DE2645953B2

DE2645953B2 - Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung

Info

Publication number: DE2645953B2
Application number: DE19762645953
Authority: DE
Inventors: Gerd 7900 Ulm 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: 1979-09-13
Also published as: DE2645953A1; DE2645953C3

Description

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, insbesondere der Mikrowellenröhren, ist es bereits bekannt, das Vakuumgefäß zumindest teilweise aus Metallteilen herzustellen. Es ist ferner bekannt, die vakuumdichlen Verbindungen der einzelnen Gehäuseteile als Lotvierbindungen zwischen zwei metallischen Teilen auszubilden. Die zu verlötenden metallischen Oberflächen können dabei auch als Metallschichten bestehen, die auf Isolierteile, insbesondere auf Keramikteile aufgebracht sind.

Es ist weiter bekannt, daß die vakuumdichten Verbindungen bei Elektronenröhren auf eine Lötverbins dung 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 Kupferschicht versehene Keramikteilen bestehen.

ίο 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

is 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 μπι, 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

j-, 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 Mikrowellenrönren, die starken Schockbelastungen ausgesetzt werden, z. B. die Mikrowellenröhren für die Raumfahrt

Anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend näher erklärt

4ϊ Die Figur zeigt zwei miteinander zu verbindende Metallteile 1 und 2, die bevorzugt aus Kupfer bestehen. Eine vakuumdichte Verlötung soll zwischen den Oberflächen 4 und 5 erfolgen. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung nur auf eine der Lötflächen, bei

\o dem dargestellten 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

τ, Silberschicht 3, die in der Figur übertrieben dick dargestellt ist, soll 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

μ die Silberschicht 3 ggf. etwas dünner sein. Sie soll jedoch eine Stärke von 2 bis 4μηι nicht unterschreiten. Bei geringeren Stärken konnte keine einwandfreie 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 etwa V₃ dieser zur Verbindung vorgesehenen Fläche.

Nachdem die eine Lötfläche mit der Silberschicht 3 versehen worden ist, werden die zu verlötenden Teile 1 und 2 in einer Lötlehre fixiert und unter einem Druck ρ zusammengepreßt Der Anpreßdruck auf die Lötflächen ist so einzustellen, daß er bei der Erwärmung nicht so hoch ansteigt, daß er in den Druckbereich gelangt, bei dem eine plastische Verformung der Lötteile auftreten kann. Bei der bevorzugten Verwendung von Kupfer als Lötflächenmaterial ist darauf zu achten, daß der Druck nicht über einen Wert von 0,8 km/mm² ansteigt ι ο

Die Lötung wird dann bei einer Temperatur zwischen etwa 750° und 850⁰C 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 solche erfindungsgemäß hergestellte Lötverbindung besitzt eine 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 800° bis 1000" C, vorzugsweise 900° 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 1V2 bis 2-fache des Mittenrauhenwertes der Lötflächen. Ein kleinerer Zusammensatz als etwa 3 ·μη ließ sich in der Praxis kaum erreichen, da unterhalb eines Wertes die Vakuumdichtigkeit und die mechanische Festigkeit nicht mehr hinreichend gewährleistet *varen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer abstandsgeiiauen, vakuumdichten Lötverbindung zwischen jswei Bauteilen mit metallischen Lötflächen die unter Zwischenfügung eines Lotes in einer Schutzgasatmosphäre bei Anwendung erhöhter Temperaturen und eines Druckes miteinander verlötet werden, cfadurch 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 als 2 bis 3 um, und daß 50% bis 80% der Lötfläche mit der Lotschicht bedeckt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 60 bis 70% der Lötfläche mit der Lotschicht bedeckt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötflächen aus Kupfer bestehen und als Lot eine Silberschicht aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötung bei eiiner Temperatur zwischen 750⁰C und 850⁰C, insbesondere bei etwa 800° C vorgenommen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötung in einer Wasserstoff? tmosphäre vorgenommen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, diJ die Löttemperatur über einen Zeitraum von 10 min bis 30 min, insbesondere 20 min einwirken ^lassen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Lötfläche ringförmig ausgebildet ist und die Lotschicht ringförmig aufgebracht wird

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bi.s 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 950⁰C, insbesondere 900° C erhitzt wird.

9. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von vakuumdkhten Lötverbindungen an Elektronenröhren, insbesondere an Mikrowellenröhren.