DE2044277C3 - Verfahren zur Herstellung eines aus zwei Keramikröhren bestehenden evakuierten Gehäuses - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus zwei axial entgegengesetzt ausgerichteten Keramikröhren bestehenden evakuierten Gehäuses, bei dem zwischen gegenüberstehenden Endflächen der Röhren das Lötmaterial in Ringform angeordnet wird, die Anordnung in ein Vakuum gebracht und bis /um Schmelzen des Lötmaterials erhitzt wird, um dadurch die Röhren vakuumdicht miteinander zu verbinden.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-AS 10 29 945 bekannt. Das bekannte Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als durch die Zwischenlage des aus gepreßtem pulverisiertem Lötmaterial bestehenden Ringes zwischen den beiden zu verbindenden Röhren bereits vor dem Verlöten ein verhältnismäßig dichter Abschluß entsteht, so daß beim anschließenden Evakuieren das sich innerhalb der Ringe befindliche Gas nur schwer nach außen bewegen kann. Dadurch wird eine längere Evakuierzeit erforderlich, oder man muß sich mit einem schlechteren Vakuum innerhalb des Gehäuses begnügen.

ίο Nachteilig ist auch, daß lediglich das Lötn.aterial erhitzt wird, und zwar durch Hochfrequenzwirbelströme, nicht dagegen auch die aus Keramikmaterial bestehenden Röhren. Dadurch wird einerseits die Haftung zwischen dem Lötmaterial und dem Keramikmaterial verschlechtert, zum anderen kann durch Temperaturspannungen die Lötverbindung beim Abkühlen reißen. Zudem ist keine Vorsorge dafür getroffen, daß tatsächlich eine enge Verbindung zwischen den beiden Röhrenteilen entsteht, da lediglich das Eigengewicht des oberen Teils auf das untere Teil drückt.

Aus der Zeitschrift »VAKUUM-TECHNIK«. 7. Jahrgang (1958), Heft 7, Seite 153, ist es bekannt, elektronische Bauteile wie z. B. Röhren im Vakuum zu löten. Die zu verlötenden Teile werden dazu nebst Lötmaterial induktiv erwärmt, dabei vorentgast und anschließend hartgelötet.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bei dt bekannten Verfahren der eingangs genannten Art auftretenden Nachteile zu vermeiden und insbesondere die Evakuierung zu beschleunigen und zu verbessern, Spannungsrisse durch unterschiedliche Erwärmung von Lötmaterial und Keramikröhren zu verhindern, sowie eine festere Bindung zwischen dem Lötmaterial und den Röhren zu

J' erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des neuen Hauptanspruchs genannten Merkmale gelöst. Besonders wichtig dabei ist, daß durch die Einschiebung des scheibenförmigen Lötmaterials auf das ringförmige Löinaterial periphere öffnungen entstehen, durch die beim Evakuieren das Austrittsgas s£hr schnell und leicht abströmen kann, während derartige öffnungen bei der Anordnung gemäß dem Stand der Technik nicht vorhanden sind,

*5 sondern dort vielmehr nur die öffnungen vorhanden sind, die sich durch Ungenauigkeiten zwischen dem Lötring und den Röhren ergeben. Ein weiterer Vorteil gegenüber diesem Stand der Technik liegt auch darin, daß die Anordnung beim Lötvorgang zusammengepreßt wird, und daß die Gesamtanordnung erhitzt wird, und nicht nur, wie beim Stand der Technik, das ringförmige Lötmaterial, wodurch eine gleichförmige Ausdehnung sowohl von Lötmaterial als auch von Keramikmaterial der Röhren ermöglicht wird, so daß beim späteren Abkühlen keine inneren Spannungen entstehen, die zu Rissen zwischen dem Röhrenmaterial und dem Lötmaterial führen könnten.

Vorteilhafterweise wird für das scheibenförmige Lötmaterial und das ringförmige Lötmaterial das

M gleiche Material verwendet, z. B. eine eutektische Silber-Kupferlegierung mit einem Schmelzpunkt von 77VC, Das scheibenförmige Lötmaterial ist zweckmäüigerweise U-förmig und an im Abstand zueinanderliegenden Stellen um das ringförmige Lötmaterial herumgelegt.

Mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in besonders günstiger Weise ein einen Vakuumschalter darstellendes Gehäuse hergestellt werden, wobei der

Vakuumschalter eine Abschirmung aufweist, die von einem stützenden Flanschring gehalten wird, der sich zwischen den zwei koaxial ausgerichteten Keramikröhren erstreckt, wobei die Abschirmung zwischen den zwei Keramikröhren angeordnet wird, bevor die Anordnung zur Einführung in den Ofen zusammengestellt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigt

F i g. 1 im Schnitt die Anordnung eines Vakuumschalters in einem Vakuumofen;

F i g. 2 eine Vergrößerjng des Bereichs A der F i g. I;

Fig.3 einen vergrößerten Schnitt durch den Vakuumschalter gemäß der Fig. 1;

F i g. 4 eine Draufsicht längs der Schnittlinie IV-IV der Fig. 3;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen scheibenförmigen Lötmaterials und

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der Anordnung des scheibenförmigen Lötmaterials auf dem rincrfnrrTiiupn Lötmateria!.

In Fig. 1 ist ein Vakuumofen 1 dargestellt, aer üblicherweise bei der Evakuierung und dem hermetischen Abdichten von z. B. Elektronenröhren. Kathodenstrahlröhren, Schaltgehäusen, Gasentladungsröhren usw. Verwendung findet. Der Vakuumofen 1 besteht aus einem Träger 2, der eine obere Plattform 3 und eine Umhüllung 4 trägt, die einen Raum 5 umschließt, der durch die elektrische Widerstandsheizung 6 erwärmt werden kann. Der Raum 5 ist über ein Ventil 8 mit einer Vakuumpumpe 9 verbunden. Von einem Stutzen 11 wird ein Vakuumschalter 13 zwischen zwei Metallplatten 14 und 15 durch Klemmstäbe 16 eingespannt gehalten, wobei die Stäbe 16 mit Schraubenmuttern 17 versehen sind. Die Stäbe 16 bestehen vorzugsweise aus Molybdän, welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der kleiner ist als derjenige der beiden Keramikröhren 19 und 20, aus denen das Gehäuse 21 des Vakuumschalters 13 aufgebaut ist.

In Fig. 2 .st der in Fig. 1 mit »A« bezeichnete Bereich in Vergrößerung dargestellt. Eine genaue Erläuterung folgt noch.

In Fig. 3 ist im Schnitt ein Vakuumschalter 13 mit Einzelheiten dargestellt, wie er in Fig. 1 schematisch gezeigt ist. Der Vakuumschalter 13 enthält einen unbeweglichen Kontakt 23 an einem unbeweglichen Schaft 23a, welcher an eine obere Endplatte hart angelötet ist. Zum Erzeugen eines Lichtbogens dient in Zusammenwirkung mit dem feststehenden Kontakt 23 ein unterer, beweglicher Kontakt 27, der von dem feststehenden Kontakt 23 getrennt werden kann. Der bewegliche Kontakt 27 befindet sich an einem beweglichen Schaft 27a, welcher luftdicht verbunden ist mit dem oberen Ende eines Metallbalgs 29. Das untere Ende des Metallbalgs 29 ist luftdicht verbunden mit einer öffnung 30 durch die untere Endplatte 31 des Vakuumschalters 13. Mit 32 ist eine Abschirmung bezeichnet, die gewöhnlich aus Kupfer uder Edelstahl hergestellt ist. Mit 34a sind Streifen bezeichnet, die einen integrierenden Bestandteil eines Flanschringes 34 bilden, der vorzugsweise aus einer Eisen-Nickel-Legierung mit einer Zusammensetzung von etwa 58% Eisen und 42% Nickel besteht. Der flanschring 34 kann aus einem Material mit 25-34% Nickel, 4-7% Kobalt, weniger als 1% Mangan, Rest Eisen bestehen. Das Material für den Flanschring 34 soll dem Expansionskoeffizienten der Keramikru.iren angepaßt sein.

Das Gehäuse 21 wird von einem Paar räumlich getrennter Keramikröhren 19 und 20 gebildet, die axial gegeneinander derart angeordnet sind, daß ihre Endflächen 19a und 20a sich gegenüberstehen. In an sich bekannter Weise werden diese Endflächen 19a und 20a mit einer geeigneten Molybdän-Mangan-Verbindung metallisiert, z. B. durch Aufstreichen oder durch eines der bekannten Druckverfahren. Im Anschluß daran werden die einzelnen Röhren 19 und 20 auf eine

ίο Temperatur von etwa 154O⁰C für eine halbe Stunde erwärmt. Dann werden die Enden der Keramikröhren 19 und 20 mit einem Nickelüberzug versehen, der aus in einem Lösungsmittel gelösten reinen Nickelpulver besteht. Der Nickelüberzug wird dann für zehn Minuten auf 800⁰C und für fünf Minuten auf 1000⁰C erwärmt. Danach können die Keramikröhren 19 und 20 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren evakuiert und hermetisch abgedichtet werden.
Zu diesem Zweck werden die einzelnen Bestandteile des Vakuumschalters 13 in die richtige Lage gebrach: und ringförmiges Lötmaterial 37 au? ...ner eutektischen

stehenden Endflächen 19a und 20a angeordnet. Dieses Material fließt etwa bei 775'C. Die Silber-Kupfer-Legierung wird nicht nur für das ringförmige Lötmaterial 37 verwendet, sondern auch für das U-förmige scheibenartige Lötmaterial 39, wie es in F i g. 5 dargestellt ist.

Ringförmiges Lötmaterial 37 wird an die metallisierte

JO untere Fläche 19a der oberen Keramikröhren 19 angelegt. Line bestimmte Anzahl, z. B. drei oder bei größeren Abständen auch eine größere Zahl, z. B. sechs. U-förinige Scheiben 39 aus Lötmaterial weiden um einen Teil 37a des ringförmigen Lötmaterials 37 gewunden, wie es in den F i g. 2 und 6 gezeigt ist. Unmittelbar unterhalb des ringförmigen Lötmaterials 37 befindet sich der stützende Flanschring der Abschirmung 32. Unterhalb des Flanschringes 34 folgt dann weiteres ringförmiges Lötmaterial 37, das sich auf der oberen Endfläche 20a der unteren Keramikröhre 20 befindet, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist.

V'eiteres ringförmiges Lötmaterial 37 ist auf den oberen und unteren ebenfalls metallisierten Endflächen 19öund 20bder Keramikröhren 19 und 20 zwischen den

•♦5 Ringflanschen 43 und 44 der Metallplatten 25 und 31 angeordnet. Die Platten 25 und 31 können z. B. aus Edelstahl oder aus einer Eisen-Nickel-Legierung sein.

Bei Verwendung einer Mehrzahl von räumlich getrennten scheibenförmigen Lölmaterialien 39 ergibt sich ein peripherer Durchlaß 50 (F i g. 4), der ζ. Β 0,2 mm dick ist, durch den okludierte Gase sowie andere gasförmige Bestandteile aus den erhitzten Metallteilen des Vakuumschalters 13 abströmen können.

Zunächst wird für eine halbe bis dreiviertel Stunde vorgepumpt, um den Druck innerhalb des Vakuumofens auf ΙΟ-⁵ Torr zu -eduzieren. Der Vakuumofen wird dann auf eine Temperatur unterhalb von 775°C, auf 65O⁰C erwärmt. Hierbei erfolgt das Entgasen und Evakuieren für r.weieinhalb bis drei Stunden. Daran schließt sich ein Ausbrennen bei einer Temperatur von 725°C für eine Stunde an,

Wenn der gewünschte Grad der Evakuierung jnd der Entgasung erreicht ist, wird für fünfundzwanzig Minuten die Temperatur des Vakuumofens schnell auf

6^r> einen Wert oberhalb von 775°C erhöht, auf 850⁰C, bei der das ringförmige Lötmaterial 35 und das scheibenförmige Lötmaterial 39 schmelzen, wodurch eine hermetische Abdichtung bzw. ein hermetischer Verschluß

entsteht.

Die unterschiedliche Ausdehnung der Stäbe 16 bewirkt ein Zusammenpressen der gesamten Hinheit 13 /u einem hermetisch abgeschlossenen System. Danach wird der Ofen stufenweise abgekühlt. ·,

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines aus zwei axial entgegengesetzt ausgerichteten Keramikröhren bestehenden evakuierten Gehäuses, bsi dem zwischen gegenüberstehenden Endflächen der Röhren das Lötmaterial in Ringform angeordnet wird, die Anordnung in ein Vakuum gebracht und bis zum Schmelzen des Lötmaterials erhitzt wird, um dadurch die Röhren vakuumdicht miteinander zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß an verschiedenen Stellen eines ringförmigen Lötmaterials im Abstand zueinander scheibenförmiges Lötmaterial angeordnet wird, daß das ringförmige Lötmaterial mit dem darauf im Abstand angeordneten scheibenförmigen Lötmaterial zwischen sich gegenüberstehenden metallisierten Endflächen der keramischen Röhren angeordnet wird, daß die gesamte Anordnung aus Keramikröhren, ringförmigem LötmauHal und scheibenförmigem Lötmaterial in einem Vuicuumnfen angeordnet wird, daß die Anordnung bei einer unterhalb der Schmelztemperatur der Lötmaterialien liegenden Ofentemperatur entgast und evakuiert wird, daß die Ofentemperatur auf einen oberhalb der Schmelztemperatur der Lötmaterialien liegenden Wert angehoben wird, während zumindest die Röhren gegeneinander gepreßt werden und daß anschließend die Ofentemperatur abgesenkt und das evakuierte und abgedichtete Gehäuse dem Ofen entnommen wird.

2. Verfahre¹¹ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß lür das scheibenförmige Lötmaterial und das ringförmige Lötmaierial das gleiche Material verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine eutektische Silber-Kupferlegierung mit einem Schmelzpunkt von 775°C verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenförmige Lötmaterial U-förmig ist und an im Abstand zueinander liegenden Stellen um das ringförmige Lötmaterial herumgewickelt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen Vakuumschalter darstellt, der eine Abschirmung aufweist, die von einem stützenden Flanschring gehalten wird, der sich zwischen den zwei koaxial ausgerichteten Keramikröhren erstreckt, wobei die Abschirmung zwischen den zwei Keramikröhren angeordnet wird, bevor die Anordnung zur Einführung in den Ofen zusammengestellt wird.