DE4125980A1 - Temp.-resistant connector wire - consists of a highly conductive core and a platinum@-rich mantle into which gold@ has been diffused to allow easier connection - Google Patents
Temp.-resistant connector wire - consists of a highly conductive core and a platinum@-rich mantle into which gold@ has been diffused to allow easier connectionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein drahtförmiges Halbzeug für einen elektrischen Lei terdraht mit einem maximalen Durchmesser von 1,2 mm, der wenigstens im Bereich seiner freien Oberfläche im wesentlichen aus Platin besteht, sowie einen An schlußleiter, hergestellt aus einem solchen Halbzeug, ein Verfahren zur Her stellung eines Leiterdrahtes sowie die Verwendung eines nach dem Verfahren hergestellten elektrischen Leiterdrahtes.The invention relates to a wire-shaped semi-finished product for an electrical Lei terwire with a maximum diameter of 1.2 mm, at least in the range its free surface consists essentially of platinum, and an final conductor, made from such a semi-finished product, a process for the manufacture provision of a conductor wire as well as the use of a method manufactured electrical conductor wire.
Der Begriff "im wesentlichen aus Platin" umfaßt sowohl Platin mit geringen technisch bedingten Verunreinigungen als auch eine Platinlegierung mit einem Platingehalt von mehr als 98 Gewichts-%.The term "essentially platinum" includes both platinum with minor technically caused impurities as well as a platinum alloy with a Platinum content of more than 98% by weight.
Aus der DE-PS 38 32 342 ist ein Manteldraht mit einem Mantel aus Platin, der einen Kern aus einem edelmetallhaltigen Werkstoff umhüllt, bekannt, wobei der Kern aus einer Palladium-Legierung besteht, die 1 bis 5 Gewichts-% Wolfram, Rest Palladium enthält. Das Mantelvolumen beträgt pro Längeneinheit 10 bis 50% des Gesamtvolumens des Manteldrahtes. Der Manteldraht wird als Zuleitungsdraht für Widerstandsthermometer mit einem im wesentlichen aus Platin bestehenden Meßwiderstand eingesetzt. From DE-PS 38 32 342 is a sheathed wire with a sheath made of platinum, the encased a core made of a noble metal-containing material, known, the Core consists of a palladium alloy containing 1 to 5% by weight of tungsten, Balance contains palladium. The jacket volume is 10 to 50% per unit length of the total volume of the sheathed wire. The sheathed wire is called the lead wire for resistance thermometers with an essentially platinum one Measuring resistor used.
Weiterhin ist aus der DE-PS 31 34 896 eine Kabelzuleitung für eine Herz schrittmacherelektrode bekannt, wobei der Leiter ein durch Ziehen hergestell ter Manteldraht ist, dessen Mantel aus einem Metall aus der Gruppe Platin, Platin-Iridium-Legierung, Platin-Palladium-Legierung und Platin-Rhodium-Legie rung besteht, wobei die Mantelwandstärke im Bereich von 0,0025 bis 0,035 mm liegt und der Kerndurchmesser 0,04 bis 0,3 mm beträgt. Der Kern besteht aus einer Kupferbasislegierung.Furthermore, DE-PS 31 34 896 is a cable feed for a heart Pacemaker electrode known, wherein the conductor is made by pulling is sheathed wire, whose sheath is made of a metal from the platinum group, Platinum-iridium alloy, platinum-palladium alloy and platinum-rhodium alloy tion exists, with the jacket wall thickness in the range of 0.0025 to 0.035 mm and the core diameter is 0.04 to 0.3 mm. The core consists of a copper-based alloy.
Aus der DE-OS 21 57 467 ist ein Draht mit einem Kern aus einer Kupfer-Beryl lium-Legierung bekannt, wobei dieser Kern im Querschnitt vollständig mit einem Überzug von 40 bis 60 Gewichts-% Gold sowie Palladium, Silber, Kupfer, Nickel und Zink umgeben ist. Dabei kann zwischen dem Kern und dem Überzug eine Me tallzwischenschicht angeordnet sein. Das Überzugsmaterial zeichnet sich neben seiner ausgezeichneten Korossionsbeständigkeit der Kontaktoberfläche auch da durch aus, daß es zum Schweißen, Lösen oder Hartlöten geeignet ist und die selbe Bearbeitungstemperatur wie die Beryllium-Kupfer-Legierung aufweist, so daß diese beiden Materialien vorteilhaft zusammen einer Wärmebehandlung unter worfen werden können.From DE-OS 21 57 467 is a wire with a core made of a copper beryl lium alloy known, this core in cross section completely with a Coating of 40 to 60% by weight gold as well as palladium, silver, copper, nickel and zinc is surrounded. A measurement can be made between the core and the coating be arranged intermediate layer. The covering material stands out next to its excellent corrosion resistance of the contact surface also there by from that it is suitable for welding, loosening or brazing and the same processing temperature as the beryllium-copper alloy, so that these two materials are advantageously heat treated together can be thrown.
Ausgehend von der DE-PS 38 32 342 stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Halbzeug für einen universal bei verschiedenartigen Lotverfahren - wie Weich lot-, Hartlot- oder Laserlotverfahren - einsetzbaren elektrischen Leiterdraht mit guter Benetzbarkeit zu schaffen; weiterhin soll der Draht als Anschlußlei ter für Meßwiderstände mit den optimierten Prozeßschritten der Meßwider stands- bzw. Sensorherstellung verträglich sein. Darüber hinaus soll ein Ver fahren zur Herstellung eines Leiterdrahtes sowie dessen Verwendung angegeben werden.Starting from DE-PS 38 32 342, the invention has the task Semi-finished product for a universal with different soldering processes - such as soft solder, hard solder or laser soldering process - usable electrical conductor wire to create with good wettability; furthermore, the wire is said to be a connection lead ter for measuring resistors with the optimized process steps of the measuring resistor stand or sensor production must be compatible. In addition, a ver drive specified for the manufacture of a conductor wire and its use will.
Die Aufgabe wird für das Halbzeug dadurch gelöst, daß die freie Oberfläche des Halbzeugs mit einer Gold-Schicht in einer Dicke im Bereich von 0,05 bis 1 µm bedeckt ist. The object is achieved for the semi-finished product in that the free surface of the Semi-finished product with a gold layer in a thickness in the range of 0.05 to 1 µm is covered.
Ein wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß die Weichlötbarkeit des aus dem Halbzeug hergestellten Leiterdrahtes auch nach der Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen gegeben ist, wobei keinerlei Sprödigkeit auftritt; weiter hin wird keinerlei Gold in das Lotbad legiert.A major advantage is the fact that the solderability of the the semi-finished conductor wire also after the heat treatment high temperatures, with no brittleness; further no gold is alloyed into the solder bath.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Beschichtung des Halbzeuges Gold in einer Dicke im Bereich von 0,2 bis 0,5 µm, auf; in einer Ausführung als Manteldraht weist der Mantel eine Dicke im Bereich von 2 bis 15 µm auf; der Kern besteht dabei entweder aus Wickel oder einer Palladium-Wolfram-Legie rung.In a preferred embodiment, the coating of the semi-finished product has Gold in a thickness in the range of 0.2 to 0.5 microns on; in one version as a sheath wire, the sheath has a thickness in the range from 2 to 15 μm; the core consists of either winding or a palladium-tungsten alloy tion.
Bei einem aus dem Halbzeug hergestellten Anschlußleiter besteht dessen freie Oberfläche aus einer Platin-Gold-Legierung, wobei der unmittelbar an die Ober fläche angrenzende Leiterbereich Platin und Gold enthält, und der Goldgehalt in Richtung Draht-Achse gesehen gegebenenfalls unter Bildung eines Gradienten abnimmt.In the case of a connecting conductor produced from the semifinished product, there is a free one Surface made of a platinum-gold alloy, with the surface directly attached to the area adjacent to the conductor area contains platinum and gold, and the gold content seen in the direction of the wire axis, possibly forming a gradient decreases.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Anschlußleiter einen Mantel mit einer Oberfläche aus einer Platin-Goldlegierung auf, der von seiner freien Oberfläche in Richtung Draht-Achse gesehen eine Dicke bis zu 80 µm besitzt, wobei der Mantel einen Kern aus einem elektrisch gut leitenden Kern-Werkstoff mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der etwa dem des Mantelwerkstoffs entspricht, umhüllt; ausgehend von seiner freien Oberfläche enthält der Mantel Gold maximal bis zu seiner Grenzfläche mit dem Kern, wobei der Gold-Gehalt - in Richtung Draht-Achse gesehen - abnimmt.In a preferred embodiment, the connecting conductor has a jacket a surface of a platinum-gold alloy on that of its free Surface in the direction of the wire axis has a thickness of up to 80 µm, wherein the jacket has a core made of an electrically conductive core material with a coefficient of thermal expansion that is about that of the jacket material corresponds, envelops; starting from its free surface, the coat contains Gold at most to its interface with the core, the gold content - seen in the direction of the wire axis - decreases.
In einem Verfahren zur Herstellung eines Leiterdrahtes, der wenigstens im Be reich seiner freien Oberfläche im wesentlichen aus Platin besteht, wird ein stabförmiger Leiterdrahtwerkstoff auf Enddrahtdurchmesser von maximal 1,2 mm gezogen und auf der Oberfläche des so gezogenen Leiterdrahtes Gold in einer Dicke von 0,05 bis 1 µm abgeschieden und danach der Draht solange einer Wärmebehandlung unterzogen, daß ein Teil des Goldes unter Bildung eines Kon zentrationsgefälles bzw. eines Gradienten in Richtung der Leiterdrahtachse in den Leiterdraht diffundiert, wobei auf der Oberfläche des Leiterdrahtes eine Platin-Gold-Legierung gebildet wird. In a method for producing a conductor wire which is at least in the loading rich in its free surface consists essentially of platinum, a Rod-shaped conductor wire material with a maximum end wire diameter of 1.2 mm drawn and gold in one on the surface of the conductor wire thus drawn Thickness of 0.05 to 1 µm and then the wire as long as one Heat treated that part of the gold to form a Kon gradient or a gradient in the direction of the conductor wire axis in the conductor wire diffuses, with a. on the surface of the conductor wire Platinum-gold alloy is formed.
In einem Verfahren zur Herstellung eines als Manteldraht ausgebildeten Leiter drahtes wird in ein Rohr, das im wesentlichen aus Platin besteht, ein stabför miger, elektrisch gut leitender Kernwerkstoff, dessen Wärmeausdehnungskoeffi zient im wesentlichen dem des Rohrwerkstoffs entspricht, eingebracht und diese Stab-Rohr-Anordnung auf einem Enddrahtdurchmesser von maximal 1,2 mm gezogen; anschließend wird auf der freien Oberfläche des so gebildeten Mantels Gold in einer Dicke im Bereich von 0,05 bis 1 µm abgeschieden und der Draht solange einer Wärmebehandlung unterzogen, daß ein Teil des Goldes unter Bildung eines Konzentrationsgefälles bzw. eines Gradienten maximal bis zur Grenzfläche des Mantels mit dem Kern diffundiert und auf der Oberfläche eine Platin-Gold-Le gierung gebildet wird. In einem bevorzugten Verfahren wird ein Nickelstab in das Rohr eingesetzt und das Gold auf der freien Oberfläche des gezogenen Halb zeuges galvanisch abgeschieden.In a method for producing a conductor designed as a sheathed wire wire is a rod-shaped in a tube, which consists essentially of platinum miger, electrically good conductive core material, the coefficient of thermal expansion essentially corresponds to that of the pipe material, introduced and this Rod-tube arrangement drawn on a final wire diameter of maximum 1.2 mm; then gold is in on the free surface of the coat thus formed a thickness in the range of 0.05 to 1 µm and the wire as long subjected to a heat treatment that a part of the gold to form a Concentration gradient or a gradient up to the boundary of the The jacket diffuses with the core and a platinum-gold le on the surface gation is formed. In a preferred method, a nickel rod is made in the tube inserted and the gold on the free surface of the drawn half stuff galvanically deposited.
Der nach dem Verfahren hergestellte elektrische Leiterdraht wird als Zulei tungsdraht für Meßschichtwiderstände verwendet, die insbesondere zur Tempera turmessung dienen.The electrical conductor wire produced by the process is called Zulei used for measuring layer resistors, especially for tempera serve measurement.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Leiterdraht als Halbzeug mit der aufgebrachten Goldschicht; in Fig. 2 ist ein Temperatur-Zeit-Diagramm zur Wärmebehandlung des Leiter drahtes bzw. des mit dem Anschlußleiter verbundenen Meßelements dargestellt. Fig. 1 shows a schematic cross section through a conductor wire as a semi-finished product with the applied gold layer; in Fig. 2, a temperature-time diagram is shown for the heat treatment of the wire conductor and the connecting conductor connected to the sensing element.
Gemäß Fig. 1 ist mit Bezugsziffer 1 der aus Platin oder Platinlegierung bestehende Mantel bezeichnet, welcher den Kern 2, der entweder aus Nickel oder einer Wolfram-Palladium-Legierung besteht, umhüllt. Der Durchmesser des Kerns liegt im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm, vorzugsweise wird ein Kerndurchmesser von 0,2 mm verwendet. Der den Kern umgebende Mantel 1 weist eine Dicke von 2 bis 15 µm auf, vorzugsweise wird eine Dicke von 5 µm eingesetzt. Die mit Bezugsziffer 3 bezeichnete Beschichtung aus Gold weist eine Dicke im Bereich von 0,2 bis 0,5 µm auf, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform eine Dicke der Gold- beschichtung von 0,35 µm eingesetzt wird. Als Palladium-Wolfram-Legierung wird Palladium mit 95 bis 99 Gewichts-% Palladium, Rest Wolfram eingesetzt; vorzugsweise weist die Legierung 97 Gewichts-% Palladium, Rest Wolfram auf.According to Fig. 1 with the reference numeral 1 consists of platinum or platinum alloy cladding designated, which consists of the core 2 from either nickel or a tungsten-palladium alloy, encased. The diameter of the core is in the range from 0.1 to 0.3 mm, preferably a core diameter of 0.2 mm is used. The jacket 1 surrounding the core has a thickness of 2 to 15 μm, preferably a thickness of 5 μm is used. The gold coating, designated by reference number 3, has a thickness in the range from 0.2 to 0.5 μm, a thickness of the gold coating of 0.35 μm being used in a preferred embodiment. Palladium with 95 to 99% by weight palladium, the rest tungsten, is used as the palladium-tungsten alloy; the alloy preferably has 97% by weight palladium, the remainder tungsten.
Die Achse des zylindrisch ausgebildeten Drahtes ist mit Bezugsziffer 4 be zeichnet.The axis of the cylindrical wire is marked with the reference number 4 be.
Das bis zum Verfahrensschritt der Goldbeschichtung angewandte Herstellungsver fahren des Manteldrahtes ist beispielsweise in der DE-PS 38 32 342, letzter Absatz der Beschreibung angegeben.The manufacturing process used up to the gold plating step driving the sheathed wire is for example in DE-PS 38 32 342, the last Paragraph of the description given.
Die Aufbringung der Goldbeschichtung erfolgt dabei galvanisch. Es ist jedoch auch möglich eine Aufbringung der Goldbeschichtung durch Kathodenzerstäubung oder Aufdampfen vorzunehmen.The gold coating is applied galvanically. However, it is it is also possible to apply the gold coating by sputtering or vapor deposition.
Nach dem Löt- bzw. Schweißvorgang wird die mit dem Leiterdraht erstellte Ver bindung zu einem Meßwiderstand einer Diffusionsglühung in einem Durchlaufofen nach einer vorgegebenen Temperatur/Zeitfunktion unterworfen, um einen defi nierten Konzentrationsgradienten über dem Platin-Mantel zu erzielen. Ein sol ches Temperatur/Zeitdiagramm (Burn-In-Prozeß) ist anhand der Fig. 2 beschrie ben, wobei auf der Abzisse die Behandlungszeit in Stunden angegeben ist, wäh rend auf der Ordinate die Temperaturen in Abständen von jeweils 100°C einge tragen sind. Nach der dargestellten idealisierten Temperatur-/Zeit-Funktion (a) zählt die Zeit ausgehend von 0°C, während in der Praxis von der als ge strichelte Linie (b) dargestellten Raumtemperatur im Bereich von ca. 25°C aus gegangen werden kann, so daß sich im praktischen Betrieb eine geringfügige Verkürzung der Behandlungszeit ergibt.After the soldering or welding process, the connection created with the conductor wire to a measuring resistor is subjected to diffusion annealing in a continuous furnace according to a predetermined temperature / time function in order to achieve a defined concentration gradient over the platinum jacket. Such a temperature / time diagram (burn-in process) is described with reference to FIG. 2, the treatment time in hours being indicated on the abscissa, while the temperatures are entered at 100 ° C. intervals on the ordinate . According to the idealized temperature / time function (a) shown, the time counts starting from 0 ° C, while in practice the room temperature shown as the broken line (b) can be assumed to be in the range of approx. 25 ° C, so that there is a slight reduction in the treatment time in practical operation.
Der wichtigste Schritt der Wärmebehandlung ist dabei eine Erwärmung mit einer Spitzentemperatur im Bereich von 760°C, wie sie anhand der Linie (c) darge stellt ist.The most important step in the heat treatment is heating with a Peak temperature in the range of 760 ° C, as shown by line (c) represents is.
Nach der Wärmebehandlung erfolgt die Abkühlung des Leiterdrahtes auf Raumtem peratur, wobei dessen freie Oberfläche aus einer Platin-Gold-Legierung besteht; der Mantel enthält ausgehend von seiner freien Oberfläche höchstens bis zu einer Grenzfläche mit dem Kern Gold, wobei der Goldgehalt in Richtung Draht-Achse gesehen, unter Bildung eines definierten Konzentrationsgradienten, abnimmt.After the heat treatment, the conductor wire is cooled to room temperature temperature, the free surface of which is made of a platinum-gold alloy consists; The coat contains at most from its free surface to an interface with the core gold, with the gold content towards Seen wire axis, forming a defined concentration gradient, decreases.
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