DE69329530T2 - Gasdichte leitende durchfuehrungskabel-legierung - Google Patents
Gasdichte leitende durchfuehrungskabel-legierungInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft Durchführungen und Drähte, die zur Ausbildung solcher Durchführungen geeignet sind. Insbesondere betrifft die Erfindung abgedichtete leitfähige aktive Legierungs- Durchführungen zur Verwendung in Gegenständen mit einer keramischen Oberfläche.
- Durchführungen umfassen einen leitfähigen Weg (die Durchführung), der über ein Loch (die Durchführungsöffnung) durch die Wand eines Gegenstandes führt. Metallische Durchgänge (z. B. Elektroden) sind in der Industrie allgemein bekannt, und werden üblicherweise verwendet, um elektrisch leitfähige Wege durch Keramikkörper auszubilden, während der Durchtritt von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen ausgeschlossen wird. Eine Anwendung für solche Durchgänge ist die bei magnetischen Induktionsfeld-Durchflußmessern, die eine chemisch inerte Elektrode erfordern, die in der Wand eines elektrisch isolierenden und chemisch widerstandsfähigen Keramikzylinders hermetisch abgedichtet ist. Durchführungen werden auch verwendet, um elektrische Energie an/von ein (aktives Bauelement, wie z. B. einen Transistor oder einer Diode, zuzuführen/abzuführen.
- Zur Herstellung metallischer Durchführungen wurden verschiedene kommerzielle Methoden verwendet. Typischerweise werden bei Aluminiumoxid-Keramiken die Durchgänge, d. h. die metallischen Leiter, unter Verwendung eines mehrstufigen Verfahrens, das nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnungen beschrieben wird, an ihrer Stelle hartgelötet. Ein Keramikkörper 1 weist ein keramisches Elektrodeneinführungsloch 2 auf, das eine Durchführungsöffnung ausbildet, die durch Beschichten mit einem Molybdän-Mangan oder Wolframfarbe 3 metallisiert ist, und bei ca. 1500ºC in feuchtem Wasserstoff gesintert wurde. Der Innendurchmesser des beschichten Einführungsloches 2 wird dann mit einer Nickelbeschichtung 4 versehen und bei ca. 950ºC gesintert (diese Stufe ist als Metallisierungsbeschichten bekannt). Der metallische Leiter 5 wird in das Elektrodeneinführungsloch 2 eingeführt, das auf der Oberseite einen Härtlötlegierungsvorformling 6 oder eine Paste aufweist, um die Hohlräume an der Grenzfläche des Leiters 5 und den Einführungsloch 2 beim Hartlöten zu füllen. Der Keramikkörper 1 und der Leiter 5 werden dann gleichzeitig erhitzt, um das Hartlöten des Leiters 5 zu bewirken. Ein Hauptnachteil dieses Verfahrens ist es, daß in vielen Fällen der Leiter 5 während des Hartlötens in einer vertikalen Position angebracht wird, um eine Wanderung der Hartlötlegierung oder der Paste (die an der Oberseite des Leiters 5 vorgesehen sind) aus Bereichen der Grenzfläche unter dem Einfluß der Schwerkraft zu vermeiden. Diese mehrstufige Verfahrensdurchführung ist auch sehr zeitaufwendig und teuer.
- Im US-Patent 5,095,759 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Kerndraht (z. B. Platin) 9, der mit einer aktiven Legierungspaste 7 beschichtet ist, in ein vorgesintertes keramisches Einführungsloch 8, das eine Durchführungsöffnung bildet, eingeführt wird (siehe Fig. 2 der Zeichnungen). Der Keramikkörper 10 und der Draht 9 werden dann gleichzeitig erhitzt, um den Draht 9 im Loch 8 hart zu verlöten. Nach diesem Verfahren wird, da die Paste 7 (ein Pulver in einem flüssigen Träger) nur ca. 50% des Raumes einnimmt, eine zusätzliche Legierung in Form eines Hartlötfüllervorformlings 11 an die Oberseite des Keramikkörpers 10 gegeben, um beim Hartlöten den Hohlraum auszufüllen. Dieses Verfahren leidet ebenfalls unter ähnlichen Nachteilen, wie sie vorstehend angegeben wurden. Unter dem Ausdruck "aktive Legierung" wird eine Legierung verstanden, die eine Bestandteil enthält, der mit der hart zu verlötenden Oberfläche unter Einsumpfen reagiert und eine chemische sowie mechanische Bindung ergibt. Ein Überblick über solche Legierungen ist in "Ceramics and Glasses", Band 4, Engineered Materials Handbook, Seiten 502-510 (herausgegeben von ASM International, 1991) zu finden. Ein weiterer Überblick ist in "Joining in Ceramics", Seiten 73-92, Herausgeber M. G. Nicholas (herausgegeben von Chapman & Hall für das Institute of Materials, 1990) zu finden.
- Im US-Patent 4912838 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Elektrode durch Ausfüllen eines vorgefertigten Loches 12, das eine Durchführungsöffnung in einer gesinterten Keramik 13 bildet, mit einer leitfähigen Metallpaste 14, die Molybdän- Mangan, Wolfram, Kupfer, oder ein ähnliches Material umfaßt, und nachfolgenden Erhitzen der Paste zur Förderung der Haftung an der Keramik ausgebildet wird (siehe Fig. 3). Dieses Verfahren führt oft zu leitfähigen Durchführungen, die während eines Vakuumleck-Testens versagen. Dieses Dokument beschreibt auch die Verwendung von Keramikkernen (32a, 41a) für solche Durchführungen und beschreibt die Auskleidung von Durchführungslöchern mit Paste (71b) und Füllen des verbleibenden Hohlraumes mit einer Hartlötlegierung (71a). Alle vorstehend genannten Verfahren, bei denen Pasten verwendet werden, sind komplex und zeitaufwendig, weil es schwierig ist, sicherzustellen, daß die Legierungspaste die Durchführungsöffnung füllt oder vollständig auskleidet.
- In der Japanischen Patentpublikation (Offenlegungsschrift) Nr. 58-501552 (äquivalent dem US-Patent Nr. 4507975) wird ein weiteres Verfahren beschrieben, bei dem eine hochschmelzende aber duktile Metallnadel in ein Elektrodeneinführungsloch, das eine Durchgangsöffnung bildet, in einen zylindrisch geformten Körper aus einem nicht-gesinterten Keramikmaterial (z. B. Oxidkeramik) eingeführt wird. In diesem Zustand wird der Formkörper bei einer bestimmten Temperatur gesintert und gleichzeitig die Elektrode durch Sintern integral an das Elektrodeneinführungsloch fixiert. D. h., da ein keramisches Material sich beim Sintern zusammenzieht (in Falle von Al&sub2;O&sub3; um ca. 17 bis 20%) werden die Elektrode und der Formkörper integral ausgebildet, und eine flüssigkeitsdichte Abdichtung des Elektrodeneinführungsloches erhalten. Ein Edelmetall, wie z. B. Platin oder eine Platinlegierung, wird als Elektrodematerial verwendet. Nach diesem Verfahren muß jedoch, um das Elektrodeneinführungsloch zuverlässig abzudichten, die Dimensionstoleranz zwischen der Elektrode und dem Einführungsloch, und der Zustand der zusammenkommenden Oberflächen strikt kontrolliert werden. Da das nicht gesinterte Elektrodeneinführungsloch weich ist, ist es außerdem schwierig, es ohne Schaden maschinell zu bearbeiten, was zu einer großen Zahl von Herstellungsstufen führt, und außerdem besteht die Gefahr einer zusätzlichen Beschädigung, wenn die Elektrode in das nicht gesinterte Elektrodeneinführungsloch eingeführt wird. Veränderungen in der Kontraktionsrate des keramischen Materials beim Sintern aufgrund verschiedener Keramikansätze oder Herstellungszeiten führen schließlich im allgemeinen zu einer defekten Flüssigkeitsabdichtung oder zu unerwünschten restlichen Spannungen, die den Keramikkörper beim Sintern beschädigen können.
- Das US-Patent Nr. 3929426 beschreibt ein Verfahren zum Festhalten einer Führung in einem Keramikkörper, indem man eine Führung ausbildet, die einen Kern und eine Beschichtung, die eine duktile Metallbeschichtung mit niedrigerem Schmelzpunkt als der Kern aufweist, ausbildet, die Führung in eine Öffnung in den Körper einführt und die Führung und den Körper bei einer Temperatur brennt, bei der die Beschichtung schmilzt, und beim Abkühlen ein Formgußstück bildet, das mechanisch in der Keramik festgekeilt ist.
- Das US-Patent 5194697 beschreibt ein Verfahren zur Ausbildung einer elektrisch leitfähigen Durchführungsverbindung, das die Verwendung einer Drahtdurchführung mit einer Beschichtung aus einer aktiven Legierung umfaßt.
- Die Anmelder haben gefunden, daß durch Verwendung eines Drahtes, der aus einer aktiven Hartlötlegierung besteht, ein Einstufen-Hartlöten von Durchführungen in Körpern mit einer keramischen Oberfläche bewirkt werden kann, und eine hermetische Abdichtung unter chemischer Bindung erhalten werden kann. Die erfindungsgemäßen abgedichteten leitfähigen Durchführungen verringern oder eliminieren die mit Durchführungen des Standes der Technik verbundenen Nachteile und Unzulänglichkeiten wesentlich.
- Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Durchführung in einem Körper mit einer Keramikoberfläche bereitgestellt, das die Stufen umfaßt:
- (i) Einführen eines festsitzenden Durchführungsvorformlings in ein vorbestimmtes Einführungsloch mit einer keramischen Oberfläche und Ausbilden einer Durchführungsöffnung im Gegenstand, wobei der Vorformling einen Draht aufweist, der aus einer aktiven Legierung besteht, die mit der keramischen inneren Oberfläche des Einführungsloches reagieren kann, um die innere Oberfläche einzusumpfen und eine Hartlötung auszubilden;
- (ii) Erhitzen des Gegenstandes und des Durchführungsvorformlings während einer bestimmten Zeit und bei einer bestimmten Temperatur, um eine Hartlötreaktion an der Grenzfläche zwischen der inneren Oberfläche des Einführungsloches des Gegenstandes und der äußeren Oberfläche des Durchführungsvorformlings auszubilden; und
- (iii) Abkühlen des Gegenstandes und des Durchführungsvorformlings unter Ausbildung einer Hartlötung, die den Durchführungsvorformling gegen den Gegenstand unter Ausbildung einer Durchführung abdichtet.
- Der Durchführungsvorformling der Erfindung umfaßt einen Draht, der aus einer aktiven Legierung besteht, die ein ausreichend aktives Element aufweist, um mit der keramischen Oberfläche des Körpers chemisch zu reagieren.
- Weitere Merkmale und Vorteile werden aus den Ansprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden und näherer Beschreibung bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen ersichtlich, wie sie in den anliegenden Zeichnungen veranschaulicht werden, in denen gleiche Bezugszeichen sich im allgemeinen auf gleiche Teile oder Elemente in den Darstellungen beziehen, und worin bedeuten:
- Die Fig. 1 bis 3 sind Querschnittsansichten von Durchführungen des Standes der Technik (d. h. metallischen Leitern);
- Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Durchführung;
- Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Durchführung.
- Erfindungsgemäß besteht, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist, die erste Stufe zur Herstellung einer abgedichteten leitfähigen Durchführung in der Einführung eines Durchführungsvorformlings 16 in ein vorgegebenes Einführungsloch 17 in einem Körper 18 unter Ausbildung einer Anordnung aus Vorformling 16 und Körper 18, wobei die äußere Oberfläche der aktiven Legierung des Vorformlings 16 in Kontakt mit der inneren Oberfläche des Einführungslochs 17 steht. Der Körper 18 kann Keramiken, Metalle oder Mischungen aus Metallen und Keramiken umfassen. Metallische Körper können eine Keramikbeschichtung aufweisen oder stark oxidiert sein, wodurch die Oberfläche eine Zusammensetzung und ein Einsumpfverhalten zeigt, das dem einer Keramik nahekommt.
- Der Durchführungsvorformling 16 weist eine äußere Oberfläche auf, die etwa der inneren Oberfläche des Einführungsloches 17 entspricht, und umfaßt einen Draht, der aus einer aktiven Legierung besteht, die ein ausreichendes aktives Element aufweist, um chemisch mit der inneren Oberfläche des Einführungsloches 17 des Körpers 18 zu reagieren, und dadurch das Einsumpfen und die Haftung der aktiven Legierung an die Keramikoberfläche des Körpers 18 verstärkt. Wie dies für einen Fachmann auf diesem Gebiet erkennbar ist, ist ein Schlüsselmerkmal der Erfindung die Verwendung einer aktiven Legierung (d. h. einer aktiven Hartlötlegierung), um eine ausreichend gebundene und damit hermetisch abgedichtete leitfähige Durchführung 16 zu erhalten. Unter dem Ausdruck "hermetisch abgedichtet" wird eine wirksame Gas- und damit Flüssigkeits- und Feststoff-Abdichtung verstanden, die eine akzeptierbare Leckrate bei der beabsichtigten bestimmten Anwendung zeigt. In den meisten Fällen wird diese vorzugsweise kleiner als 10&supmin;&sup9; ccm/Sekunde Helium, gemessen mit einem konventionellen Heliummassenspektrograph, sein.
- Es ist im allgemeinen anerkannt, daß Metalle an Keramiken nicht chemisch binden, weil die metallische Elektronenstruktur nicht mit der ionisch-kovalenten Elektronenstruktur keramischer Materialien kompatibel ist. Deshalb ist an der Grenzfläche als kompatible Übergangsstruktur zwischen dem Metall und der Keramik eine verschiedene Phase erforderlich.
- Bei Oxidkeramiken ist die kompatible Phase (d. h. die chemische Bindung) eine der Oxide des Metalls. Die Oxide halten eine kontinuierliche Elektronenstruktur über die Grenzfläche bei, und einen Übergang im Bindungstyp und den Bindungsenergien zwischen dem Metall und der Keramik.
- Ein ausgewogenes Gleichgewicht der Bindungsenergien und einer kontinuierlichen elektronischen Struktur über die Grenzfläche ist im allgemeinen ein Anzeichen für eine chemische Bindung, unabhängig davon ob die Bindung ionisch, kovalent oder metallisch ist. Diese Faktoren beeinflussen jedoch die Bindungsmikrostruktur. Wenn die zwei reagierenden Materialien oder Phasen (Keramik/Keramik oder Metall/Metall) z. B. keine Veränderung in der Valenz aufweisen, besteht die Reaktion in der Ausbildung einer festen Lösung der Legierung oder Verbindung durch Interdiffusion. Wenn die zwei reagierenden Materialien (Keramik/Metall) Veränderungen in der Valenz aufweisen, dann tritt eine Reduktions/Oxidations (Redox)-Reaktion auf.
- Die treibende Kraft für eine Redoxreaktion ist eine günstige negative freie Energie ΔG&sup0;R. Um eine günstige -ΔG&sup0;R zu verwirklichen, ist es notwendig, Materialien (d. h. Metalle) zu verwenden, die ausreichend hohe Oxidationspotentiale besitzen, um das Kation (d. h. die Keramik) mit einem niedrigeren Oxidationspotential zu reduzieren. Solche Metalle werden im allgemeinen als aktive Elemente bezeichnet und schließen, ohne darauf begrenzt zu sein, Titan, Zirconium, Chrom und Vanadium ein.
- Erfindungsgemäß umfaßt der Durchführungsvorformling 16 somit einen Draht, der aus einer aktiven Legierung besteht, die ausreichend aktives Element aufweist, um chemisch mit der keramischen Oberfläche eines Körpers 18, und insbesondere einem Keramikkörper, zu reagieren. Der Durchführungsvorformling 16 kann z. B. eine aktive Legierung umfassen, die eine Zusammensetzung aufweist, die, in Gew.-%, im wesentlichen besteht aus: 58-60 & Ag, 26,25-28,25% Cu, 12-13% In, 1-1,5% Ti (Incusil ABATM). In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann der aktive Legierungsdraht 16, in Gew.-%, im wesentlichen umfassen:
- 62-64% Ag, 33,25-35,25% Cu, 0,75-1,25% Sn, 1,5-2,0% Ti (Cusin-1 (ABATM); 62-64% Ag, 34,25-36,25% Cu, 1,5-2,0% Ti (Cusil ABATM); 92,25-93,25% Ag, 4,5-5, 5% Cu, 0,75-1,25% Al, 1-1,5% Ti (Silver ABATM); 92,25-93,25% Cu, 1,75-2,25% Al, 2,75-3,25% Si, 2-2,5% Ti (Kupfer ABATM); 95,9-96,9% Au, 2,5- 3,5% Ni, 0,5-0,7% Ti (Gold ABATM); und 81-83% Au, 14,5-16,5 % Ni, 0,5-1,0% Mo, 1,5-2,0% V (Nioro ABATM). Andere Materialien, die verwendet werden können, umfassen: 5-25% Pd, 5-25% Cu, 20-85% Ag und ca. 0,25-4% eines Metalls, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ti, V und Zr (Palcusil 10 ABATM); 75-98% Au, 0,5-20% Ni, 0,5-6% V; 75-98% Au, 0,5-20 % Mi, 0,5-6% V, 0,25-4% Mo; 75-98% Au, 0,5-20% Ni, 0,5-6% V, 0,3-5% Cr; und 75-98% Au, 0,5-20% Ni, 0,5-6% V, 0,3-5% Cr, 0,25-4% Mo. Diese aktiven Legierungen sind im Handel unter den vorstehend genannten Warenzeichen von Wesgo, Inc., a Division of the The Morgan Crucible Company, PLC, erhältlich.
- Erfindungsgemäß umfaßt die zweite Stufe das Erhitzen der Anordnung des Körpers 18 und des Durchführungsvorformlings 16 während einer ausreichenden Zeit und Temperatur, um an der Grenzfläche zwischen der inneren Oberfläche des Einführungsloches 17 des Körpers 18 und der äußeren Oberfläche der Durchführung 16 eine Hartlötreaktion zu bewirken, um eine hermetisch abgedichtete Durchführung 16 auszubilden. Vorzugsweise sind die Erhitzungszeit und Temperatur ausreichend um die Hartlötreaktion zu erreichen, wobei eine wesentliche Wanderung der aktiven Legierung aus Bereichen der Grenzfläche unter dem Einfluß der Schwerkraft vermieden wird.
- Unter dem Ausdruck "Hartlötreaktion" wird das Auftreten der erforderlichen Reduktion-Oxidations (Redox)-Reaktion an der Grenzfläche der aktiven Legierung und der Keramikoberfläche eines Körpers verstanden, wobei an der Grenzfläche eine chemische Bindung bewirkt wird. Wie dies für einen Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, wird die Hartlöttemperatur in den meisten Fällen an oder in der Nähe der Verflüssigungstemperatur der aktiven Verbindung liegen.
- Es wurde gefunden, daß, wenn man die Hartlötreaktionstemperatur während einer bestimmten Zeit aufrechterhält, zusätzlich zum Erreichen der erforderlichen Redoxreaktion an der Grenzfläche des Durchführungsvorformlings 16 und des Gegenstandes 18 die aktive Legierung ein Einsumpfen bewirkt und im allgemeinen in die kapillaren Lücken im Körper 18 fließt, und zwar unabhängig von der Orientierung (d. h. vertikal, horizontal, usw.) des Durchführungsvorformlings 16. Wenn der Durchführungsvorformling (d. h. der aktive Legierungsdraht) 16 in dem Einführungsloch 17 geschmolzen wird, füllt die Durchführung 16 im allgemeinen zusätzlich alle Fehlstellen im Loch 17 aus. Diese Faktoren verstärken die hermetische Abdichtung der Durchführung 16 im Einführungsloch 17 beträchtlich.
- Für einen Fachmann auf diesem Gebiet wird es somit erkennbar, daß innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung verschiedene kompatible Keramikaktive Legierung-Systeme verwendet werden können, um den Erfordernissen einer ganz bestimmen Anwendung zu entsprechen. Das allgemeine Erfordernis eines aktiven Systems ist es selbstverständlich, daß die aktive Legierung einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger ist als der Körper, der die Durchführungsöffnung aufweist.
- Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine weitere Stufe verwendet werden, nach der ein elektrischer Leiter 25 an mindestens einem Ende der Durchführung 26 während des Erhitzens und Schmelzens des aktiven Legierungsdrahts angebracht wird, wodurch der elektrische Leiter 25 beim Abkühlen wirksam an die Durchführung 26 fixiert wird (siehe Fig. 5). Der elektrische Leiter kann z. B. ein Verbindungsstift oder ein Leiter des Endstücks sein, der/das verwendet wird, um eine leichtere elektrische Verbindung herzustellen, und damit die Übertragung von elektrischer Energie und/oder von Signalen an und von einem Körper zu erleichtern. In diesem Beispiel kann der elektrische Leiter 25 verwendet werden, um Signale an/von der Durchführung 26 zu übertragen, oder als Elektrodenoberfläche, d. h. Kontaktpunkt, verwendet werden.
- Zur Positionierung und Verankerung des elektrischen Leiters 25 an seiner Stelle während des Schmelzens der aktiven Legierung 26 können verschiedene konventionelle Positionierverfahren verwendet werden. Der elektrische Leiter 25 kann z. B. selbstzentrierend oder selbstpositionierend sein, d. h. so ausgestaltet sein, daß er durch das Einführungsloch selbst positioniert und durch die Reibungskräfte zwischen dem elektrischen Leiter 25 und dem Einführungsloch verankert wird (z. B. durch einen leichten Preßsitz), oder so ausgestaltet und konfiguriert sein, damit er in den Außendurchmesser oder die Konfiguration des Keramikkörpers 22 in der Nähe des Einführungsloches eingreift (z. B. eine Bandklemme) (siehe Fig. 5). Zur Positionierung und Verankerung des elektrischen Leiters 25 an seiner Stelle während des Schmelzens der aktiven Legierung 26 können auch verschiedene Legierungspasten verwendet werden.
- Der elektrische Leiter 25 weist vorzugsweise ein Material auf, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus KovarTM, Kupfer, Platin, Nickel, Gold, Silber, Molybdän, Niob, Zirconium, Titan, Palladium, Eisen und Legierungen davon.
- Wie dies für einen Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich ist, kann der elektrische Leiter 25 eine große Vielzahl von Formcharakteristika aufweisen, einschließlich von variablen Querschnittsdimensionen (z. B. rund oder ein flaches Band). Der elektrische Leiter 25 kann außerdem, wenn dies erforderlich ist, auf eine bestimmte Applikation an jeder Seite der Durchführung 26 zugeschnitten sein. Z. B. können zwei elektrische Leiter mit verschiedenen Querschnitten und/oder verschiedenen Zusammensetzungen verwendet werden (d. h. Kupfer an einer Seite und Platin an der anderen Seite).
- Um die Abdichtung der Durchführung 26 und die mechanische Bindung des elektrischen Leiters 25 an die Durchführung 26 zu verstärken, kann um den elektrischen Leiter 25 vor dem Erhitzen der Durchführung 26, und damit dem Schmelzen der aktiven Legierung, eine aktive Hartlötlegierungspaste 27 aufgetragen werden. Geeignete aktive Hartlötlegierungspasten 27 können eine Zusammensetzung aufweisen, die, in Gew.-%, im wesentlichen besteht aus: 59,0% Ag, 27,25% Cu, 12,5% In, 1,25% Ti. In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann die aktive Legierungspaste 27 eine Zusammensetzung aufweisen, die, in Gew.-%, im wesentlichen besteht aus: 63,0% Ag, 34,25% Cu, 1,0% Sn, 1,75% Ti; 63,0% Ag, 35,25% Cu, 1,75% Ti; und 92,75% Ag, 5,0% Cu, 1,0% Al, 1,75% Ti. Tatsächlich kann für diesen Zweck irgendeine der genannten aktiven Legierungen, die zur Ausbildung des Durchführungsvorformlings 16 geeignet sind, in Pastenform verwendet werden.
- Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen leitfähigen Durchführungen. Die Beispiele werden nur zur Veranschaulichung angegeben und beschränken den Rahmen der Ansprüche auf keine Weise.
- Ein aktiver Hartlötlegierungsdraht mit einem Durchmesser von 0,011" [0,2794 mm] Cusin-1 ABA (63,0% Ag, 34,25% Cu, 1,0% Sn, 1,75% Ti) wurde in ein Loch mit einem Durchmesser von 0,012" [0,3048 mm] in einem Aluminiumoxid-Keramikkörper (Wandstärke 0,064" [1,6256 mm]) eingeführt. Der Drahtvorformling wurde abgeschnitten, um an jedem Ende des Loches einen Überhang von 0 bis 1/8" [3,175 mm] zu ergeben. Die Anordnung wurde in einem Vakuumofen gegeben und unter Vakuum 1,3 · 10&supmin;³ Pa (10&supmin;&sup5; Torr) auf 825ºC erhitzt. Die aktive Legierungs-Durchführung wurde dann mit einem Heliummassenspektrograph getestet. Es wurde gefunden, daß die Durchführung hermetisch abgedichtet ist, und eine Leckrate von weniger als 10&supmin;&sup9; ccm/Sekunde aufweist.
- Es wurden 17 Aluminiumoxidkeramik-Rohre hergestellt, die eine Wanddicke von 0,105" [2,667 mm] aufwiesen, wobei jedes vier radiale Wanddurchgangslöcher mit einem Durchmesser von 0,012" [0,3048 mm] aufwies. Benachbart zu einigen der Löcher wurden Bänder einer internen Metallisierung appliziert. In jedes der Löcher wurde mit einem Überhang von 1/16" [1,5875 mm] an jedem Ende ein Cusin ABA-aktiver Hartlötlegierungsdraht (Durchmesser 0,011" [0,2794 mm]) eingeführt. An das äußerste Ende des aktiven Legierungsdrahtes wurde zur Förderung der Ausbildung einer äußeren Wulstes aus der Legierung noch dem Schmelzen Cusin ABA-Paste appliziert. Unter hohem Vakuum bei 825ºC wurden die aktiven Hartlötlegierungsbestandteile geschmolzen unter Ausbilden von vakuumdichten Abdichtungen und Wanddurchgangs-elektrischen Kontakten zwischen der Außenseite der Anordnung und den inneren metallisierten Schichten.
- Wie in Beispiel 2 beschrieben wurden weitere 15 Aluminiumoxidkeramik-Rohre hergestellt, aber mit der folgenden Ausnahme: der aktive Legierungsdraht wurde so geschnitten, daß er 0,025" [0,635 mm] innerhalb des keramischen Loches an der Außenseite endete. In das Loch wurde ein 0,010" [0,254 mm] dickes · 0,060" [1,524 mm] breites Nickelband eingeführt, das ein gestanztes Ende aufwies, um eine mindestens 0,025" [0,635 mm] tiefe Einführung in das Loch zu ermöglichen. Auf die Nickelband-Keramik-Grenzfläche wurde aktive Hartlötlegierungspaste appliziert, um die mechanische Haftung zu fördern. Nach dem Erhitzen auf 825ºC im Vakuum waren alle Anordnungen vakuumdicht und elektrisch leitfähig. Das Nickelband an der Außenseite erlaubte eine leichte elektrische Verbindung zum inneren metallisierten Stromkreis.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden
Durchführung in einem Gegenstand mit einer keramischen
Oberfläche, das die Stufen umfaßt:
(i) Einführen eines festsitzenden Durchführungsvorformling
in ein vorbestimmtes Einführungsloch mit einer keramischen
Oberfläche und Ausbilden einer Durchführungsöffnung im
Gegenstand, wobei der Vorformling einen Draht aufweist, der
aus einer aktiven Legierung besteht, die mit der
keramischen inneren Oberfläche des Einführungsloches zu
reagieren, um die innere Oberfläche einzusumpfen und eine
Hartlötung auszubilden;
(ii) Erhitzen des Gegenstandes und des
Durchführungsvorformlings während einer bestimmten Zeit und
bei einer bestimmten Temperatur, um eine Hartlötreaktion an
der Grenzfläche zwischen der inneren Oberfläche des
Einführungsloches des Gegenstandes und der äußeren
Oberfläche des Durchführungsvorformlings auszubilden;
und
(iii) Abkühlen des Gegenstandes und des
Durchführungsvorformlings unter Ausbildung einer
Hartlötung, die den Durchführungsvorformling gegen den
Gegenstand unter Ausbildung einer Durchführung abdichtet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es
die Stufe umfaßt: Anbringen eines elektrischen Leiters an
einem Ende des Durchführungsvorformlings vor dem Erhitzen
und Abkühlen, wodurch nach dem Erhitzen und Abkühlen der
Leiter wirksam an die Durchführung fixiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine
aktive Hartlötungs-Legierungspaste vor dem Erhitzen und
Abkühlen um den elektrischen Leiter angebracht wird, um die
Abdichtung des Durchgangs und die mechanische Bindung des
elektrischen Leiters an den Durchgang zu verstärken.
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