DE3030687C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Durchführung mit einem aus Niob oder einer Nioblegierung bestehenden elektrischen Leitungsdraht, einem einen Teil des Leitungs­ drahtes umgebenden Aluminiumoxid-Isolator, einer aus Niob oder einer Nioblegierung bestehenden Buchse, die um mindestens einen Umfangsteil des Isolators herum ange­ ordnet ist, und Hartlötungen, welche den Leitungsdraht mit dem Isolator sowie den Isolator mit der Buchse verbinden, wobei die Oberflächen des Isolators an den hartzu­ verlötenden Bereichen metallisiert sind.

Bei einer bekannten elektrischen Durchführung dieser Art (US 39 36 320) weist der aus Aluminiumoxid bestehende Isolator eine Metallisierung in Form eines Nickelüberzuges auf. Die Hartlötungen, welche den Leitungsdraht mit dem Isolator sowie den Isolator mit der Buchse verbinden, bestehen aus einer Silber-Kupfer- oder Gold-Kupfer-Legie­ rung.

Es ist ferner bekannt (US 39 20 888), bei einer elektrischen Durchführung, bei welcher der Leitungsdraht aus Platin, der Isolator aus Aluminiumoxid und die Buchse aus Titan bestehen, zum gegenseitigen Verbinden dieser Teile als Hartlötwerkstoff reines Gold zu verwenden.

Desweiteren ist es bekannt (US 38 73 944), ein aus Ferrit oder Granat bestehendes Bau­ teil mit der Metallwand eines Mikrowellenzirkulators mittels eines Weichlotes zu ver­ binden, das aus einem Zinn-Blei-Gemisch oder Indium besteht. Dabei wird das Bauteil aus Ferrit oder Granat vor der Weichverlötung mit mindestens drei aufeinanderfolgen­ den Metallschichten überzogen, bei denen es sich nacheinander um eine Nickel-Chrom- Schicht, eine Kupferschicht und eine Goldschicht handelt.

Es ist auch eine Durchführung mit einem Innenleiter aus Molybdän oder Wolfram und einem dazu konzentrischen Außenteil aus rostfreiem Stahl oder niedriggekohltem Stahl bekannt (US 33 71 406), die durch einen Keramikring voneinander getrennt sind. Dieser Keramikring wird metallisiert, indem er nacheinander mit einer Schicht aus Titan, einer Schicht aus Platin und einer Schicht aus rostfreiem Stahl überzogen wird. Der so metallisierte Ke­ ramikring ist mit dem Innenkörper und dem Außenteil hartverlötet, wobei als Hartlöt­ werkstoff Kupfer, Gold und Nickel-Gold-Legierungen verwendet werden.

Bei der Herstellung von bekannten elektrischen Durchführungen können Defekte auf­ treten, die nicht oder nur mit großem Aufwand zu ermitteln sind, die aber die Sicherheit von mit solchen Durchführungen ausgestatteten Geräten, beispielsweise im menschli­ chen Körper implantierbaren elektrochemischen Zellen, Herzschrittmachern und der­ gleichen, beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hermetisch dichtende, während der Herstellung gegen die Ausbildung von Defekten unanfällige elektrische Durchführung zu schaffen, die eine besonders einfache und sichere optische Inspektion auf Fehler ge­ stattet.

Ausgehend von einer elektrischen Durchführung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• - der Isolator aus einkristallinem, optisch transparentem, reinem oder dotiertem Saphir besteht;
• - der Werkstoff der Hartlötungen aus reinem Gold besteht; und
• - die Metallisierung eine Schicht aus Niob, aus Titan oder aus Niob/Titan aufweist.

Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform, bei welcher die Hartlötungen aus einer Goldlegierung bestehen, wird die Lösung der gestellten Aufgabe dadurch erreicht, daß

• - der Isolator aus einkristallinem, optisch transparentem, reinem oder dotiertem Saphir besteht;
• - der Isolator mit dem Leitungsdraht und der Buchse unmittelbar hartverlötet ist; und
• - die Goldlegierung der Hartlötungen neben Gold als Legierungselemente Vana­ dium, Yttrium und/oder Scandium enthält.

Saphir ist ein Aluminiumoxid, das mit einer Einkristall-Gitterstruktur gezogen wird und leicht geschnitten und bis zu optischer Transparenz poliert werden kann, ohne daß Risse oder andere Defekte erzeugt werden. Dadurch, daß bei der Durchführung nach der Er­ findung der Isolator aus einkristallinem, optisch transparentem Saphir besteht, wird eine visuelle Inspektion der elektrischen Durchführung auf das Vorhandensein von Defekten möglich. Insbesondere können selbst bei niedriger Vergrößerung Risse oder andere De­ fekte, die sich unter Umständen während der Herstellung des Isolators selbst oder wäh­ rend der Fertigung der Durchführung eingestellt haben, leicht erkannt werden. Die Leichtigkeit der optischen Überprüfung gestattet eine 100%ige Inspektion der fertigen Durchführungen. Außerdem ist die bei den Durchführungen nach der Erfindung vorge­ sehene Werkstoffkombination von Saphir und Niob gegenüber der Bildung von Defek­ ten während der Herstellung widerstandsfähig, so daß hohe Ausbeuten erzielt werden. Handelsübliche Uhrensteine aus Saphir stehen für die vorliegenden Zwecke ohne wei­ teres zur Verfügung.

Die Metallisierung an den hartzuverlötenden Bereichen der Isolatoroberfläche kann vorteilhaft zusätzlich eine über der Schicht aus Niob, Titan oder Niob/Titan liegende Goldschicht aufweisen. Diese Goldschicht hat zweckmäßig eine Dicke von etwa 200 nm. Die Schicht aus Niob, Titan oder Niob/Titan hat vorteilhaft eine Dicke in der Größen­ ordnung von 100 nm.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Durchführung,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform ei­ ner Durchführung nach der Erfindung,

Fig. 3 einen weiteren schematischen Querschnitt für eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Durchführung, und

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt einer vierten Ausführungsform der Durchführung nach der Erfindung.

Die in den Fig. 1 bis 4 veranschaulichten elektrischen Durchführungen weisen einen mehr oder weniger zentral angeordneten Niob-Leitungsdraht oder Stift 10 auf, der durch einen Saphirisolator 12 hindurchreicht. Der Isolator 12 ist zweckmäßig im we­ sentlichen scheibenförmig. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform wird der Saphirkörper mit einer becherartigen Oberfläche 12(a) hergestellt, wie dies in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Die Durchführung weist ferner eine Niobbuchse 14 auf, die mit dem Isolator 12 mehr oder weniger am Umfang in Kontakt steht, wie dies bei bekannten An­ ordnungen mit Metallbuchse und Glasisolator üblich ist. Die Buchse 14 wird zur Mon­ tage der Durchführung benutzt. Beispielsweise wird bei einer bevorzugten Anwendung diese Durchführung in einer (nicht gezeigten) Titankapselung montiert, die ein elektri­ sches Gerät für ein Implantat im Menschen enthält. Normalerweise wird die Buchse mit dem Titanbehälter verschweißt.

Bei dem für den Leitungsdraht und die Buchse verwendeten Werkstoff kann es sich auch um eine Nioblegierung handeln, solange deren Wärmeausdehnungskoeffizient im Bereich von etwa ±10% desjenigen von handelsüblich reinem Niob bleibt. Ein Beispiel für eine solche Legierung ist eine Legierung aus 99 Gew.-% Nb und 1 Gew.-% Zr. Wenn vorliegend beschrieben ist, daß diese Bauteile im wesentlichen aus Niob bestehen, sol­ len solche Legierungen zusammen mit reinem Niob eingeschlossen sein.

Die Bauteile der Durchführung werden durch Hartlöten zusammenmontiert. In bekann­ ter Weise kann das Hartlöten der Durchführung dadurch erfolgen, daß Ringe aus dem Hartlötwerkstoff an den zu verlötenden Verbindungsstellen angeordnet werden und die Anordnung auf die geeignete Schmelztemperatur des Hartlötwerkstoffes erhitzt wird. Vorliegend sind jedoch nur zwei Hartlötwerkstoffe akzeptabel. Einer der akzeptablen Hartlötwerkstoffe umfaßt Legierungen aus Gold, Vanadium und Yttrium und/oder Scandium, die fakultativ Niob enthalten. Anordnungen, bei denen diese Hartlötlegie­ rung verwendet ist, sind in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt.

Hartlötlegierungen der vorstehend genannten Art, die sich für die vorliegende Durch­ führung eignen, sind in der US-PS 41 80 700 beschrieben. Diese Legierungen können Scandium und Niob enthalten. Ein Beispiel für eine Legierung besteht aus 5,5% Vana­ dium, 0,2% Yttrium, Rest Gold, wobei die Prozentzusätze als Atomprozentsätze ausge­ drückt sind.

Ein weiterer und der bevorzugte anwendbare Hartlötwerkstoff ist Gold, das heißt han­ delsüblich reines Gold (99,9%). Wenn jedoch der aus reinem Gold bestehende Hart­ lötwerkstoff verwendet wird, muß der Saphir zunächst mit einem Überzug aus Niob, Ti­ tan oder Niob/Titan und einem Überzug aus Gold über dem Niob oder Titan in den Bereichen versehen werden, wo die Hartlötverbindung ausgebildet werden soll. Zur Bil­ dung einer Schicht 19 können verschiedene Anteile an Niob und Titan zusammen durch Zerstäubung aufgebracht werden. Eine derartige Legierung wird vorliegend als "Niob/Titan" bezeichnet. Diese Überzüge werden vorzugsweise durch Zerstäubung aus­ gebildet, und sie können sehr dünn sein. Vorzugsweise hat der Überzug aus Niob, Titan oder Niob/Titan eine Dicke in der Größenordnung von etwa 1000 nm, während die Goldschicht eine Dicke in der Größenordnung von etwa 200 nm hat. Eine derartige me­ tallisierte Ausführung ist in Fig. 4 gezeigt, wobei die Lagen aus Niob oder Titan und Gold schematisch bei 18 bzw. 19 dargestellt sind, während die Goldhartlötung bei 16 angedeutet ist. Niob ist das bevorzugte Überzugsmaterial 19, obwohl Titan akzeptabel zur Anwendung in trockenen und niedrige Temperatur aufweisenden Umgebungen ist. Niob ist, wenn es Feuchtigkeit ausgesetzt wird, für eine Erosion und Korrosion weniger anfällig als das Titan oder Niob/Titan.

Die verschiedenen Hartlötwerkstoffe können in jeder beliebigen der vorliegend offen­ barten Durchführungen verwendet werden. Die verschiedenen Ausführungsformen un­ terscheiden sich hinsichtlich der Geometrie, wobei diejenige nach Fig. 1 die einfachste ist. Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 2 und 3 sind aufgrund der Abstufung in der Buchse 14 (Fig. 2) oder in dem Isolator 12 (Fig. 3) selbsthaltend.

Der vorliegend für den Isolator benutzte Saphir kann ein reiner Saphir oder ein dotier­ ter Saphir sein, das heißt ein Saphir, der einige Zehntel eines Prozents eines Dotier­ mittels, wie Chrom, Kobalt oder Nickel, enthält und eine charakteristische Farbe, wie rubinrot, blau bzw. smaragdgrün, annimmt.

Claims (5)

1. Elektrische Durchführung mit einem aus Niob oder einer Nioblegierung be­ stehenden elektrischen Leitungsdraht, einem einen Teil des Leitungsdrah­ tes umgebenden Aluminiumoxid-Isolator, einer aus Niob oder einer Niob­ legierung bestehenden Buchse, die um mindestens einen Umfangsteil des Isolators herum angeordnet ist, und Hartlötungen, welche den Leitungs­ draht mit dem Isolator sowie den Isolator mit der Buchse verbinden, wo­ bei die Oberflächen des Isolators an den hartzuverlötenden Bereichen me­ tallisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Isolator aus einkristallinem, optisch transparentem, reinem oder dotiertem Saphir besteht;
• - der Werkstoff der Hartlötungen (16) aus reinem Gold besteht; und
• - die Metallisierung eine Schicht (19) aus Niob, aus Titan oder aus Niob/Titan aufweist.

2. Elektrische Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung zusätzlich eine über der Schicht (19) aus Niob, Titan oder Niob/Titan liegende Goldschicht (18) aufweist.

3. Elektrische Durchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldschicht (18) eine Dicke von etwa 200 nm hat.

4. Elektrische Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schicht (19) aus Niob, Titan oder Niob/ Titan eine Dicke in der Größenordnung von 1000 nm hat.

5. Elektrische Durchführung mit einem aus Niob oder einer Nioblegierung be­ stehenden elektrischen Leitungsdraht, einem einen Teil des Leitungsdrah­ tes umgebenden Aluminiumoxid-Isolator, einer aus Niob oder einer Niob­ legierung bestehenden Buchse, die um mindestens einen Umfangsteil des Isolators herum angeordnet ist, und Hartlötungen aus einer Goldlegierung, welche den Leitungsdraht mit dem Isolator sowie den Isolator mit der Buch­ se verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Isolator (12) aus einkristallinem, optisch transparentem, reinem oder dotiertem Saphier besteht;
• - der Isolator (12) mit dem Leitungsdraht (10) und der Buchse (14) un­ mittelbar hartverlötet ist; und
• - die Goldlegierung der Hartlötungen (16) neben Gold als Legierungsele­ mente Vanadium, Yttrium und/oder Scandium enthält.