DE2750482A1 - Elektrisches bauelement - Google Patents
Elektrisches bauelementInfo
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Description
F.R.Huntley 5
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Bauelemente,
insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf keramische Mehrschichtkondensatoren, und betrifft ein Verfahren
zur Herstellung des elektrischen Kontakte.s.
Keramische Schichtkondensatoren werden oft hermetisch in eine Glashülse eingebaut, die an beiden Enden durch
einen als Zuleitung dienenden mit einem Oberzug versehenen Pfropfen verschlossen sind. Der überzogene Pfropfen
ist mit der Glashülse dicht verbunden und bewirkt gleichzeitig den elektrischen Anschluß auf entgegengesetzten
Enden des Schichtkondensators, der einen leitenden Oberzug an diesen Stellen besitzt, der Edelmetalle
enthalten kann. Insbesondere Silber, um den elektrischen
Kontakt mit den einzelnen Elektroden des Schichtkondensators herzustellen.
Diese Überzogenen Pfropfen sind im Handel erhältlich und
haben eine borierte Kupferoberflache, um eine bessere dichte Verbindung mit der GlashUlse zu erzielen, und eine
mit einer Kupferbeschichtung versehene Stirnfläche, um
einen elektrischen Kontakt mit dem leitenden Oberzug an den
Enden des Kondensators herzustellen. FUr diesen letzteren Zweck muß die Beschichtung mindestens 75 % Kupfer enthalten.
Es 1st auch bekannt, daß es unter Verwendung von automatischen Ofen, welche eine genaue Steuerung der Umgebungsatmosphüre
und der Temperatur erlauben, möglich ist, die elektrische Verbindung mit dem Kondensator und den
Fr/k1 - 4.11.1977 . . / .
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dichten Abschluß der Zuleitungspfropfen mit der Glashülse
in einem Verfahrensschritt durchzuführen. Es
wurde jedoch gefunden, daß die elektrischen Verbindungen zwischen dem Kondensator und den überzogenen Pfropfen
veränderlich sind, und möglicherweise die Ursache für zeitweilige Unterbrechungen, weil die Oberfläche
des leitenden Überzuges im allgemeinen zu uneben ist, um einen dauerhaften Kontakt auf einen maximalen Flächengebiet
zu erzielen.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstelluno eines elektrischen Pauelempntes vorgeschlagen, bei dem
der Bauelementekörper mit einer Oberflächenbeschichtung
versehen wird, die ein Edelmetall enthält, bei dem das Bauelement mit elektrischen Anschlüssen mit einer Kupferoberfläche,
die mit dem das Edelmetall enthaltenden überzug in Kontakt kommt, dadurch verbunden wird, daß
eine Legierung von niedrigem Schmelzpunkt zwischen diese beiden Oberflächen gebracht wird und die Anordnung so
weit erhitzt wird, daß sich mit der Legierung eine Hartlötverbindung
zwischen den Oberflächen bildet.
Die Erfindung eignet sich insbesondere zum dichten Einbau von Kondensatoren, bei denen ein Kondensatorkörper
mit Metal 1 schichten an den Stirnseiten versehen wird, die ein Edelmetall enthalten, bei dem der Körper in eine
Glashülse zwischen zwei elektrisch leitende Zuleitungsdrähte gebracht wird, von denen jeder auf der Berührungsfläche
mit der Kondensatorstirnseite einen Kupferüberzug
hat. Gemäß der Erfindung wird eine Silber-Kupfer-Legierung
zwischen die sich berührenden Endflächen von Zuleitungsdraht
und Kondensatorstirnseite eingebracht und
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die Anordnung in solcher Heise erhitzt, daß die das Edelmetall enthaltenden überzüge mit den Kupferoberflächen
hart verlötet werden und gleichzeitig die Zuleitungen mit der Glashülse dicht verbunden werden, so daß sich ein
in einer dichten Umhüllung eingebauter Kondensatorkörper ergibt.
Die Erfindung eignet sich weiter zum dichten Einbau eines Mehrschichtkeramikkondensators in ein Gehäuse mit zwei
Zuleitungsdrähten, die dicht durch ein Gehäuse hindurchgeführt sind, wobei der Mehrschichtkondensator an den
Stirnseiten Metallüberzüge besitzt, die mit den Elektroden verbunden sind und die aus Edelmetall bestehen, und bei
dem jeder Zuleitunpsdraht am Ende mit einer Kupferbeschich·
tung versehen ist und mit dem Edelmetall Überzug auf den Stirnseiten des Mehrschichtkondensators mit Hilfe einer
Silber-Kupfer-Legierung verbunden wird.
Die Erfindung soll nun im einzelnen anhand der Figuren näher beschrieben werden.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen dicht eingebauten Keramikschichtkondensator, der nach dem bekannten
Verfahren hergestellt ist.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen dicht eingebauten Keramikschichtkondensator, der ein Ausfiihrungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm für die einzelnen Verfahrensschritte
nach einer Ausführunqsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 zeigt ein elektrisches Bauelement in Form eines in eine Glashülse eingebauten keramischen Schichtkondensators,
bei dem die Umhüllung aus einer Gl as hülse 1 besteht,
in der sich das elektrische Bauelement in Form eines Mehrschichtkeramikkondensators 2 befindet. Auf
gegenüberliegenden Stirnseiten des Kondensatorkörpers sind Oberflächenschichten 3 und 4 aus Edelmetall, z.B.
aus Silber, angeordnet, dip bei spiel sv/eise durch eine Leitsilberschicht gebildet sind, welche beispielsweise
Glasfritte, Silber und andere Pestandteile enthält und welche in einem Ofen bei etwa 680 bis 750° aufgebrannt
wurde. Die Zuleitungen 5 und 6 bestehen jeweils aus den Zuleitungsdrähten 7 und 8 und den überzogenen Köpfen 9 und
10 aus Nickel-Ei sen-Legierung. Die Oberfläche der Köpfe
9 und 10 ist mit einpr Kupferschicht 11 und 12 überzogen, welche nicht nur die Stirnfläche bedeckt, die mit
dem Kondensatorkörper in Berührung kommt, sondern auch die Mantelflächen, welche mit der inneren Oberfläche
der Glashülse in Kontakt kommen, niese auf der Mantelfläche
angeordnete Kupferfläche ist in Borat umgewandelt oder oxidiert.
Wie aus Figur 1 entnommen werden kann, stehen die leitenden Schichten 3 und 4, welche beispielsweise aus Silber
bestehen, mit d->n Kupferflächen 11 und 12 nur über
die schmalen Teile 14 und 15 in Verbindung. Diese Kontaktfläche hängt, wie durch Untersuchungen festgestellt
wurde, in hohem Maße von der Oberflächenausbildung der
leitenden Schicht, z.B. der Silberschicht ab und kann
dazu führen, daß zeitweise eine Unterbrechung eintritt.
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In Figur 2 sind die gleichen Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Figur 1. Die Verbindung zwischen
dem Kondensatorkörper 2 und den Zuleitungen 5 und 6 wird in diesem Falle durch die dazwischen angeordnete Legierung
vermittelt, welche als Bestandteile Silber, Kupfer, Zink und Zinn und ähnliche Bestandteile enthält, die
eine Hartlotverbindung 16 und 17 zwischen den leitenden Schichten 3 und 11 bzw. 4 und 12 bewirken, welche aus
Silber bzw. aus Kupfer bestehen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Verbindung zwischen den einander
gegenüberliegenden Oberflächenschichten sich auf die
größtmögliche Fläche erstreckt, so daß die Bildung von
Einschnürungen, wie sie bei 14 und 15 in Figur 1 dargestellt sind, vermieden wird.
In Figur 3 sind schematisch die einzelnen Verfahrensstufen des Verfahrens gemäß der Erfindung beschrieben.
Bei Station 16 wird eine große Anzahl der zu verbindenden Teile in einen Träger eingeordnet. Jede Teileanordnung
enthält die in Figur 2 beschriebenen Teile, d.h. eine Glashülse 1, einen monolithischen Mehrschichtkeramikkondensator
2 mit stirnseitigen Anschlüssen 3 und 4 aus Edelmetall, beispielsweise Silber, die weiter mit einer
Paste beschichtet sind, welche ein Legierunqspulver aus
Silber, Kupfer, Zink und Zinn in einem organischen Bindemittel enthält. Eine typische Zusammensetzung für solch
eine Paste besteht aus 30 Gramm Silber-Kupfer-Zink-Zinn-Legierungspulver,
das in 4,0 Gramm eines geeigneten Flußmittels verteilt 1st, 1,5 Gramm Glasfritte und 2,0 Gramm
eines Bindemittels, wie z.B. Rthylzellulose, wobei das
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Ganze unter Verwendung von Diazotonalkohol oder eines
ähnlichen Lösungsmittels zu einer verarbeitbaren Paste
vermischt wurde. Weiter ist ein Paar von ül)erzopenen
Zuleitungen 5 und 6 vorgesehen. Ein besonderes Pulver zur Herstellung einer solchen Paste, welches erfolgreich
verwendet wurde, wird von der Firma Johnson & Matthey unter der Bezeichnung "SILVFRFLO 55" in den
Handel gebracht, und besteht aus einer nichteutektischen Silber-Kupfer-Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt.
Die Teilchengröße ist geringer als f>0,um; vorzugsweise
liegt sie in der Größenordnung von 3 bis 5,um. Die überzogenen Zuleitungen sind im Handel erhältliche
Teile, wie zuvor beschrieben. Der Träger ist vorzugweise so angeordnet, daß die Zusammenstellung von
Teilen in vertikaler Lage gehalten wird und daß eine geringe Kraft in Längsrichtung einwirkt, welche die
überzogenen Zuleitungen 5 und 6 in die Hülse 1 drückt, so daß ein Druck auf die Teile ausgeübt wird, welche die
Zuleitungsköpfe mit dem Kondensatorkorper verbinden
sollen.
Die Teileanordnungen in dem Träger werden bei Station
in einen Ofen eingebracht und der Ofen wird dicht verschlossen. Der nächste Verfahrensschritt IR besteht
darin, daß der Ofen mit Stickstoff etwa 60 Sek. lang gespült wird. Der Ofen wird nun etwa 120 Sek. lang
evakuiert und die Temperatur auf einen Wert zwischen 100 und 200 0C, vorzugsweise auf 190 0C erhöht. Dies
stellt den Verfahrensschritt 19 dar und ist eine Vorerhitzungsstufe
zum Austreiben von Restgasen, Dämpfen usw.
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Bei dem Verfahrensschritt 20 wird der Ofen unter Druck
von reinem Stickstoff gesetzt, der etwa 8,3 χ 10 N/m über dem atmosphärischen Druck liegt. Während dieses
Verfahrensschrittes wird der Druck fur eine kurze Zeitspanne,
die in dem Bereich von 5 bis 20 Sek. liegt, durch Einleiten von Formiergas verstärkt.
Dieses Formiergas enthält vorzugsweise 10 %, jedoch nicht mehr als 14 % Wasserstoff.
Das Formiergas erzeugt eine teilweise reduzierende Atmosphäre, die erforderlich ist, um eine gute Hartlötverbindung
zwischen der stirnseitigen Edelmetallschicht, beispielsweise Silber, auf dem Kondensatorkörper
und dem Kupferliberzug der Zuleitung herzustellen.
Hieran schließt sich der Verfahrensschritt 21 an, der
in einem Erwärmungszyklus besteht, bei dem der Ofen weiter auf 750 bis 780 0C während etwa zwei Minuten
erhitzt wird. Die Temperatur wird etwa 1 Minute lang auf 750 bis 78O0C gehalten, wobei der Druck infolae der
5 2 Temperaturerhöhung auf etwa 1,4 χ 10 N/m über den Atmosphärendruck ansteigt. Dies bildet den Verfahrensschritt 22.
Etwa 10 Sekunden vor dem Abschluß des Verfahrensschrittes
22 wird ein weiterer Druckunterschied erzeugt, indem der
5 2 wird, der unter einem Druck von etwa 1,4 χ 10 N/m steht
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zu diesem Zeitpunkt auf der Zuleitunp aufgeschrumpft ist,
noch besser mit der überzogenen Zuleitung 9 und 10 zu
verbinden, um eine gasdichte Verbindung zwischen den
Zuleitungsköpfen und der inneren Oberfläche der Glashülse
zu erzielen. Dieser Druckunterschied zwischen
dem inneren und der Außenseite des dicht eingebauten Kondensators wird etwa 20 Sek. lang aufrechterhalten.
Dies bildet den Verfahrensschritt 23 in Figur 3.
4 2
Stickstoff bei einem Druck von 8,3 χ 10 N/m über Atmosphärendruck
etwa 4 Minuten lang gespült, bis die Temperatur des Trägers unter 200 0C gesunken ist. Dies
stellt den Verfahrensschritt 24 dar. Dann wird der Druck im Ofen vermindert und der Ofen geöffnet, v/as den Verfahrensschritt
25 darstellt. Wenn die Temperatur des Trägers genügend weit abgesunken ist, wird dieser aus
dem Ofen entfernt und die Kondensatoren werden geprüft.
Zu der Darstellung von Figur 2 soll noch nachgetragen werden, daß die Legierungspaste aus einer Si 1ber-Kupfer-Legierung
auf die versilberten Enden des Kondensators vorzugsweise durch Tauchen der Enden in die Paste aufgebracht
wird und daß anschließend eine Erwärmunn auf eine niedrige Temperatur von etwa 150 0C erfolot. Der
gleiche Effekt kann aber auch dadurch erzielt werden, daß die Paste auf die Kupferoberf1ächc und den Kopf der
Zuleitung aufgebracht wird. Es kann auch einn Scheibe oder ein ähnlicher Körper aus Silber-Kupfer-Legierung
anstelle der Paste verwendet werden, so daß die Legierung in Form eines festen Körpers eingebracht wird.
8u9821/0745
Claims (10)
- Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul
StuttgartF.R.Huntley 5International Standard Electric Corporation New YorkAnsprücheι" 1.) !Verfahren zur Herstellung eines umhüllten elektri- ^ -^ sehen Bauelementes, bei dem der Bauelementekbrper an den Endflächen Schichten aus Edelmetall besitzt und das Bauelement mit elektrischen Anschlüssen versehen wird, die an der Kontaktfläche mit der Edelmetall schicht eine Kupferbeschichtunn haben, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung mit niedriger Schmelztemperatur zwischen die beiden zu kontaktierenden Oberflächen gebracht wird und die Anordnung so weit erhitzt wird, daß die Legierung mit beiden Flächen eine Hartlotverbinduno bildet. - 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine SiIber-Kupfer-Legierung zwischen jede Stirnfläche des Bauelementes und der Kupferfläche der Anschlüsse eingebracht wird.
- 3.) Verfahren zur Herstellung eines in eine Glashiilse dicht eingeschlossenen Bauelementes nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Erhitzung zur Bildung der Hartlotverbindung gleichzeitig die Anschlüsse mit der Glashülse verbunden werden.809821/0745Fr/ki - 4.11.1977 . / .ORIGINAL INSPECTEDF.R.Huntley 5
- 4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung in einer teilweise reduzierenden Atmosphäre durchgeführt v/ird.
- 5.) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine reduzierende Atmosphäre bei einem erhöhten Druck verwendet wird.
- 6.) Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierende Atmosphäre eine Mischung von Stickstoff mit nicht mehr als 14 Vol.% Wasserstoff verwendet wird.
- 7.) Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ZuI eitunnsdrähte verwendet werden, welche Köpfe aus Ni ekel eisenlegierung besitzen, die mit Kupfer überzogen sind, wobei die Oberfläche nicht weniger als zu 80 % bedeckt ist.
- 8.) Verfahren nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Silber-Kupfer-Legierung mit einer Teilchengröße von weniger als 60.um verwendet wird.
- 9.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung verwendet wird, welche zusätzlich Zink und/oder Zinn enthält.
- 10.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung als Pulver verwendet wird, die mit einem Bindemittel eine Paste bildet, die zusätzlich Glasfritte oder Flußmittel enthält.809821 /0745Fr/ki - 4.11.1977 . / .
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