DE2645953A1

DE2645953A1 - Verfahren zum herstellen einer loetverbindung

Info

Publication number: DE2645953A1
Application number: DE19762645953
Authority: DE
Inventors: Gerd Fischer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-10-12
Filing date: 1976-10-12
Publication date: 1978-04-13
Also published as: DE2645953C3; DE2645953B2

Description

Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung"
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer abstandsgenauen, vakuumdichten Lötverbindung zwischen zwei Bauteilen mit metallischen Lötflächen, die unter Zwischenfügung eines Lotes in einer Schutzgasatmosphäre bei Anwendung erhöhter Temperaturen und eines Druckes miteinander verlötet werden.
Auf dem Gebiet der Elektronenröhren, inbesondere der Mikrowellenröhren, ist es bereits bekannt, das Vakuumgefäß zumindest teilweise aus Metallteilen herzustellen. Es ist ferner bekannt, die vakuumdichten Verbindungen der einzelnen Gehäuseteile als Lötverbindungen zwischen zwei metallischen Teilen auszubilden. Die zu verlötenden metallischen Oberflächen können dabei auch aus Metallschichten bestehen, die auf Isolierteile, insbesondere auf Keramikteile aufgebracht sind.
Es ist weiter bekannt, daß die vakuumdichten Verbindungen bei Elektronenröhren auf eine Lötverbindung zwischen Kupferteilen mit Hilfe eines Silberlotes zurückgeführt werden. Die beiden zu verwendenden Partner können dabei aus Kupferteilen oder aber an den zu verwendenden Oberflächen mit einer Eupferschicht versehene Keramikteilen bestehen.
Bei Röhren, bei welchen sehr hohe Genauigkeitsanforderungen bezüglich der Abstände der Elektroden gestellt werden, treten bei Anwendung der bekannten Lötverfahren häufig Schwierigkeiten hinsichtlich der Maßgenauigkeiten der herzustellenden Lötverbindung auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Herstellen von Lötverbindungen der eingangs genannten Art anzugeben, das die Herstellung von Lötverbindungen hoher Genauigkeit, großer Vakuumdichtigkeit und großer mechanischer Stabilität herzustellen gestattet.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Lot auf eine der beiden zu verbindenden Lötflächen in Form einer galvanisch abgeschiedenen Schicht in einer Dicke aufgebracht wird, die in etwa der mittleren Rauhigkeit der zu verbindenden Lötflächen entspricht, jedoch nicht dünner ist, 2 bis 3 und daß nur 50 % bis 80 %, vorzugsweise 60 % bis 70 % der Lötfläche mit der Lotschicht bedeckt wird.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die herzustellenden Lötverbindungen eine hohe Maßgenauigkeit aufweisen, und zwar eine Maßgenauigkeit, die etwa in der Größenordnung der Oberflächenrauhigkeit der Lötflächen liegt.
Die erfindungsgemäß hergestellten Lötverbindungen besitzen eine hohe Vakuumdichtigkeit, so daß sie sich besonders als Lötverbindung an Elektronenröhren eignen. Infolge der hohen mechanischen Festigkeit der beschriebenen Lötverbindungen eignen sich diese besonders zur Anwendung bei Mikrowellenröhren, die starken Schockbelastungen ausgesetzt werden, z.
B bei Mikrowellenröhren für die Raumfahrt.
Anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung ad maher ellärt.
Die Figur zeigt zwei miteinande zu verbindende Metallteile 1 und 2, die bevorzugt aus Kupfer besteh Eine vakuumdichte Verlötung soll zwischen den Oberflächen 4 und 5 erfolgen. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung nur auf eine der Lötflächen, bei dem dargstellten Ausführungsbeispiel auf die Lötfläche 5 eine Silberschicht 3 aufgebracht, und zwar bevorzugt durch galvanisches Abscheiden, Auf diese Weise ist es möglich, die Stärke der aufgebrachten Silberschicht 3 sehr genau einzuhalten, denn die Stärke dieser Silberschicht 3, die in der Figur übertrieben dick dargestellt ist, s@ll gemäß der Erfindung in der Größenordnung der Oberflächenrauhigkeit der Lötflächen 4 und 5 liegen. Handelt es sich dabei um Oberflächen mit extrem geringer Rauhigkeit, so kann die Silberschicht 3 ggf, etwas dünner sein. Sie soll jedoch eine Stärke von 2 bis 3 r nicht unterschreiten0 Bei geringeren Stärken konnte keine einwandfreio. vakuumdichte Lötverbindung mehr erzielt werden.
Gemäß einem weiteren wesentlichen Merkmal wird die zur Verbindung vorgesehene Lötfläche 5 nicht vollständig mit der Silberschicht 3 bedeckt, sondern nur etwa 50 bis 80 %, insbesondere etva 2/3 dieser zur Verbindung vorgesehenen Flache Nachdem die eino Lötfläche mit der Silbersehicht 3 versehen worden ist , werden die zu verlötenden Teile 1 und 2 in einer Lötleere fixiert und unter einem Drucke P zusammengepreßt. Der Anpreßdruck auf die Lötflächen ist so einzustellen, daß er bei der Erwärmung micht zo hoch ansteigt, daß er in den Druckbereich gelangt, bei dem eine plastische Verformung der Lötteile auftreten kann. Bei der bevorzugtem Verwondung von kupfer als Lötflächemmaterial ist darauf zu achten, daß der Druck nicht über @inen Wert vom 0,8 kp/@@² ansteigt.
Die Lötung wird dann bei einer Temperatur zwischen etwa 7500 und 8500 C durchgeführt, und zwar bevorzugt über einen Zeitraum von etwa 20 Minuten in einer Schutzgasatmosphäre. Als Schutzgas wird bevorzugt Wasserstoff gewählt. Es bildet sich eine Silber-Kupfer-Eutektikum-Zone, in welcher das Silber weitgehend vollständig in das Kupfer eindiffundiert. Die nicht mit der Silberschicht versehenen Lötflächen bewirken dabei den minimalen Zusammensatz der Lötteile, der durch die Verzahnung des Oberflächenprofiles der Lötflächen und durch ggf. eine geringfügige Formänderung des Oberflächenprofils entsteht.
Eine solcher erfindungsgemäß hergestellte Lötverbindung besitzt inne ausgezeichnete Vakuumfestigkeit und erreicht eine Zugfestigkeit, die größer ist als 15 kp/mm2 Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Zugfestigkeit einer solchen Lötverbindung noch weiter erhöht werden, indem anschließend noch einmal oder aufeinanderfolgend mehrere Male eine Erwärmung der Lötstelle auf etwa 8000 bis 10000 C, vorzugsweise 9000 C, vorgenommen wird. Es konnte festgestellt werden, daß dadurch eine Erhöhung der Zugfestigkeit auf etwa 22 kp/mm2 eintritt.
Der Zusammensatz der Lötteile nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens betrug etwa das 1 1/2 bis 2-fache des Mittenrauhenwertes der Lötflächen. Ein kleinerer Zusammensatz als etwa 3 x ließ sich in der Praxis kaum erreichen, da unterhalb dieses Wertes die Vakuumdichtigkeit und die mechanische Festigkeit nicht mehr hinreichend gewährleistet waren0 L e e r s e i t e

Claims

Patentansprtiche 1. Verfahren zum Herstellen einer abstandsgenauen, vakuumdichten Lötverbindung zwischen zwei Bauteilen mit metallischen Lötflächen die unter Zwischenfügung eines Lotes in einer Schutzgasatmosphäre bei Anwendung erhöhter Temperaturen und eines Druckes miteinander verlötet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot auf eine der beiden zu verbindenden Lötflächen in Form einer galvanisch abgeschiedenen Schicht in einer Dicke aufgebracht wird, die in etwa der mittleren Rauhigkeit der zu verbindenden Lötflächen entspricht, jedoch nicht dünner ist 2 bis 3/um, und daß nur 50% bis 80%, vorzugsweise 60% bis 70% der Lötfläche mit der Lotschicht bedeckt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötflächen aus Kupfer bestehen und als Lot eine Silberschicht aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötung bei einer Temperatur zwischen 75000 und 85000 insbesondere bei etwa 80000 vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötung in einer Wasserstoffatmosphäre vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötung über einen Zeitraum von 10 min bis 30 min, insbesondere etwa 20 min vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Lötfläche ringförmig ausgebildet ist und die Lotschicht ringförmig aufgebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 gekennzeichnet durch die Anwendung bei der Herstellung von vakuumdichten Lötverbindungen an Elektronenröhren, insbesondere an Mikrowellenröhren.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erhöhung der Zugfestigkeit der Lötverbindung, diese nachfolgend noch ein- oder mehrere Male auf eine Temperatur von 800°C bis 1000°C, vorzugsweise 850°C bis 95°C insbesondere etwa 900°C erhitzt wird.