DE2651921A1 - Verfahren zum aufloeten einer metallisierten piezokeramikscheibe auf einen stahlresonator - Google Patents

Verfahren zum aufloeten einer metallisierten piezokeramikscheibe auf einen stahlresonator

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DE2651921A1
DE2651921A1 DE19762651921 DE2651921A DE2651921A1 DE 2651921 A1 DE2651921 A1 DE 2651921A1 DE 19762651921 DE19762651921 DE 19762651921 DE 2651921 A DE2651921 A DE 2651921A DE 2651921 A1 DE2651921 A1 DE 2651921A1
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DE
Germany
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soldering
steel
resonator
electroplating
metallised
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Application number
DE19762651921
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English (en)
Inventor
Josef Ing Grad Deckert
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0016Brazing of electronic components

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

  • Verfahren zum Auflöten einer metallisierten Piezokeramik-
  • scheibe auf einen Stahlresonator Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auflisten einer metallisierten Piezokeramikscheibe auf einen Stahlresonator beim Herstellen eines Verbundwandlers zum Antrieb von elektromechanischen Filtern.
  • Mechanische Filter zeigen gegenüber herkömmlichen Filtern aus LC-Kreisen wesentliche Vorteile und werden deshalb mit Erfolg in der Tragerfreqzlenztechnik eingesetzt. Dabei verwendet man vorzugsweise Hiegeschwingerfilter. Die Anregung der Biegeschw gingen erfolgt mittels eines Verbundwandlers, der ebenfalls Hiegeschwingungen ausführt. Zur Herstellung eines solchen Verbundwandlers ist es erforderlich, die anregende Keramikscheibe aus piezoelektrischem Material fest mit dem Stahlresonator zu verbinden. Lötverfahren für eine feste Verbindung Keramik-Metall sind an sich bekannt, doch wird dabei in den weitaus meisten Fällen lediglich auf eine mechanisch einwandfreie Verbindung geachtet. Für solche Verbundwandler ist diese mechanisch feste Verbindung zwar eine notwendige, aber nicht ausreichende Bedingung. Ebenso wichtig ist die gute Reproduzierbarkeit sowie geringe Streubreite der elektrischen Wandlereigenschaften. Neben einer Reihe anderer Eigenschaften sind vor allem von Interesse der elektromechanische Koppelfaktor, die mechanische Schwinggüte sowie die~ zeitliche Stabilität aller Wandlerdaten.
  • Piezoelektrische Keramik muß vor ihrer Verwendung einem Polarisierungsprozeß unterworfen werden. Dabei werden die elektrischen Dipole unter Einwirkung eines starken elektrischen Feldes und erhöhter Temperatur ausgerichtet. Bedingt durch Materialstreuungen und Toleranzen in den Polarisierungsbedingungen ergeben sich Mittelwert und Streuung der elektrischen Kenngrößen der Keramik. Dabei dürfen durch den Lötprozeß die durch die Keramik vorgegebenen Streubreiten bei den Verbundwandlern nicht vergrößert werden, unter Berücksichtigung des sogenannten Scherungsfaktors für den Verbundwandler. Wird nun polarisierte Keramik auf das Stahlteil aufgelötet, sö ergibt sich, neben der "Scherung" durch das Stahlteil, auch eine Depolarisierung infolge der Erwärmung auf die Löttemperatur. Erfolgt die Depolarisierung infolge Inkonstanz der Lötbedingungen nicht gleichmäßig, so tritt eine starke Erhöhung der Streubreite der elektrischen Kennwerte beim Verbundwandler auf.
  • Zum Verbinden einer metallisierten Piezokeramikscheibe mit einem Stahlresonator wurde bereits vorgeschlagen, Lot auf den Stahlresonator aufzuschmelzen und anschließend die Piezokeramikscheibe aufzulöten.
  • Dieses Verfahren ist aber wenig wirtschaftlich, da zwei Erwärmungsvorgänge ablaufen müssen und durch stark unterschiedliche Dicke der Lotschicht ergeben sich große Streuungen in den Eigenschaften der Verbundwandler.
  • Ein weiterer Vorschlag (Patentanmeldung 26 45 699.5) sieht vor, daß die Fläche des Stahlresonators, auf die die Piezokeramikscheibe aufgelötet werden soll, gereinigt und mit einer Schutzschicht überzogen wird, daß zwischen Piezokeramikscheibe und Stahlresonator eine Lötfolie eingelegt wird und daß die Piezokeramikscheibe, die Lötfolie und der Stahlresonator bei gleichzeitigem Zusammendrücken kurzzeitig auf die Fließtemperatur des Lotes erwärmt werden.
  • Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß solch dünne Folien, wie sie hier gebraucht werden, im Fertigungsablauf schlecht zu handhaben sind, besonders, wenn eine Vollautomatisierung des Auflötprozesses angestrebt wird.
  • Siebdruckverfahren sind zwar rationell in der Aufbringung, liefern jedoch sehr große Schichtdicken (> 50 Wm) und erfordern zusätzlich einen Aufschmelzprozeß.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das, insbesondere in einer automatisierten Fertigung eingesetzt, die in der Einleitung beschriebenen Bedingungen erfüllt.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß Piezokeramikscheibe und/oder Stahlresonator galvanisch mit einem Lötmaterial beschichtet werden und daß die Piezokeramikscheibe und der Stahlresonator bei gleichzeitigem Zusammendrücken kurzzeitig auf die Fließtemperatur des Lotes erwärmt werden.
  • Besonders vorteilhaft wird als Lötmaterial Indium verwendet.
  • Eine.-besonders gute Lötung wird bei einer Schichtdicke von 1 - 10 ym erreicht.
  • Da bei niedrigschmelzenden Loten bereits bei Raumtemperatur Rekristallisationsvorgänge im Lot auftreten, die die Zeitstabilität der elektromechanischen Wandlerkennwerte beeinflussen, ist es vorteilhaft, wenn der Wandler nach dem Lötvorgang einer Temperaturbehandlung unterzogen wird. Diese nimmt den Rekristallisationsvorgang vorweg.
  • Die Erfindung soll anhand der Figur näher erläutert werden.
  • Die Figur stellt einen Verbundwandler vom Biegeschwingertyp dar, mit der Verbindungsstelle Keramik-Stahl, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielt wird.
  • In der Figur ist auf dem einseitig abgeflachten, zylinderförmigen Stahlresonator 1 die Keramikscheibe 2 aus piezoelektrischem Material befestigt. Die elektrischen Anschlüsse bilden einerseits das Anschlußdrähtchen 3, andererseits die Haltestifte 4 des Stahlresonators. Der Verbundwandler führt Biegeschwingungen senkrecht zur Abflachung aus. Die Keramikscheibe 2 ist auf den Längsflächen mit Elektroden 5 versehen, die z.B. aus einer Ni-Schicht bestehen. Bei dem verwendeten Stahlmaterial handelt es sich beispielsweise um einen Spezialstahl mit einem hohen Gehalt an Nickel, einen sogenannten Elinvar-Stahl, mit einem sehr geringen Temperaturgang des Elastizitätsmoduls.
  • Die Metallelektrode der Keramikscheibe besteht bisher üblicherweise aus einer Nickelschicht von marx. 1 pm Dicke, die zur Erhaltung der besseren Lötbarkeit mit einer Goldschicht von < 0,5 Zm überzogen ist. Diese Elektrode wird entweder durch Aufdampfen, Sputtern oder stromlose Abscheidung aufgebracht. Da zur Erzielung einer Schichtdicke von ca. 5 gm Indium nur eine galvanische Abscheidung in Frage kommt, empfiehlt es sich, bezüglich eines rationellen Fertigungsprozesses, für die Aufbringung der Elektroden auf die Keramikscheibe ein stromloses Verfahren zu verwenden. Dabei kann die Goldschicht weggelassen werden und die Indiumschicht unmittelbar auf die Nickelschicht aufgebracht. Anstelle der Nickelschicht kann auch eine Kupferschicht verwendet werden. Die sofort auf gebrachte Indiumschicht bietet genügend Schutz gegen Korrosion. Es ist auch möglich, sowohl die Nickelelektrode als auch die Indiumschicht durch Aufdampfen in zwei direkt aufeinanderfolgenden Schritten aufzubringen. Auch hierbei können noch Indiumschichten von ca. 2 #m aufgebracht werden, die für gute Eigenschaften des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundwandlers ausreichen.
  • Wenn es die Gegebenheiten des Fertigungsablaufes erfordern, kann auch der Stahlresonator entweder ganz oder teilweise mit einer Indiumschicht versehen werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, beide Teile zu beschichten, wodurch es möglich wird, ein weniger aggressives Flußmittel zu verwenden.
  • Die eine Seite der Keramikscheibe könnte auch beim Galvanisieren abgedeckt werden, so daß dort keine Indiumschicht abgeschieden wird, doch kann eine Lotschicht auf dieser freien Seite gleich zum Anlöten des elektrischen Anschlußdrähtchens 3 verwendet werden.
  • Die Keramikscheiben können nach Aufbringen der In-Schicht in bekannter Weise polarisiert werden. Anschließend können die Teile dann einem weitgehend automatisierten Lötplatz zugeführt werden, wobei die umständliche Handhabung der sonst üblichen Lötfolie entfällt.
  • Das Verfahren wurde am Beispiel eines Verbundwandlers vom Biegeschwingertyp beschrieben. Es läßt sich in gleicher Weise auch für Wandler mit anderen Schwingungsformen anwenden.

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Auflöten einer metallisierten Piezokeramikscheibe auf einen Stahlresonator beim herstellen eines Verbundwandlers zum Antrieb von elektrsmechanischen Filtern, dadurch gekennzeichnet, daß Piezokeramikscheibe und/oder Stahlresonator galvanisch mit einem Lötmaterial beschichtet werden und daß die Piezokeramikscheibe und der Stahlresonator bei gleichzeitigem Zusammendrücken kurzzeitig auf die Fließtemperatur des Lotes erwärmt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lötmaterial Indium verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Beschichtung so lange fortgesetzt wird, bis die Schichtdicke 1 - 10 Rm beträgt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler nach dem Lötvorgang getempert wird.
DE19762651921 1976-11-13 1976-11-13 Verfahren zum aufloeten einer metallisierten piezokeramikscheibe auf einen stahlresonator Pending DE2651921A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4575353A (en) * 1984-04-23 1986-03-11 Jerzy Perkitny Counterweighted and self-extending mobile

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