DE2159531C3 - Metall-Keramik-Durchführung - Google Patents

Metall-Keramik-Durchführung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Metall-Keramik-Durchführung, bei der ein Metalleiter mittels eines glasartigen Materials in 2iner öffnung in einer keramischen Wand mit einer Dicke von mehr als 2 mm befestigt ist, die Öffnung einen engen Teil aufweist, der sprungartig in einen erweiterten Teil übergeht, das glasartige Material den Spalt zwischen dem Leiter und der Innenwand des engen Teiles der öffnung völlig ausfüllt und auf dem Boden des weiten Teiles der öffnung eine Schicht bildet, die zwischen dem Leiter und der Innenwand des weiten Teiles der öffnung einen Meniskus bildet.
Eine derartige Durchführung ist aus der US-Patentschrift 35 45 950 bekannt. Dabei wird der weite Teil der öffnung von einem Körper ausgefüllt, der aus einem glasartigen Material besteht und der auf der Oberseite eine Aushöhlung aufweist. Durch genau geregelte Erhitzung wird erreicht,, daß das glasartige Material derart weich wird, daß es an dem Leiter und an der Innenwand des erweiterten Teiles der öffnung haftet, ohne daß jedoch auf der Metalloberfläche ein Meniskus gebildet und ohne daß der Spalt zwischen dem Leiter und der Innenwand des engen Teiles der Öffnung ausgefüllt ist. Das glasartige Material soll dabei also nicht dünnflüssig werden.
Es hat sich aber herausgestellt, daß eine derartige große Anhäufung von glasartigem Material in dem weiten Teil der öffnung die Bildung von Rissen in dem glasartigen Material während der Abkühlung nach dem Erweichen dieses Materials herbeiführen kann. Dies ist auch der Fall, wenn in einer Wand mit einer Dicke von mehr als 2 mm ein Leiter mittels eines glasartigen Materials unter Anwendung einer engen öffnung mit
konstantem Durchmesser befestigt wird.
Die Anwendung sprungartig erweiterter Öffnungen bei Metall-Keramik-Verbindungen ist an sich z. B. auch aus US-Patentschrift 33 85 618 bekannt, nach der ein metallisches Lötmaterial verwendet wird, das einen Meniskus auf dem Leiter und eine dünne Schicht auf dem Boden des weiten Teiles bildet Dabei maß aber der Spalt zwischen dem Leiter und der Innenwand des engen Teiles der Öffnung von Lötmaterial frei bleiben, damit der Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Metall und Keramik neutralisiert werden kann. Der erweiterte Teil ist vorgesehen, um die gesamte Oberfläche metallisieren und diese Metallschicht später von der oberen Fläche entfernen zu können, wobei die Metallschicht auf dem Boden des weiten Teiles der öffnung beibehalten wird, was erforderlich ist, um das Fließen des Metallotes zu bewirken.
Nach der US-Patentschrift 27 31578 wird die erweiterte Öffnung angebracht, um einen Isolierweg zwischen der metallisierten Oberfläche des keramischen Teiles und dem Durchführungsleiter zu erhalten. Nach der britischen Patentschrift 5 22 217 wird der erweiterte Teil der Öffnung angebracht, um gegebenenfalls Kontaktglieder auf dem Durchführungsleiter befestigen zu können. Die Bedingungen sind bei Anwendung eines metallischen Lötmaterials aber sehr unterschiedlich zu den bei Anwendung eines glasartigen Materials auftretenden Bedingungen.
Der Vollständigkeit halber ist zu erwähnen, daß aus der US-Patentschrift 22 00 694 eine Metall-Keramik-Durchführung bekannt ist, bei welcher ein glasartiges Material den Zwischenraum zwischen Leiter und einem Teil mit einem engeren Innenprofil der Keramik-Durchführung ausfüllt und wobei zwischen dem metallischen Leiter und dem keramischen Werkstück ein metallischer Hohlzylinder angeordnet ist. Diese Konstruktion ist verhältnismäßig kompliziert und damit kostenaufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herzustellende Metall-Keramik-Durchführung zu schaffen, die insbesondere zur Betriebssicherheit eines solchen Bauelementes beiträgt, wobei insbesondere eine Rißbildung des glasartigen Materials, mit dessen Hilfe der Metalleiter in der keramischen Durchführung befestigt wird, vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Länge des engen Teiles der Öffnung höchstens 2 mm und die Dicke der auf dem Boden des weiten Teiles der Öffnung befindlichen Schicht des glasartigen Materials 100 bis 1000 μΐη beträgt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht das glasartige Material aus 37 Gew.% MnO, 50 Gew.% SiO2 und 13 Gew.% Al2O5.
Dieses Material wird bei 1300°C während 10 Minuten geschmolzen. Der Leiter kann aus Molybdän bestehen, was für bestimmte Anwendungen notwendig ist.
Die Dicke der glasartigen Schicht auf dem Boden des weiten Teiles der öffnung beträgt 100 bis 1000 μπι, wobei diese Schicht auf der Seite des Leiters und auf der Innenwand der öffnung einen Meniskus bildet. Der Durchmesser des weiten Teiles der Öffnung ist vorzugsweise drei- bis viermal größer als der Durchmesser des engen Teiles.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile ergeben sich daraus, daß die dünne glasartige Schicht auf dem Boden des weiten Teiles der öffnung auf der Metalloberfläche und auf der Innenwand dieses Teiles der öffnung einen
Meniskus bildet, wodurch auch an dieser kritischen Stelle keine Bildung von Rissen auftritt, während eine genügende mechanische Festigkeit erreicht wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, deren Figur eine Metall-Keramik-Durchführung nach der Erfindung zeigt.
In der Figur bezeichnet 1 eine keramische Wand mit einer Dicke von 4 mm, durch die ein Molybdänleiter 2 mit einem Durchmesser von 1,5 mm hindurchgeführt ist Die Öffnung in der Wand 1 weist einen engen Teil 3 mit einem Durchmesser von 1,6 mm und einen weiten Teil 4 mit einem Durchmesser von 6 mm auf. Der Spalt zwischen dem Leiter 2 und der Innenwand des Teiles 3 der öffnung ist völlig mit einem glasartigen Material 5 der vorerwähnten Zusammensetzung ausgefüllt. Der Boden des Teiles 4 der öffnung ist mit einer Schicht 6 des glasartigen Materials 5 bedeckt. Die Dicke der Schicht 6 kann 100 bis 1000 μηι betragen. Die Schicht 6 bildet einen Meniskus 7 an der Metalloberfläche des Durchführungsleiters 2 sowie auf der Innenwand 8 des
Teiles 4 der öffnung.
Nach Anbringung des Leiters 2 in der Öffnung wird die Suspension auf dem Boden des weiten Teiles 4 angebracht Der Schmelzvorgang wird in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 13000C während 10 Minuten durchgeführt, wobei sich die Schicht 6 mit dem Meniskus 7 bildet und wobei der Spalt zwischen dem Leiter 2 und der Innenwand der öffnung 3 ausgefüllt wird. Da die Erhitzungsweise nicht kritisch ist kann eine keramische Wand mit einer Vielzahl von Durchführungsleitern in einem Ofen erhitzt werden, wobei sämtliche Leiter zu gleicher Zeit eingeschmolzen werden.
Metall-Keramik-Durchführungen nach der Erfindung haben sich als besonders geeignet erwiesen zur Anwendung bei digitalen Lichtablenksystemen, die in einem keramischen Gefäß ·» ^ gebracht sind, das mit einer Flüsigkeit gefüllt ist wobei die Durchführungsleiter aus Molybdän bestehen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Metall-Keramik-Durchführung, bei der ein Metalleiter mittels eines glasartigen Materials in einer öffnung in einer keramischen Wand mit einer Dicke von mehr als 2 mm befestigt ist, die Öffnung einen engen Teil aufweist, der sprungartig in einen erweiterten Teil übergeht, das glasartige Material den Spalt zwischen dem Leiter und der Innenwand des engen Teiles der öffnung völlig ausfüllt und auf dem Boden des weiten Teiles der öffnung eine Schicht bildet, die zwischen dem Leiter und der Innenwand des weiten Teiles der öffnung einen Meniskus bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des engen Teiles der öffnung höchstens 2 mm und die Dicke der auf dem Boden des weiten Teiles der öffnung befindlichen Schicht des glasartigen Materials 100 bis 1000 μηι beträgt
2. Metall-Keramik-Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das glasartige Material aus 37 Gew.% MnO, 50 Gew.% SiO2 und 13 Gew.% Al2O3 besteht.
3. Metall-Keramik-Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter aus einem Material mit einem den des keramischen Teiles unterschreitenden Wärmeausdehnungskoeffizienten, vorzugsweise aus Molybdän, besteht.
4. Metall-Keramik-Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des weiten Teiles drei- bis viermal größer als der des engen Teiles der öffnung ist.
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