DE2808950C2 - Hermetisch abgeschlossenes elektrisches oder elektronisches Bauelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sk.h auf ein hermetisch abgeschlossenes elektrisches oder ele .ironisches Bauelement mit einem elektrischen, an seinen einander gegenüberliegenden Enden elektrisch und mechanisch mit Leitungen verbundenen und von einer hermetisch abschließenden, schmelzbaren Umhüllung umgebenen Kernelement.

Hermetisch zugeschmolzene elektrische Bauelemente, wie Dioden und Kondensatoren, sind aus der US-PS 34 58 783 bekannt Solche Bauelemente werden unter unfreundlichen Umweltbedingungen verwendet, die die Eigenschaften solcher Bauelemente beeinflussen könnten.

In den US-Patentschriften 38 10 068 und 33 07 134 sind bekannte Ausführungen eines hermetisch zugeschmolzenen Impedanzelementes beschrieben. Derartige bekannte Bauelemente benutzen keramische Fritten oder Cermets zur Herstellung der elektrischen und der mechanischen Verbindung zwischen dem Widerstandselement und den Leitern. Derartige Verbindungen sind nicht immer zuverlässig. Außerdem ist bei Anwendung eines durch Reaktion mit Magnesium gebildeten Endteilas ein Herstellungsverfahren erforderlich, das von dem in der Industrie häufig angewandten Verfahren verschieden ist.

Es ist auch bekannt, eine Molybdän-Mangan-Legierung auf keramischen Substraten zu verwenden, aber nicht bei hermetisch abgeschlossenen· Bauelementen oder beim Verfahren zur Herstellung solcher Bauelemente.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Diffusion von Fremdatomen in das Kernclement und eine damit verbundene Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Bauelementes beim Schmelzen der Umhüllung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Enden mit einem Überzug aus hochschmelzendem Metall versehen sind.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen jeweils einer der Leitungen und einem der Überzüge auf dem Kernelement mittels eines verlöteten Vorformlings gebildet

Nach weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen 1er Erfindung ist das Kernelement ein passives elektrisches Bauelement insbesondere ein elektrischer Widerstand. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß ein hermetisch abgeschlossenes elektrisches Bauelement geschaffen ist, bei dem eine bewährte Technologie zur Ausbildung elektrischer und mechanischer Verbindungen mit dem Kern des Bauelementes eingesetzt werden kann, wobei gleichzeitig der Vorteil erreicht wird, daß ein Kopplungselement für elektrische Bauelemente in einem hermetisch abgeschmolzenen Behälter geschaffen ist das die infolge des Schwindungsunterschiedes zwischen Behälter und Bauelement-Kern bei verschiedenen Temperaturen auftretende Spannungen beseitigt.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

F i g. 1 zeigt einec Längsschnitt durch einen hermetisch abgeschlossenen Widerstand, der nach der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;

F i g. 2 zeigt in auseinandergezogener Darstellung den Widerstand nacn F i g. 1.

F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt durch das Ende eines anderen Widerstandes nach der Erfindung, bei dem eine Sperrschicht vorgesehen ist

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen hermetisch abgeschlossenen Schichtwiderstand, der aus einem massiven zylindrischen Kern 11 besteht, der auf seiner ganzen Oberfläche mit einer Widerstandsschicht 10 überzogen ist.

Der Kern 11 ist aus einer Forsteritkeramik oder einer anderen Keramik mit hohem Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von8,5 bis 103 ppm/°C hergestellt.

Die Enden des Widerstandes 10, 11 sind mit einem metallenen Endüberzug 19 versehen. Ein Vorformling 12 aus einer Lot- oder Schweißmetallegierung ist in der Nähe der beiden Enden angebracht um eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Endüberzug 19 und Leitungen 13,16 herzustellen. Das ganze ist in einem Glasbecher 15 untergebracht. 5J F i g. 2 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Widerstandes nach F i g. 1 und zeigt deutlicher die metallenen Endüberzüge 19 und die Vorformlinge 12. Der Vorformling 12 wird derart gewählt, daß er einen geeigneten Schmelzpunkt aufweist.

Biegsame Leitungen 13 und 16 aus mit Kupfer überzogenem Stahl sind vorgesehen, die sich axial in bezug auf den Widerstand 10,11 erstrecken. Die Leitung 13 ist an einem vergrößerten Stützkörper oder Kopf 14 befestigt, der einen elektrischen Kontakt mit dem Wider-Standselement über den Vorformling 12 herstellt. Der Kopf 14 kann eine Glasperle zur Bildung einer Schmelzglasabdichtung des elektrischen Bauelementes (Perlenleitung) enthalten oder kann ein Zylinder aus Dumet (Dumet ist eine verkupferte Nickelschmelzlegierung) s>5 sein, dessen Ausdehnungskoeffizient mit dem des Glases übereinstimmt (Stützleitung).

Die Stützleitung 13 wird dadurch hergestellt, daß ein Dumctdraht. der mit einer Boratzusammensetzung

iberzogen ist, auf eine vorbestimmte Länge geschnitten wird, um den Kopf 14 zu bilden, und daß ein verkupferter Stahldraht 13 an einem Ende featgeschweißt wird, ^ch kann für gewisse Zwecke ein stark oxidierter Dumetdraht verwendet werden. Indem der Dumcidrahi auf diese Weise vorbehandelt wird, wird eine gute thermische Verschmelzung des Kopfes 14 mil dem Glasgehäusebecher 15 ermöglicht, wenn der Glasbecher 15 thermisch abgeschmolzen wird. Der Leitungsdraht 13 muß in das Innere des Glasbechers um 0,1 bis 0,5 mm hineinragen, um eine elektrische Verbindung mit dem Lötvorformling 12 herzustellen.

Das Widerstandselement 10, 11, die Vorformlinge 12 und der Kopf 14 werden völlig in den Glasbecher 15 eingekapselt. Die Ausführungsform eines Glasbechers 15 ist in Fig.2 dargestellt. Ein Glasbecher 15 wird als Glaszylinder definiert, dessen eines Ende luftdicht abgeschmolzen ist. In dem abgeschmolzenen Ende 17 des Glasbechers 15 wird eine verkupferte Stahlleitung 16 thermisch verschmolzen, die in das Innere des Bechers 15 hineinragt, um eine elektrische Verbindung mit dem Vorformling 12 herzustellen. Der Vorformling 12 wird zunächst in den Becher 15 eingeführt, indem eine Reihe von Vorformlingen 12 über einem Kohlenstoffschiffchen 22, das eine Reihe von Bechern 15 enthält, derart ausgerichtet wird, daß jeweils ein einziger Vorformling auf den Boden jedes Bechers in dem Schiffchen fällt.

Nach Einführung des Lötvorformlings 12, des Kernes 11 und des Kopfes 14 mit der Leitung 13 in den Becher 15 wird das offene Ende 18 des Bechers 15 thermisch abgeschmolzen, wodurch eine luftdichte Umhüllung für das Widerstandselement innerhalb des Bechers 15 gebildet wird.

Der Widerstandskern 11 besteht aus einem feuerfesten Material, das in bezug auf den linearen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten mit dem Glasbecher 15 weitgehend übereinstimmt.

Die Widerstandsschicht 10 ist eine elektrisch leitende Schicht (ein Cermet- oder Dünnmetallfilm, wie eine Chrom-Nicke' Zusammensetzung) mit vorbestimmten Widerstandseigenschaften, die den Kern 11 völlig bedeckt und dann durch spiralförmiges Entfernen des Schichtmaterials durch bei Schichtwiderständen bekannte Techniken auf einen bestimmten Widerstandswert gebracht werden kann. Die Schicht kann auch ohne Schneiden oder Spiralisiercn nach dem Zusammenbau des Bauelementes gebildet werden. Ein Metallüberzug 19 niedrigen Widerstandes wird auf den Enden des Widerstandselcments 10, 11 über die Widerstandsschicht 10 abgelagert und kann die Seiten um etwa 0.05 bis 0,5 mm überlappen. Dieser metallene Endübcr/.ug 19 muß sich aunh mit der Widcrstandsschicht 10 in bezug auf Wärmeausdehnungseigenschaften vertragen, d. h. einen geeigneten linearen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.

Viele lötbare Materialien für den Endüberzug reagieren mit der Widerstandsschicht bei der Abschmelztemperatur des Glases oder reagieren langsam bei erhöhten Temperaturen, wodurch eine Abweichung in den Widerstandseigenschaften oder in den elektrischen Eigenschaften des Bauelementes als Funktion der Temperatur und der Zeit auftritt. Beispiele derartiger ungeeigneter Überzugsmaterialien sind Kupfer und Silber.

Die Anwendung hochschmelzender Metalle für die Fndüberzüge der hier definierten Art umfaßt die Anwendung von Nickel, Kobalt, Chrom, Molybdän, Wolfram, Tantal, Titan und Alj:ninium; die Anwendung solcher hochschmelzender Materialien für den Endiiberzug ergibt, wie gefunden wurde, befriedigendere Resultate. Nickel wird bevorzugt, weil es sich leicht verlöten oder verschweißen läßt, ohne daß ein Schmelzfluß gebildet wird, und weil es einen verhältnismäßig niedrigen spezifischen Widerstand aufweist und leicht bearbeitet werden kann, irgendeine Legierung eines oder mehrerer der vorgenannten hochschmelzenden Metalle kann auch verwendet werden. Bei Anwendung von Silber, Kupfer oder Gold über dem Endteil der Widerstandsschicht 10 ist es erwünscht, eine Sperrschicht über die Widerstandsschicht unter der Gold-, Silber oder Kupferschicht anzubringen. Der Ausdruck Sperrschicht bezieht sich auf die Möglichkeit, daß sich das hochschmelzende Material für die den Endüberzug bildende Sperrschicht bis jenseits des Silber- oder Goldüberzugs in die Widerstandsschicht 10 selber erstrecken kann. Die Sperrschicht wirkt als Sperre für die Diffusion aktiverer Atome von Silber, Kupfer oder Gold in die Widerstandsschicht 10.

Fig.3 zeig: einen Längsschnitt durch einen Widerstand mit einer auf der Widerstandssch.' · -H 10 liegenden Sperrschicht 19. Auf der Sperrschicht 19 b:findet sich ein Gold-, Silber oder Kupfer-Endüberzug 21, der eine elektrische und mechanische Verbindung mit dem Lötvorformling 12 und dem Kopf 14 des Endteiles herstellt. Wie in dei Figur dargestellt ist. erstreckt sich die Sperrschicht 19 weiter als der Endüberzug 21 längs der Widerstandsschicht 10. wodurch verhindert wird, daß die aktiven Atome des Endüberzugs 21 in die Widerstands-

jo schicht 10 eindiffundieren.

Versuche mit Bauelementen, bei denen besondere Materialien für die Endüberzüge verwendet wurden, wurden bei verschiedenen Temperaturen und während langer Zeitspannen gemacht (z. B. 165 Stunden bei

V) 185"C. Bei diesen Versuchen wurden insbesondere Metallschichtwiderständc mit einer Leistung von 0,1 W verwendet: ein Widerstand von 650 Ω mit einem Endüberzug aus Kupfer; ein Widerstand von 150 Ω mit einem Endübcr/.ug aus Molybdän-Silber (d. h. mit einer Molybdänsperrschicht mit darauf liegendem Silber-Endüherzug); sowie ein Widerstand von 150 Ω mit einem Endübcr/.ug aus Nickel. Vor und nach dem durch Erhitzung stattfindenden Alterungsvorgang wurden die Widerstandswerte abgelesen und die prozentualen Ändcrungen des Widerstandswertes infolge des durch Erhitzung herbeigeführten Alterungsvorgangs wurden berechnet. Die Ergebnisse dieser Versuche an den drei Typen vonWiderständen sind in der nachstehenden Tabelle angegeben.

^u/o der Änderung des spezifischen Widerstandes infolge Alterung durch Erhitzung

Ku|.fcr-F.ndüber/ug

Molybdän-Silber-Endüberzug

Nickel-Endüberzug

1,89

0,191

0,142

Die Lölvorformiirge 12 stellen einen guten elektrisehen Kontakt zwischen dem Widerstandselement und den AuBenlcitungen des hermetisch abgeschlossenen Widerstandes her. Diese Vorformlinge müssen eine gute Benetzbarkeit für die Leitungen und Endüberzüge des Widerstandselemcntes 10, 11 liefern, wenn diese geeigneten Temperaturen ausgesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hermetisch abgeschlossenes elektrisches oder elektronisches Bauelement mit einem elektrischen, an seinen einander gegenüberliegenden Enden elektrisch und mechanisch mit Leitungen (13,16) verbundenen und von einer hermetisch abschließenden, schmelzbaren Umhüllung (15) umgebenen Kernelement (10, 11), dadurch gekennzeichnet, daß die Enden mit einem Überzug (19) aus hochschmelzendem Metall versehen sind.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen jeweils einer der Leitungen (13, 16) und einem der Oberzüge (19) auf dem Kernelement (10,11) mittels eines verlöteten Vorformlings (12) gebildet ist

3. Bauelement nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das KerneJanent (10, 11) ein passives elektrisches Bauelement ist

4. Bauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement (10, 11) ein elektrischer Widerstand ist.

5. Verfahren zur Herstellung des Bauelementes nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (19) durch Zerstäubung aufgebracht wird.