DE2641866A1 - Luftdicht verschlossenes elektrisches einzelteil - Google Patents
Luftdicht verschlossenes elektrisches einzelteilInfo
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Description
Anmelder: North American Philips Corp,
Luftdicht verschlossenes elektrisches Einzelteil
Die Erfindung bezieht sich auf ein luftdicht verschlossenes elektrisches Einzelteil, das sich in einem geschlossenen im
wesentlichen zylindrischen Gehäuse aus einem elektrisch nichtleitenden Material befindet, wobei Anschlußdrähte in axialer
Richtung aus dem Gehäuse hervorragen.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf Endüberzüge für derartige
Einzelteile, wie feste Filmwiderstände.
Luftdicht verschlossene elektrische Einzelteile, wie Dioden und Kondensatoren, sind z.B. aus der USA-Patentschrift 3 458 783
bekannt. Derartige luftdicht verschlossene Einzelteile werden unter Bedingungen verwendet, die die Eigenschaften derartiger
Einzelteile beeinträchtigen könnten.
In den USA-Patentschriften 3 810 068 und 3 307 135 sind Ausführungsformen
luftdicht verschlossener Widerstandselemente beschrieben. In derartigen Einzelteilen werden manchmal keramische
Fritten oder Cermets zur Herstellung der elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen dem Widerstandselement und den Anschlußdrähten
verwendet. Derartige Anschlüsse weisen bei bestimm^·
ten Anwendungen nicht eine genügend hohe Zuverlässigkeit auf. Die Anwendung von Magnesium für diesen Zweck erfordert ein anderes
Herstellungsverfahren als in der Industrie gebräuchlich ist.
Die Erfindung bezweckt, ein luftdicht verschlossenes elektrisches Einzelteil, wie einen festen Fi3jn wider stand zu schaffen.
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Weiter bezweckt die Erfindung, ein luftdicht verschlossenes elektrisches Einzelteil, wie einen Filmwiderstand, zu schaffen,
der mit einem aus einem lötbaren bei hoher Temperatur schmelzenden Metall bestehenden Endüberzug versehen ist.
Außerdem bezweckt die Erfindung, ein luftdicht verschlossenes elektrisches Einzelteil, wie einen festen Filmwiderstaid, zu
schaffen, bei dem eine übliche und zuverlässige Technologie zur Herstellung elektrischer und mechanischer Verbindungen mit dem
elektrischen Einzelteil verwendet wird.
Weiter hat die Erfindung noch die Aufgabe, ein Kupplungselement zwischen einem elektrischen Einzelteil und einer luftdicht ver-
das
schlossenen Umhüllung zu schaffen,/für eine Entlastung für Spannung
sorgt, die durch den Unterschied in Schrumpfung und Ausdehnung zwischen der Umhüllung und diesem elektrischen Einzelteil
bei sich ändernder Temperatur herbeigeführt wird.
Die genannten Aufgaben werden mit einem luftdicht verschlossenen
Einzelteil erfüllt, das nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß sich zwischen dem elektrischen Einzelteil und den Enden
der Anschlußdrähte innerhalb des Gehäuses vorgeformte Kupplungselemente aus einem leicht verformbaren Metall befinden. Vorzugsweise
besteht das verformbare Metall aus einer Lötlegierung.
Die vorgeformten Kupplungselemente aus verformbarem Metall sorgen für eine Entlastung bei Spannungen, die bei Temperaturänderung
durch den Unterschied in Ausdehnung bzw. Schrumpfung zwischen dem elektrischen Einzelteil und dem Gehäuse auftreten !
können.
Beim Auftreten derartiger Spannungen wird das Kupplungselement entsprechend den Umständen und bleibend verformt, wodurch die
Spannungen verschwinden.
Das Kupplungselement kann z.B. aus einer Legierung von Zinn und Blei, z.B. 10 Gew.% Zinn und 90 Gew.% Blei, bestehen.
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Die Erfindung wird im Detail an einer bevorzugten Ausführungsform an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen;
Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Ansicht eines luftdicht verschlossenen
Widerstandes nach der Erfindung in aufgebrochener Barstellung, und
Fig. 2 den Widerstand nach Fig. 1 in auseinandergezogener Darstellung.
In Fig. 1 ist ein luftdicht verschlossener Widerstand dargestellt.
Der Widerstand besteht aus einer Widerstandsschicht 10, die die ganze Oberfläche eines massiven elektrisch nicht leitenden zylindrischen
Kernes 11 bedeckt.
Die Enden des Widerstandselements 10, 11 sind mit einem metallischen
Endüberzug 19 bedeckt. Ein Kupplungselement 12, das aus einer Lötoder Hartlötlegierung besteht, ist anschließend an die beiden Enden
des Widerstandselements 10, 11 angebracht, um eine elektrische und
mechanische Verbindung zwischen dem Endüberzug 19 des Widerstandselements 10, 11 und den Anschlußdrähten 13, 16 herzustellen.
Fig. 2 zeigt in auseinandergezogener Darstellung den luftdicht verschlossenen
Widerstand nach Fig. 1, wobei in dieser Figur der metallische Endüberzug 19 und die Kupplungselemente 12 deutlicher
dargestellt sind. Vorzugsweise besteht das Kupplungselement 12 aus einem Metall oder einer Legierung mit einem dem Herstellungsverfahren
angepaßten Schmelzpunkt.
Biegsame mit Kupfer überzogene stählerne Anschlußdrähte 13 und 16 sind vorgesehen, die axial aus dem Widerstandselement 10, 11 hervorragen.
In der Zeichnung ist der Anschlußdraht 13 an einem Kopf 14 größeren Durchmessers befestigt, der einen elektrischen Kontakt
mit dem Widerstandselement über das Kupplungselement 12 bildet. Der Kopf 14 kann auch ein Glasrohr enthalten, mit dessen Hilfe eine Abdiditung
des Gehäuses aus geschmolzenem Glas gebildet wird.
Das Widerstandselement 10, 11, das Kupplungselement 12 und der Kopf
14 werden in einem zylindrischen Gehäuse 15 untergebracht, das an
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PHA 20 715 - 4 -
PHA 20 715 - 4 -
einem Ende geschlossen sein kann. Fig. 1 zeigt eine Ausführung eines an einem Ende geschlossenen zylindrischen Gehäuses 15 aus
Glas. Vor dem Zusammenbau wird ein mit Kupfer überzogener stählerner Anschlußdraht 16 durch Warmschweißen in dem geschlossenen Ende
17 des Gehäuses 15 angebracht, wobei der Anschlußdraht 16 bis in das Innere des Gehäuses 15 reicht, um elektrischen Kontakt mit dem
Kupplungselement 12 herzustellen. Nachdem das Lötkupplungselement 12, das Widerstandselement 10, 11 und der Kopf 14 des Anschlußdrahtes
13 in das Gehäuse 15 eingeführt worden sind, wird das offene Ende 18 des Gehäuses 15 abgeschmolzen, wobei eine luftdichte
Umhüllung des Widerstandselements gebildet wird.
Der mit einem Kopf 14 versehene Anschlußdraht 13 wird dadurch hergestellt,
daß ein mit Kupfer überzogener Stahldraht genügenden grösseren Durchmessers, der mit einem Boratgemisch überzogen ist, auf
eine vorbestimmte Länge abgeschnitten und mit diesem ein ebenfalls mit Kupfer überzogener Stahldraht 13 an einem Ende verschweißt wird.
Auch ist es möglich, in bestimmten Fällen einen mit eina?Oxidhaut
versehenen mit Kupfer überzogenen Stahldraht für den Kopf 14 zu verwenden. Indem der Kopf 14 auf diese Weise vorbehandelt wird, wird
es ermöglicht, eine gute Verschmelzung des Kopfes 14 mit dem Gehäuse 15 an der Stelle 18 beim Zuschmelzen des Glasgehäuses 15 zu erhalten.
Der Anschlußdraht 13 muß über eine genügende Länge in das Innere des Glasgehäuses 15 hineinragen, um eine elektrische Verbindung
mit dem Kupplungselement 12 aus Lötmetall herzustellen. Eine geeignete Länge ist z.B. 0,1 bis 0,5 mm.
Die Widerstandsschicht 10 besteht aus einer elektrisch leitenden Schicht mit bestimmten Widerstandseigenschaften. Die Schicht kann
durch teilweise Abtragung des Materials durch Einschneidungen, z.B. spiralförmige Einschneidungen, mit Hilfe bei der Herstellung von
Filmwiderständen bekannter Techniken auf einen bestimmten Widerstandswert gebracht sein. Es ist natürlich auch möglich, eine homogene
Schicht ohne Einschneidungen anzuwenden, wenn diese den gewünschten Widerstandswert aufweist.
Die Zusammensetzung des Widerstandsfilmes wird naturgemäß derart gewählt, daß beim Montagevorgang keine unerwünschten Änderungen
darin auftreten.
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Der zylindrische Kern 11 besteht aus einem hochschmelzenden Material,
das in bezug auf seinen Temperaturkoeffizienten der linearen Ausdehnung mit dem Glas des Gehäuses 15 kompatibel ist. Die
Widerstandsschicht 10 besteht aus einem Cermet oder einer dünnen Metallschicht, die den Kern 11 völlig bedeckt. Ein metallischer
Überzug 19 niedrigen Widerstandes wird auf den Enden des Widerstandselements 10, 11 über die Widerstandsschicht 10 niedergeschlagen,
wobei die Schicht 19 die Seitenkanten z.B. über etwa 0,05 bis 0,5 mm überlappen darf. Der metallische Endüberzug 19 muß mit der
Widerstandsschicht 10 in bezug auf die Wärmeausdehnungseigenschaften kompatibel sein.
Viele Endüberzugsmaterialien, die an sich lötbar sind, reagieren
mit der Widerstandsschicht 10 bei der Warmschweißtemperatur des Glases oder reagieren langsam bei Temperaturen oberhalb der Umgebungstemperatur,
was eine gewisse Änderung in den Widerstands.-eigenschaften
und/oder anderen elektrischen Eigenschaften des elektrischen Einzelteiles als Funktion der Temperatur und der Zeit zur
Folge haben kann. Beispiele weniger geeigneter Überzugsmaterialien sind Kupfer und Silber. Die Änderung elektrischer Eigenschaften ist
besonders unerwünscht bei Einzelteilen für die Präzisionselektronik.
Es hat sich gezeigt, daß die Anwendung von Metallen, wie Nickel, Kobalt, Chrom, Molybdän oder Wolfram, als Endüberzugsmaterial befriedigendere
Resultate ergibt. Nickel wird wsgen der Tatsache bevorzugt, daß es leichter ohne Fluß gelötet werden kann, einen verhältnismäßig
niedrigen Widerstand aufweist und leicht verarbeitet werden kann.
Es ist möglich, bei Anwendung von Silber als Endüberzugsmaterial
zunächst eine Sperrschicht aus Kobalt oder Gold über dem Endteil der Widerstands schicht 10 anzubringen. Die Sperrschicht erstreckt
sich bis jenseits der Silberschicht über die Widerstandsschicht Dabei verhindert die Sperrschicht das Eindiffundieren von Silberatomen
bis in die Widerstandsschicht 10.
Verschiedene Messungen wurden an verschiedenen Endüberzugsmaterialien
bei besonderen Temperaturen während längerer Zeitspannnen durchgeführt (165 Stunden bei 185°C). Der Widerstand wurde vor
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und nach dem Wärmealterungsprozeß abgelesen und die prozentuale
Änderung in dem Widerstandswert infolge der Wärmealterung wurde berechnet.
Die nachstehende Tabelle stellt die Ergebnisse dieser Messungen
Endüberzug | Änderung im Widerstandswert bei Alterung in Prozent |
Kupfer Molybdän-Silber Nickel |
1,89 % 1,191 % 0,142 % |
Die Kupplungselemente 12 aus Lötmetall stellen einen guten elektrischen
Kontakt zwischen dem Widerstandselement 10, 11 und den hervorragenden Anschlußdrähten 13, 16 des luftdicht verschlossenen
Einzelteils dar* Die Kupplungselemente 12 müssen eine gute Benetzbarkeit
für die Anschlußdrähte und Endanschlüsse des Widerstandselements 10, 11 sicherstellen, wenn diese den dazu geeigneten Temperaturen
ausgesetzt werden.
Beim Warmschweißvorgang zum Zusammenbau der Vorrichtung wird dem Einzelteil Wärme nur einem Ende zugeleitet und die beiden Lot- oder
Hartlötkupplungselemente in dem Einzelteil werden demzufolge mindestens zwei verschiedenen Temperaturpegeln ausgesetzt. Daher kann
es notwendig sein, zwei verschiedene Kupplungselemente zu verwenden, die verschiedene spezifische Schmelztemperaturen aufweisen, um optimale
Eigenschaften des auf diese Weise hergestellten Widerstandes zu erhalten.
Die Kupplungselemente 12 rufen im Gegensatz zu den bekannten Keramik-
und Cermetkupplungselementen eine Spannungsentlastung infolge der weichen nachgiebigen Natur der Lötzusammensetzung hervor. Eine
derartige Spannung kann durch den Unterschied in Schrumpfung zwischen dem Glasgehäuse 15 und dem Widerstandselement 1O9 11 während
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einer Temperaturänderung herbeigeführt werden.
Der Kern 11 kann aus einem Fosterit-Keramikmaterial oder aus
einem anderen keramischen Material mit hohem Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 8,5 bis 10,5 ppm/°C bestehen.
einem anderen keramischen Material mit hohem Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 8,5 bis 10,5 ppm/°C bestehen.
Obgleich die Erfindung für einen gegen die Luft verschlossenen Filmwiderstand beschrieben und veranschaulicht ist, beschränkt
sie sich nicht darauf. Verschiedene Abwandlungen und bauliche
Änderungen sind im Rahmen der Erfindung möglich.
Änderungen sind im Rahmen der Erfindung möglich.
Patentansprüche j
PHA 20 715
7098U/0683
Claims (4)
1.1 Luftdicht verschlossenes elektrisches Einzelteil, das sich in einem geschlossenen, im wesentlichen zylindrischen Gehäuse
aus einem elektrisch nichtleitenden Material befindet, wobei Anschlußdrähte in axialer Richtung aus dem Gehäuse hervorragen,
dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem elektrischen Einzelteil und den Enden der Anschlußdrähte innerhalb
des Gehäuses vorgeformte Kupplungselemente aus einem leicht verformbaren Metall befinden.
2. Luftdicht verschlossenes elektrisches Einzelteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement aus einer Lötlegierung
besteht.
j5. Luftdicht verschlossenes elektrisches Einzelteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß es ein Metallfilmwiderstand ist.
4. Luftdicht verschlossenes elektrisches Einzelteil nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Einzelteiles mit einer Metallschicht verhältnismäßig niedrigen elektrischen Widerstandes
überzogen sind.
PHA 20 715
709814/0683
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