diesem Zweck ein Brenzwischen der Perle 14 und dem Zuleitungsdraht 12 ner 22 Verwendung, der an den Draht 16 heran-Diffusion eintreten zu lassen. Doch verbleibt die Tem- geführt wird.

peratur, wie gesagt, unterhalb der Schmelztemperatur Nach Abtrennune; der Perle 14 von dem Draht ver-

des Metalls der Perle 14 und weit unterhalb derjeni- 50 bleibt ein kurzes Stück desselben an der Perle, das, gen, bei welcher das Material des Glühfadens 10 wie aus F i g. 4 zu sehen, einen mit 24 bezeichneten spröde wird. dünnen Abschnitt aufweisen kann, der durch das Ab-

Besteht die Perle 14, wie bevorzugt, aus Gold, so ziehen des Drahtes 16 bei noch plastischem Zustand erfolgt die Erwärmung auf eine Temperatur über der Perle 14 entsteht. Um die Höhe der Verbindung 450° C, was etwa der Temperatur entspricht, bei 55 zwischen dem Glühfaden 10 und dem Zuhitungsdraht welcher Gold im Stande ist, zu diffundieren. Indessen 12 zu verringern, kann dieser Abschnitt 24 ohne weiverbleibt die Temperatur der Perle 14 unterhalb teres abgebrochen werden.

1065° C, was dem Schmelzpunkt von Gold entspricht. Ein weiterer beträchtlicher Vorteil des erfindungs-

Die besten Ergebnisse wurden bei einer Erhitzung der gemäßen Verfahrens besteht darin, daß es bequem Goldperle auf etwa 600 bis 650° C während etwa 60 und wirtschaftlich mittels im Handel erhältlicher Ge-3 Sekunden Dauer erzielt, wobei gleichzeitig Druck rate ausgeführt werden kann, die normalerweise zu auf die Perle ausgeübt wurde. Dies kann in bequemer einem anderen Zweck Verwendung finden (USA.-Weise durch Wärmezufuhr zu der Perle mittels der Patentschrift 3 320 401). Diese Gerü'e sind an sich Führungsspitze 18 erfolgen, die ihrerseits in jeder für die Herstellung sogenannter Nagelkopf- oiler Kubeliebigen geeigneten Weise geheizt sein kann. 65 gelverbindungen eines Metalldrahtes mit einer gege-n

Während der Wärme- und Druckaufbringung auf das Metall affinen Oberfläche vorgesehen, wie sie die Perle 14 befindet sich das Metall derselben in etwa durch einen Anschluß eines Miniaturschaltkreieinem höchst geschmeidigen oder halbplastischen Zu- ses gebildet wird. Solche Verbindungsverfahren sind

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in einem Artikel mit der Bezeichnung »Microjoining Processes for Electronic Packaging, Part 3« von Ray B. Larson in »Assembly Engineering«, November 1966, beschrieben.

Claims (9)

5 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden eines Wolframdraht-Glühkörpers mit einer metallischen Stromzuleitung bei Glühlampen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Stromzuleitung mit einem diffusionsfähigen Metall überzogen wird,
daß der Glühkörper über das überzogene Stromzuleitungsende gelegt wird,
daß auf den Glühkörper und das überzogene Stromzuleitungsende eine Perle aus einem ebenfalls diffusionsfähigen Metall aufgebracht wird,

daß die Metallperle bis unter den Schmelzpunkt des betreffenden Metalls, jedoch über ao die Temperatur erhitzt wird, bei der eine ■ '■ Diffusion desselben eintritt, und
' ' daß-die Metallperle einem Druck ausgesetzt wird, der groß genug ist, um sie zum Umfließen des Gllihkörpers und zum Eingehen einer Diffusionsverbindung mit dem Überzug der Stromzuleitung zu bringen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei wendeiförmigem Glühkörper vor dem Erhitzen der Metallperle die Windüngen der Wendel zerquetscht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß zur Bildung der Metallperle ein Draht durch eine Führungsspitze hervorgeschoben und an das hervortretende Drahtende die Perle angeformt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Druck und Hitze auf die Metallperle mittels der Führungsspitze aufgebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der nach der Kontaktierung an der Perle noch anhaftende Draht zwischen der Verbindungsstelle und der Führungsspitze abgeschmolzen und dabei gleichzeitig eine neue Perle an dem entstehenden neuen Drahtende gebildet wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallperle aus Gold gebildet wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der Metallperle bis zu einer Temperatur von etwa 600 bis 650° C erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Überzug auf dem Stromzuleitungsende aus Gold gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Goldüberzug und dei Stromzuleitung eine Zwischenschicht aus Nickel oder einem anderen Material erzeugt wird, das geeignet ist, eine Diffusion zwischen dem Goldüberzug und dem Material der Stromzuleitung zi verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen