DE2210885C3

DE2210885C3 - Hochstrom-Anschluß

Info

Publication number: DE2210885C3
Application number: DE2210885A
Authority: DE
Inventors: William Lee Bernardsville N.J. Oates (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1971-03-10
Filing date: 1972-03-07
Publication date: 1978-12-07
Also published as: DE2210885A1; JPS5136870B1; US3637917A; DE2210885B2; IT946646B; BE780447A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochstrom-Anschluß, insbesondere für elektronische Bauteile, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der elektronischen Industrie werden verschiedene solche Anschlüsse benutzt, von denen viele jedoch einander ähnlich sind. Es wird dabei ein metallischer Leiter durch ein isolierendes Material, wie Glas, geführt, das eine öffnung in einer Muffe oder einem geeigneten Packungsstutzen ausfüllt. Da derartige Anschlüsse grundsätzlich bei relativ hohen Temperaturen arbeiten müssen, werden für die Leiter Metalle mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgewählt, der demjenigen des isolierenden Materials sehr nahe kommt; häufig werden daher Kovar und eine aus 52% Nickel, Rest Eisen bestehende Legierung verwendet.

Diese Metalle weisen jedoch hinsichtlich der Stromleitfähigkeit schlechte Eigenschaften auf; deshalb werden sie häufig mit hochleitenden Metallen kombiniert, die ansonsten thermisch nicht zu dem isolierenden Material passen. So kann beispielsweise der Leiter aus einer Kupferseele bestehen, die von einem Mantel aus thermisch passendem Material umgeben ist. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Anschluß mit relativ dicker, thermisch passender Seele vorzusehen, die von einem dünnen Kupfermantel vollständig umgeben ist. Aber selbst diese Ausführungen zeigen weder hinsichtlich der

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der Stromführungseigenschaften die gewünschte Verhaltensweise.

Ein anderer, für Hochfrequenzbauteile geeigneter Anschluß, der jedoch nicht für Hochstrom ausgelegt ist, besitzt einen Leiter aus thermisch passendem Metall, der sich durch das isolierende Material erstreckt Das Äußere des Leiters wird mit einer sehr dünnen Schicht aus Edelmetall, wie Gold oder Silber plattiert, um die Hautleitfähigkeit des Anschlusses zu verbessern. Derartige Hochfrequenzanschlüsse sind jedoch für den Betrieb mit Hochstrom nicht geeignet

Ein dem eingangs genannten Hochstrom-Anschluß ähnliches Bauteil ist aus der US-PS 28 85 826 bekannt Als Material für den durch die mit isolierendem Glas ausgefüllte öffnung der muffenartig ausgebildeten Durchführung reichenden Leiter des Hochstrom-Anschlusses ist im Bekannten eine Legierung aus Eisen, Nickel und Kobalt vorgesehen. Da solche Legierungen an der Luft oder durch elektrolytische Wirkung stark korrodieren, wird in der Druckvorschrift vorgeschlagen, als Korrosionsschutz den fraglichen. Leiter auf seiner ganzen Länge mit Rhodium zu überziehen. Außerdem soll vor dem Aufbringen des Rhodiums durch Elektroplattieren der Leiter mit einer Silberschicht versehen werden.

Für die Silberschicht ist im Bekannten eine Schichtdicke von 7,62 bis 12,7 Mikiometern und für die Rhodiumschicht eine Schichtdicke von 0,762 bis 1,27 Mikrometern vorgesehen. Diese dünnen Schichten dienen lediglich dem Korrosionsschutz und bringen hinsichtlich der Leitfähigkeit keine wesentliche Verbesserung bei Anwendung des Anschlusses für Hochstrom. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochstrom-Anschluß der eingangs genannten Art zu schaffen, der sowohl hinsichtlich der thermischen Ausdehnungsverhältnisse als auch hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit optimal ist, d. h. die thermischen Ausdehnungsverhältnisse des Leiters sollen denjenigen des innerhalb der Durchführung vorgesehenen Materials, zum Beispiel des Glases, möglichst genau angepaßt sein, und die elektrische Leitfähigkeit des Anschlusses soll trotz Verwendung des thermisch angepaßten und daher relativ schlecht leitenden Metalls möglichst hoch sein. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß lediglich die aus der beispielsweise

mit Glas ausgefüllten öffnung der Durchführung herausragenden Endstücke des Leiters mit einer relativ dicken Kupferschicht überzogen sind.

Überraschenderweise wird durch die Erfindung erreicht, daß durch das Beschichten der aus der Durchführung beiderseits herausragenden Stücke des Leiters mit einer relativ dicken Kupferschicht die Stromtragfähigkeit des erfindungsgemäßen Hochstrom-Anschlusses gegenüber bekannten Anschlüssen dieser Art wesentlich erhöht wird. Da ferner innerhalb der Durchführung — also dort, wo der Leiter durch isolierendes Material hindurchgeführt ist — eine gute Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Leiter und umgebendem Isoliermaterial eingestellt

bo ist, können hier auch bei stärkerer Erwärmung des Anschlusses thermisch begründete mechanische Spannungen praktisch nicht auftreten.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläu-

^hr> tert. Es zeigt

F i g. I einen erfindungsgemäßen Anschluß im Längsschnitt und

F i g. 1 im Querschnitt entlang der Linie 2- 2 in F i g. 1.

Gemäß den F i g. 1 und 2 besteht das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen für Hochstrom geeigneten Anschlusses 10 aus einer Metallmuffe 12 mit einander gegenüberliegender Vorder- und Rückfläche 13 bzw. 15, zwischen denen sich eine öffnung 14 erstreckt. Die Abmessungen der Muffe 12 sind im vorliegenden Zusammenhang nicht von Bedeutung. Beispielsweise kann die Muffe zwischen den beiden Oberflächen 13 und 15 eine Dicke von ungefähr 24 mm aufweisen, während der Durchmesser der öffnung 14 zwischen 1,8 und 2,3 mm betragen kann.

Die öffnung 14 ist mit isolierendem Material 16 gefüllt Als isolierendes Material wird vorzugsweise Glas mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 4,6· 10-³ mm/m/⁰ C bis 8,9· 10~³ mm/m/°C verwendet Ein metallischer Leiter 18 erstreckt sich abgedichtet durch das isolierende Material. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Leiters 18 kommt demjenigen des isolierenden Materials 16 sehr nahe. Vorzugsweise besteht der Leiter aus Metallen mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr

510-³mm/m/°C bis 10,l-10-³mm/m/°C. Der Leiter kann beispielsweise einen Durchmesser von ungefähr 1 bis 1,5 mm aufweisen.

Der Leiter 18 besitzt zwei Endstücke 20 und 22, die sich von den Flächen 13 bzw. 15 der Muffe S 2 weg erstrecken. Die Endstücke 20 und 22 sind mit einer relativ dicken Kupferschicht 24 überzogen. Aus F i g. 2 geht hervor, daß der in seinem thermischen Eigenschaften angepaßte Leiter 18 einen Radius /ϊ besitzt, während durch den äußeren Umfang der Kupferschicht 24 ein zweiter Radius Γ2 definiert ist, wobei beide Umfangsflächen koaxial zueinander liegen. Um mit dem Anschluß 10 eine optimale Handhabung des Stromverlaufs bzw. -Verhaltens zu erreichen, ist der Radius rz vorzugsweise mindestens 10% größer als der Radius n. Wenn also der Radius r\ — 0,5 mm beträgt, wird der Radius ο 0,05 mm, vorzugsweise 0,125 mm, größer als der Radius η gewählt. Da der thermisch passend gewählte Leiter 18 normalerweise einen Radius r\ besitzt, der nicht kleiner als 0,5 mm ist, ist im vorliegenden Zusammenhang mit dem Ausdruck »relativ dick« gemeint, daß die Kupferschicht 24 mindestens 0,05 mm, vorzugsweise 0,1 mm, dick oder dicker ist

Die Muffe 12 kann an ihrer Oberfläche ebenfalls eine relativ dicke Kupferschicht besitzen, wobei diese Schicht 26 in nachstehend beschriebener Weise beim dargestellten Ausführungsbeispiel während der Herstellung des Anschlusses 10 auf die Muffe 12 aufgebracht wird. Der Anschluß 10 wird dann mit einem Packungsstutzen 28 des elektronischen Bauteils verbunden.

Der Metalleiter 18 kann mittels bekannter Techniken

iä dichtend in das isolierende Material 16 eingesetzt werden, ebenso wie das isolierende Material in bekannter Weise in der öffnung 14 der Muffe 12 untergebracht wird. Die relativ dicke Kupferschicht 24 kann mittels eines der vielen Plattierverfahren aufgebracht werden; hierzu eignet sich beispielweise jeder elektrolytische oder stromlose Plattier-Prozeß. Außerdem wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel während des Anbringens der Kupferschicht 24 die Kupferschicht 26 auf der Muffer 12 niedergeschlagen, um eine zusätzliche Möglichkeit der Wärmeableitung zu schaffen.

. Der erfindungsgemäße Anschluß 10 besitzt den Vorteil einer guten Anpassung an die thermischen Ausdehnungsverhältnisse zwischem dem Metalleiter 18 und dem isolierenden Material 16. Außerdem sorgt die relativ dicke Kupferschicht, die nur auf den außerhalb des isolierenden Materials 16 befindlichen Teilen 20 und 22 des Leiters 18 vorgesehen ist, für eine außerordentlich gute Leitung des Hochstroms; so besitzt beispielsweise eine 0,125 mm dicke Kupferschicht auf einem 1 mm dicken, thermisch angepaßten Leiter hinsichtlich der Stromhandhabung ungefähr doppelte Leistungsfähigkeit gegenüber lediglich einem 1 mm dicken, thermisch passenden Leiter an sich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochstrom-Anschluß, insbesondere für elektronische Bauteile mit einer vorzugsweise muffenartig ausgebildeten Durchführung, deren Öffnung mit isolierendem Material ausgefüllt ist, durch das sich ein metallischer Leiter erstreckt, wobei ein beidseitig der Durchführung je ein von dieser wegführendes Endstück aufweisender Leiter mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorgesehen ist, der demjenigen des isolierenden Materials sehr nahe kommt, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die Endstücke (20, 22) des Leiters (18) mit einer relativ dicken Kupferschicht (24) überzogen sind.

2. Anschiuß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material (16) aus Glas besteht.

3. Anschiuß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Leiter (18) aus 52% Nickel, Rest Eisen besteht.

4. Anschiuß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferschicht (24) mindestens 0,05 mm dick ist.

5. Anschluß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiter (18) mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen ist, daß der Außenumfang der die Endstücke (20, 22) bedeckenden Kupferschicht (24) koaxial zum Außenumfang des Leiters (18) liegt und daß der Radius (r₂) des Außenumfangs der Endstücke (20,22) mindestens 10% größer ist als der Radius (n) des Leiters (18).

6. Anschluß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung auf ihrer Außenfläche mit einer relativ dicken Kupferschicht (26) versehen ist.