FR2613171A1

FR2613171A1 - Insulating, glass-to-metal sealed lead-ins (glands) having an insulation creepage distance extended by sleeves made of ceramic

Info

Publication number: FR2613171A1
Application number: FR8704046A
Authority: FR
Inventors: Georges Doloy; Jacques Boissiere
Original assignee: SEPT DOLOY SA
Current assignee: SEPT DOLOY SA
Priority date: 1987-03-24
Filing date: 1987-03-24
Publication date: 1988-09-30
Anticipated expiration: 2007-03-24
Also published as: FR2613171B1

Abstract

Insulating, glass-to-meal sealed lead-ins (glands), the insulation creepage distance of which is extended by ceramic sleeves 5 fixed to the external surface or surfaces of the insulating glassy mass. These ceramic sleeves are sealed onto the surface of the glassy mass while the sealing operation is being performed. In another configuration, they may penetrate this glassy mass. These arrangements can be employed regardless of the technique used for matched seals, or those arrangements for compression-type seals for which technique these arrangements are particularly suitable.

Description

La présente invention concerne la réalisation de traversées isolantes hermétiques, unitaires, multiples ou sous forme de boîtiers spéciaux et ayant des lignes de fuite d'isolement importantes, tout en conservant des dimensions réduites des ensembles. The present invention relates to the production of hermetic insulating bushings, unitary, multiple or in the form of special boxes and having large isolation creepage lines, while retaining reduced dimensions of the assemblies.

Sous toutes leurs formes, ces traversées sont destinées à l'encapsulation, pour protéger des circuits électriques ou électroniques d'un environnement hostile < poussières,atmosphère humide et/ou corrosive, brouillard salin, prolifération d'algues ou de moisissures etc..). In all their forms, these crossings are intended for encapsulation, to protect electrical or electronic circuits from a hostile environment <dust, humid and / or corrosive atmosphere, salt spray, proliferation of algae or molds, etc.) .

Ces traversées isolantes (voir figures 1 et 2) sont obtenues par fusion d'une masse vitreuse 3 autour d'une connexion centrale 2, à l'intérieur d'un anneau métallique 1 ou d'une ouverture cylindrique pratiquée dans la paroi d'un boitier métallique 4. These insulating bushings (see Figures 1 and 2) are obtained by melting a glassy mass 3 around a central connection 2, inside a metal ring 1 or a cylindrical opening made in the wall of a metal case 4.

Deux techniques différentes de réalisation sont utilisées. Two different production techniques are used.

Dans la première, les coefficients de dilatation thermique du corps métallique de la traversée ( anneau ou boitiez), de la masse vitreuse de scellement et des tiges métalliques de connexion sont identiques ou extrêmement voisins. Après scellement par fusion à haute température et lors du refroidissement, la masse vitreuse se solidifie et ensuite, corps, masse vitreuse et connexions se contractent d'une manière iden tique;lorsqu'il est convenablement refroidi, l'ensemble est sans contraintes internes; le scellement est dit "accordé". In the first, the coefficients of thermal expansion of the metallic body of the bushing (ring or case), of the vitreous sealing mass and of the metallic connecting rods are identical or extremely similar. After sealing by fusion at high temperature and during cooling, the vitreous mass solidifies and then, body, vitreous mass and connections contract identically: when it is suitably cooled, the assembly is without internal constraints; the seal is said to be "granted".

Dans une seconde technique, le corps extérieur, (anneau ou boîtier) a un coefficient de dilatation thermique nettement plus élevé que celui de la masse vitreuse, le coefficient de la connexion centrale étant identique ou inférieur à celui de la masse vitreuse. Lors du refroidissement, et après solidification de la masse vitreuse, celle-ci se con -tracté moins que l'anneau ou le corps extérieur et il se crée une compression radiale sur cette masse vitreuse, compression compensée par une tension tangentielle dans l'anneau métallique extérieur. In a second technique, the external body (ring or housing) has a coefficient of thermal expansion significantly higher than that of the glassy mass, the coefficient of the central connection being identical to or less than that of the glassy mass. During cooling, and after solidification of the vitreous mass, it is less contracted than the ring or the external body and a radial compression is created on this vitreous mass, compression compensated by a tangential tension in the ring metallic exterior.

L'intérêt de ce type de scellement réside dans le fait que le verre et l'émail sont des matériaux dont la résistance à la compression est très largement supérieure à la résistance à la traction. The advantage of this type of sealing lies in the fact that glass and enamel are materials whose compressive strength is very much greater than the tensile strength.

Un tel scellement dit "en compression" est donc beaucoup plus solide qu'un scellement accordé car, si on lui applique des contraintes mécaniques ou thermiques susceptibles de provoquer des tensions dans la masse vitreuse, celles-ci viendront seulement en diminution des compressions et le scellement restera dans les conditions optimales de solidité, c'est-à-dire en compression. Such a so-called "compression" seal is therefore much more solid than a tuned seal because, if mechanical or thermal stresses are applied to it liable to cause tensions in the vitreous mass, these will only reduce compressions and the sealing will remain in optimal conditions of solidity, that is to say in compression.

Toutefois cette technique "en compression impose: - que l'anneau métallique extérieur ait une épaisseur suffisante pour que la tension dans le métal reste dans le domaine d'élasticité du métal et gu'elle n'atteigne pas la limite de fluage, - que la masse vitreuse soit très strictement à l'intérieur de l'anneau métallique et que les surfaces supérieure et inférieure de cette masse vitreuse soient situées dans des plans perpendiculaires à l'axe du système. Les ménisques de raccordement masse vitreuse-métal doivent être limités au strict minimum. However, this "compression" technique requires: - that the external metal ring has a sufficient thickness for the tension in the metal to remain in the elastic range of the metal and that it does not reach the creep limit, - that the vitreous mass is very strictly inside the metal ring and that the upper and lower surfaces of this vitreous mass are situated in planes perpendicular to the axis of the system. The menisci of connection vitreous mass-metal must be limited to the bare minimum.

La figure 3 montre un scellement en compression de forme correct,la figure 4 présente un scellement avec des débordements de verre qui provoquent un clivage certain dans les zones indiquées, d'où mauvais isolement et fuites possibles. Figure 3 shows a compression seal of correct shape, Figure 4 shows a seal with glass overflows which cause a certain cleavage in the areas indicated, hence poor insulation and possible leaks.

Tout ce qui précède représente 1 'étant actuel de la technique et est connu de l'homme de l'art. All of the foregoing represents the state of the art and is known to those of skill in the art.

Pour éviter les clivages dans les scellements en compression, il est donc indispensable que les surfaces de la masse vitreuse soient dans des plans perpendiculaires à l'axe du système, donc avec des lignes de fuites courtes, si on ne peut pas augmenter le diamètre du scellement. To avoid cleavages in compression seals, it is therefore essential that the surfaces of the glass mass are in planes perpendicular to the axis of the system, therefore with short lines of leakage, if the diameter of the sealing.

Dans les scellements accordés, les remontées de la masse vitreuse le long des connexions sont possibles, mais constituent néanmoins des zones fragiles. In the granted seals, the ascent of the vitreous mass along the connections is possible, but nevertheless constitute fragile zones.

Le but de la présente invention est d'augmenter substantiellement la longueur des lignes de fuite d'isolement, donc de la tension électrique de claquage, et permettre ainsi la réalisation de traversées pour tensions élevées, tout en conservant un diamètre de scellement limité. The object of the present invention is to substantially increase the length of the insulation leakage lines, and therefore of the breakdown electrical voltage, and thus allow the making of bushings for high voltages, while retaining a limited sealing diameter.

L'idée retenue est d'interposer, lors du scellement, un manchon cylindrique de céramique sur le trajet des lignes de fuites. The idea adopted is to interpose, during sealing, a cylindrical ceramic sleeve on the path of the leak lines.

La figure 5 représente une traversée unitaire avec un manchon -5pris, lors du scellement, dans la masse vitreuse sur l'une des faces de celle-ci. FIG. 5 represents a unitary crossing with a sleeve -5 taken, during the sealing, in the vitreous mass on one of the faces thereof.

La figure 6 représente le même type de traversée avec un manchon 5 sur chacune des faces de la masse vitreuse. FIG. 6 represents the same type of crossing with a sleeve 5 on each of the faces of the vitreous mass.

La figure 7 représente un type analogue de traversée, avec un seul manchon 5 traversant la masse vitreuse, les dépassements de part et d'autre pouvant être ou non égaux. FIG. 7 represents a similar type of crossing, with a single sleeve 5 passing through the vitreous mass, the protrusions on either side may or may not be equal.

La figure 8 représente le même type de scellement que celui de la figure 6, appliqué au cas d'un boîtier de puissance pour microélectroni que. FIG. 8 represents the same type of sealing as that of FIG. 6, applied in the case of a power box for microelectronics.

La figure 9 représente un type analogue de traversée, avec plusieurs manchons concentriques, de manière à allonger au maximum la ligne de fuite. Cette disposition de manchons concentriques peut s'appliquer indifféremment aux configurations des figures 5 (manchon d'un seul côté), 6 (manchon de chaque côté) et 7 (manchon traversant la masse vitreuse). FIG. 9 shows a similar type of crossing, with several concentric sleeves, so as to extend the creepage distance as much as possible. This arrangement of concentric sleeves can be applied equally to the configurations of FIGS. 5 (sleeve on one side), 6 (sleeve on each side) and 7 (sleeve passing through the vitreous mass).

Ces traversées avec des manchons concentriques peuvent être réalisées sur des boîtiers pour microélectronique, la figure 10 représente un tel bottier utilisant la configuration de la figure 9. These crossings with concentric sleeves can be made on housings for microelectronics, FIG. 10 represents such a case using the configuration of FIG. 9.

flest évident que les différentes configurations, représentées par les figures 5, 6 et 7, peuvent être -utilisées pour la réalisation de traversées multiples et de boîtiers de divers types pour 1'éRectrDmique et la microélectronique. It is obvious that the different configurations, represented by FIGS. 5, 6 and 7, can be used for the production of multiple bushings and of boxes of various types for electronic and microelectronics.

En fonction du choix des métaux et de la masse vitreuse employés pour la réalisation des traversées suivant la présente invention, le matériau céramique choisi pour les manchons 5 doit avoir un coefficient de dilatation thermique approprié, afin de ne pas perturber la distribution des contraintes dans le scellement et ne pas en subir lui-même qui excèdent sa propre résistance mécanique. Depending on the choice of metals and of the vitreous mass used for making the bushings according to the present invention, the ceramic material chosen for the sleeves 5 must have an appropriate coefficient of thermal expansion, so as not to disturb the distribution of stresses in the sealing and not to undergo it itself that exceed its own mechanical strength.

Différentes sortes de céramiques, en particulier des compositions aluminosiliceuses, peuvent être adoptées. Different kinds of ceramics, in particular aluminosilicate compositions, can be adopted.

Les parties non scellées du manchon céramique peuvent avoir toutes les formes appropriées aux problèmes à résoudre. The unsealed parts of the ceramic sleeve may have any shape appropriate to the problems to be solved.

Ces dispositions peuvent être employées indifféremment avec la technique des scellements accordés ou celles des scellements en compression à laquelle elles sont particulièrement adaptées. These arrangements can be used indifferently with the technique of granted seals or those of compression seals to which they are particularly suitable.

Claims

RE VE # D1CA TIONS

faces of the glass mass.

pressure "and comprising one or two ceramic sleeves 5, fixed on the

electronic, carried out in "granted" sealing or in "com" sealing

i- Hermetic insulating bushings for electronics and micro

2 bushings according to claim 1, characterized in that the sleeve

ceramic 5 is only used on one side of the bushing as the

shows figure 5.

3 bushings according to claim 1, characterized in that a sleeve

ceramic 5 is present on each glass surface, on either side of the crossing, as shown in FIG. 6.

4 bushings according to claim 1, characterized in that the sleeve

ceramic 6 crosses the glass mass and exceeds it on the one hand and

else, as shown in Figure 7.

5 Box çour 1 electronic -Comportant one or more crossings, carried out sulnnt claims 2, 3 and 4 Figure 8 shows a box

with bushings made according to claim 3.

6 bushings according to one of claims 2, 3 and 4 characterized in that

that there are several ceramic sleeves, concentric on the same surface

this glassy, horn shows in Figure 9.

according to claim 6, as shown in FIG. 10.

7 Electronics case with one or more crossings, made