DE2645953C3 - Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung

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DE2645953C3 DE19762645953 DE2645953A DE2645953C3 DE 2645953 C3 DE2645953 C3 DE 2645953C3 DE 19762645953 DE19762645953 DE 19762645953 DE 2645953 A DE2645953 A DE 2645953A DE 2645953 C3 DE2645953 C3 DE 2645953C3
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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 vakuumdichten Verbindungen der einzelnen Gehäuseteile als Lötverbindungen 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 Lötverbin-■; 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.
in 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
2(i 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 als 2 bis 3 μΐη, und daß nur 50 bis 80%, vorzugsweise 60 bis 70% der Lötfläche mit der Lotschicht bedeckt wird.
!0 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
in Anwendung bei Mikrowellenröhren, 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.
4t 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
ίο dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf die Lötfläche 5 eine Silberschicht 3 aufgebracht, und zwar durch galvanisches Abscheiden. Auf diese Weise ist es möglich, die Stärke der aufgebrachten Silberschicht 3 sehr genau einzuhalten, denn die Stärke dieser
v, 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
bo die Silberschicht 3 ggf. etwas dünner sein. Sie soll jedoch eine Stärke von 2 bis 3 μΐη nicht unterschreiten. Bei geringeren Stärken konnte keine einwandfreie vakuumdichte Lötverbindung mehr erzielt werden.
Gemäß einem weiteren wesentlichen Merkmal wird
οι die zur Verbindung vorgesehene Lötfläche 5 nicht vollständig mit der Silberschicht 3 bedeckt, sondern nur 50 bis 80%, insbesondere etwa 1Ii dieser zur Verbindung vorgesehenen Fläche.
Nachdem die eine Lotfläche 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 de; 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 Lotung 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 Schulzgas wird bevorzugt Wasserstoff gewählt Es bildet sich eine Silber-Kupfer- is 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 800 bis 10000C, vorzugsweise 850 bis 950°C, insbesondere 9000C, 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 IV2 bis 2-fache des Mittenrauhenwertes der Lötflächen. Ein kleinerer Zusammensatz als etwa 2 μιη ließ sich in der Praxis kaum erreichen, da unterhalb eines Wertes die Vakuumdichtigkeit und die mechanische Festigkeit nicht mehr hinreichend gewährleistet waren.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
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 als 2 bis 3 μηι, 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 einer Temperatur zwischen 750 und 8500C, insbesondere bei etwa 8000C vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötung in einer Wasserstoffatmosphäre vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Löttemperatur über einen Zeitraum von 10 bis 30 min, insbesondere 20 min einwirken gelassen 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 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erhöhung der Zugfestigkeit der Lötverbindung, diese nachfolgend noch ein- oder mehrere Male auf eine Temperatur von 800 bis 10000C, vorzugsweise 850 bis 95O0C, insbesondere 9000C erhitzt wird.
9. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von vakuumdichten Lötverbindungen an Elektronenröhren, insbesondere an Mikrowellenröhren.
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