RU2606212C1 - Leak-tight socket connector of precision high-temperature vibration-resistant device - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to radio and electrical engineering and can be used in instrument making, including for electric circuits switching under conditions of high temperatures. Leak-tight socket connector of precision high-temperature vibration-resistant device comprises ceramic plate with leads, leak-tight embedded into plate body, which is coated with insulating layer from glass, metal ring along ceramic plate outer diameter with applied layer of glass, metal ring along ceramic plate outer diameter with applied layer of glass and leads, made in form of pins from corrosion-resistant metal, have linear expansion factor corresponding to that of ceramics with applied layer of glass, leads are grouped along ceramic plate surface in rows with the same height of pins, pins in row are bent towards row with smaller height of pins, pins ends in place of supplied conductors termination have through hole for crimping and laser welding of lead conductors ends on row with smaller height side, and on metal ring along outer diameter shielding housing is tightly installed on compound.

EFFECT: invention enables to increase precision instrument leak-tight socket connector thermal and mechanical resistance, eg for thermocouple temperature measuring device.

1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к области радио- и электротехники и может быть использовано в приборостроении.The proposed device relates to the field of radio and electrical engineering and can be used in instrumentation.

Известна электроизоляционная колодка для коммутации электрических цепей в условиях воздействия высоких температур (патент РФ №146229, МПК4 H01R 9/24, 1989 г.). Колодка содержит корпус (манжету), керамический изолятор с отверстиями, жесткие контактные штыри (выводы) с резьбой для подключения проводников. Керамический изолятор установлен в корпус, а контактные штыри установлены в отверстия изолятора, а коммутирующие проводники зафиксированы гайкой на штырях.Known electrical insulation block for switching electrical circuits in conditions of exposure to high temperatures (RF patent No. 146229, IPC4 H01R 9/24, 1989). The block contains a housing (cuff), a ceramic insulator with holes, hard contact pins (leads) with thread for connecting conductors. The ceramic insulator is installed in the housing, and the contact pins are installed in the holes of the insulator, and the switching conductors are fixed with a nut on the pins.

Недостаток данной колодки состоит в том, что изолятор в корпусе и штыри в отверстиях изолятора не загерметизированы, что не позволяет использовать колодку для коммутации электрических цепей объектов, находящихся внутри загерметизированного объема, в частности внутри высоковакуумных приборов. Кроме того, торцы штырей расположены в одной плоскости, что не позволяет их использовать для коммутации таких объектов, как плоские контактные площадки, расположенные на разной высоте относительно друг друга. При использовании колодки в качестве вилки при ограниченном количестве штырей процесс сборки колодки с ответной частью (например, розеткой коммутируемого объекта) достаточно прост, но если количество штырей возрастает, то одновременно может накапливаться суммарная непараллельность штырей по отношению друг к другу и отверстий в ответной части коммутируемого объекта за счет погрешностей при изготовлении, что вызывает усложнение процесса сборки. Также известная колодка не содержит таких конструкционных элементов, как экраны, обеспечивающих при ее использовании помехозащищенность коммутируемых сигналов.The disadvantage of this block is that the insulator in the case and the pins in the holes of the insulator are not sealed, which does not allow the block to be used for switching electrical circuits of objects inside a sealed volume, in particular inside high-vacuum devices. In addition, the ends of the pins are located in the same plane, which does not allow them to be used for switching objects such as flat pads located at different heights relative to each other. When using a block as a fork with a limited number of pins, the process of assembling a block with a mating part (for example, a socket of a switched object) is quite simple, but if the number of pins increases, then the total non-parallelism of the pins with respect to each other and holes in the mating part of the switched object due to manufacturing errors, which complicates the assembly process. Also, the well-known block does not contain such structural elements as screens, providing when it is used, noise immunity of switched signals.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому является герметичная колодка выводов, которая содержит керамическую пластину с металлическими выводами (гермовыводами), герметично заделанными в тело пластины, и металлизацией в месте контакта с корпусом (манжетой), выводы расположены на поверхности керамической пластины, нанесены методом толстопленочной технологии и покрыты изолирующим слоем стекла. На слой стекла нанесен слой металлизации для герметизации пайкой колодки и корпуса (патент РФ №1709427, МПК4 H01J 23/48, 1992 г.).Of the known devices, the closest in technical essence to the claimed one is a sealed terminal block, which contains a ceramic plate with metal leads (hermetic leads), hermetically sealed in the body of the plate, and metallization at the point of contact with the body (cuff), the terminals are located on the surface of the ceramic plate applied by the method of thick-film technology and coated with an insulating layer of glass. A metallization layer is applied to the glass layer for sealing by soldering the pads and the casing (RF patent No. 1709427, IPC4 H01J 23/48, 1992).

Анализ прототипа выявляет его существенный недостаток, который заключается в том, что колодка не может быть использована для коммутации электрических цепей объектов, работающих при температурах выше 200°C. Токоведущие элементы в виде плоских металлических проводников (выводов) изготовлены по толстопленочной технологии, которая предполагает использование в качестве напыляемых материалов таких чистых металлов, как медь, хром и им подобных, термические коэффициенты линейного расширения которых в 3-4 раза выше, чем у керамики или стекла. Поэтому при нагреве известной колодки до температур выше 200°C происходит механическое разрушение выводов с обрывом электрической связи. Кроме того, торцы выводов расположены на колодке на одном уровне, что не позволяет ее использовать для коммутации таких объектов в ответной части, как плоские контактные площадки, расположенные на разной высоте друг относительно друга. Несмотря на наличие слоя металлизации, ширина слоя металлизации, как правило, выбирается исходя из глубины заделки колодки в корпус, что не обеспечивает полноценного выполнения такого конструкционного элемента, как экран, отсутствие которого снижает помехозащищенность коммутируемых сигналов. Недостатком данной колодки является также низкая виброустойчивость, что обусловлено отсутствием заделки выводов в керамическую пластину, выступанием краев керамической пластины колодки в виде консольной балки за край металлизации, по которой производится заделка колодки в корпус прибора.Analysis of the prototype reveals its significant drawback, which is that the block cannot be used for switching electrical circuits of objects operating at temperatures above 200 ° C. Current-carrying elements in the form of flat metal conductors (leads) are made using thick-film technology, which involves the use of pure metals such as copper, chromium, and the like, as the sprayed materials, the thermal linear expansion coefficients of which are 3-4 times higher than those of ceramics or glass. Therefore, when a known block is heated to temperatures above 200 ° C, the mechanical destruction of the terminals occurs with a break in the electrical connection. In addition, the ends of the terminals are located on the block at the same level, which does not allow it to be used for switching such objects in the counterpart as flat contact pads located at different heights relative to each other. Despite the presence of a metallization layer, the width of the metallization layer, as a rule, is selected based on the depth of insertion of the block into the body, which does not ensure the full implementation of such a structural element as a screen, the absence of which reduces the noise immunity of the switched signals. The disadvantage of this block is also low vibration resistance, which is due to the lack of termination of the findings in the ceramic plate, the protrusion of the edges of the ceramic plate in the form of a cantilever beam over the metallization edge, by which the block is embedded in the device body.

Ожидаемым техническим результатом настоящего изобретения является повышение температурной и механической стойкости герметичной колодки для прецизионного прибора, например для термопарного прибора измерения температуры.The expected technical result of the present invention is to increase the temperature and mechanical resistance of an airtight shoe for a precision instrument, for example, a thermocouple temperature measuring instrument.

Указанный технический результат достигается тем, что в герметичной колодке прецизионного высокотемпературного виброустойчивого прибора, содержащей керамическую пластину с выводами, герметично заделанными в тело пластины, которая покрыта изолирующим слоем из стекла, металлическое кольцо по внешнему диаметру керамической пластины с нанесенным слоем стекла и выводы, выполненные в виде штырей из коррозионно-стойкого металла, имеют коэффициент линейного расширения, соответствующий коэффициенту линейного расширения керамики с нанесенным слоем стекла, причем выводы сгруппированы по поверхности керамической пластины в ряды с одинаковой высотой штырей, штыри в ряду изогнуты в сторону ряда с меньшей высотой штырей, концы штырей в месте заделки подводимых проводников имеют сквозное отверстие под обжимку и лазерную сварку концов подводимых проводников со стороны ряда с меньшей высотой, при этом разница в высоте соседних рядов штырей является достаточной для подведения сварочного лазерного луча со стороны ряда с меньшей высотой, а на металлическое кольцо по внешнему его диаметру герметично на компаунд устанавливается экранирующий кожух.The specified technical result is achieved by the fact that in a sealed block of a precision high-temperature vibration-resistant device containing a ceramic plate with leads sealed in the body of the plate, which is coated with an insulating layer of glass, a metal ring along the outer diameter of the ceramic plate with a coated glass layer and the conclusions made in in the form of pins made of corrosion-resistant metal, have a linear expansion coefficient corresponding to the linear expansion coefficient of ceramic with applied a glass layer, and the conclusions are grouped along the surface of the ceramic plate in rows with the same pin height, the pins in the row are bent toward the row with a lower pin height, the ends of the pins at the site of termination of the lead-in conductors have a through hole for crimping and laser welding of the ends of the lead-in conductors from the side rows with a lower height, while the difference in the height of adjacent rows of pins is sufficient to bring the welding laser beam from the side of the row with a lower height, and on the metal ring along its outer di Ameter is sealed against the compound by a shielding.

На рис. 1 изображен общий вид колодки в разрезе. Колодка содержит керамическую пластину 1 (например, из керамики 22ХС), слой стекла 2 (например, тонкая пленка стекла С84-2), нанесенный на керамическую пластину, металлическое кольцо 3 (например, из сплава 34 НК), штыри 4 (например, из сплава 34 НК) с отверстием 5 под обжим и сварку подводимого проводника, кожух 6 (например, из сплава 34 НК) с выходным отверстием для подводимых проводников.In fig. 1 shows a General view of the pads in section. The block contains a ceramic plate 1 (for example, from 22XC ceramics), a layer of glass 2 (for example, a thin film of glass C84-2) deposited on a ceramic plate, a metal ring 3 (for example, from an alloy 34 NK), pins 4 (for example, from alloy 34 NK) with a hole 5 for crimping and welding the lead-in conductor, a casing 6 (for example, from alloy 34 NK) with an outlet for the lead-in conductors.

Подбор вышеуказанных материалов обеспечивает согласованный и малый коэффициент линейного расширения элементов колодки не более 7,0⋅10^-6 [1/°C] в рабочем диапазоне температур от 20 до 550°C, что является приемлемым для значительного числа технических применений. За счет этого, а также за счет коррозионно-стойкости применяемых материалов обеспечивается высокая температурная устойчивость колодки.The selection of the above materials provides a consistent and low coefficient of linear expansion of the block elements no more than 7.0 710 ^-6 [1 / ° C] in the operating temperature range from 20 to 550 ° C, which is acceptable for a significant number of technical applications. Due to this, and also due to the corrosion resistance of the materials used, a high temperature stability of the block is ensured.

Увеличенная по сравнению с прототипом глубина заделки штырей в керамическую пластину и нанесение дополнительного слоя стекла приводят к увеличению механической устойчивости колодки и ее герметичности.Increased in comparison with the prototype, the depth of insertion of the pins into the ceramic plate and the application of an additional layer of glass increase the mechanical stability of the block and its tightness.

Применение штырей различной длины при их рядном расположении с предварительной заделкой подводимых проводников в отверстие с помощью предварительного обжима и последующей лазерной сварки обеспечивают механическую и температурную устойчивость подсоединения.The use of pins of various lengths in their row arrangement with preliminary termination of the lead-in conductors into the hole using preliminary crimping and subsequent laser welding provide mechanical and thermal stability of the connection.

Применение кожуха обеспечивает экранирование электрического сигнала в подводимых проводниках в месте соединения со штырями колодки.The use of the casing provides shielding of the electrical signal in the input conductors at the junction with the pins of the block.

Использование колодки осуществляется следующим образом. Все подходящие проводники предварительно протягиваются через отверстие кожуха 6 (предварительно находится в отсоединенном положении от остальной части колодки) и заводятся в отверстия 5 штырей 4, начиная с ряда штырей максимальной длины со стороны изгиба штыря. Затем производится обжим подходящих проводников по внешней стороне штырей для ряда штырей максимальной длины в месте расположения отверстия с целью предварительного закрепления подходящих проводников. После чего производится разваривание каждого из подходящих проводников по периметру отверстия со стороны конца штыря и по внешней поверхности штыря в месте расположения отверстия. Затем указанные операции повторяются для штырей всех оставшихся рядов колодки, начиная со следующего по высоте в сторону уменьшения и - до последнего. Затем по резьбе на колодку навинчивается кожух 6 и контрится с помощью термостойкого герметика (например, герметик К600). После установки кожуха внутренняя полость колодки заполняется термостойкой массой (например, алюмофосфатным цементом АФ-5), фиксирующим положение подходящих проводников в кожухе 6.The use of pads is as follows. All suitable conductors are preliminarily pulled through the opening of the casing 6 (preliminarily located in a disconnected position from the rest of the block) and inserted into the holes of 5 pins 4, starting with a series of pins of maximum length on the bend side of the pin. Then, suitable conductors are crimped on the outside of the pins for a number of pins of maximum length at the location of the hole in order to pre-fix the suitable conductors. After that, each of the suitable conductors is welded along the perimeter of the hole from the side of the end of the pin and along the outer surface of the pin at the location of the hole. Then, these operations are repeated for the pins of all the remaining rows of the block, starting from the next in height in the direction of decrease and to the last. Then, a casing 6 is screwed onto the block by thread and counteracted with a heat-resistant sealant (for example, K600 sealant). After installing the casing, the internal cavity of the block is filled with a heat-resistant mass (for example, alumophosphate cement AF-5), fixing the position of suitable conductors in the casing 6.

Проведенные испытания показали повышенные характеристики температурной устойчивости и виброустойчивости герметичной колодки прецизионного прибора.The tests showed increased characteristics of temperature stability and vibration resistance of the sealed pads of a precision instrument.

Claims (1)

Герметичная колодка прецизионного высокотемпературного виброустойчивого прибора, содержащая керамическую пластину с выводами, герметично заделанными в тело пластины, которая покрыта изолирующим слоем из стекла, металлическое кольцо по внешнему диаметру керамической пластины с нанесенным слоем из стекла, отличающаяся тем, что металлическое кольцо по внешнему диаметру керамической пластины с нанесенным слоем стекла и выводы, выполненные в виде штырей из коррозионно-стойкого металла, имеют коэффициент линейного расширения, соответствующий коэффициенту линейного расширения керамики с нанесенным слоем стекла, причем выводы сгруппированы по поверхности керамической пластины в ряды с одинаковой высотой штырей, штыри в ряду изогнуты в сторону ряда с меньшей высотой штырей, концы штырей в месте заделки подводимых проводников имеют сквозное отверстие под обжимку и лазерную сварку концов подводимых проводников со стороны ряда с меньшей высотой, при этом разница в высоте соседних рядов штырей является достаточной для подведения сварочного лазерного луча со стороны ряда с меньшей высотой, а на металлическое кольцо по внешнему его диаметру герметично на компаунд устанавливается экранирующий кожух.A sealed block of a precision high-temperature vibration-resistant device, containing a ceramic plate with leads sealed in the body of the plate, which is covered with an insulating layer of glass, a metal ring on the outer diameter of the ceramic plate with a layer of glass, characterized in that the metal ring on the outer diameter of the ceramic plate with a layer of glass and the conclusions made in the form of pins made of corrosion-resistant metal have a coefficient of linear expansion, respectively linear expansion coefficient of the ceramic with a layer of glass applied, and the conclusions are grouped along the surface of the ceramic plate in rows with the same height of the pins, the pins in the row are bent toward the row with a lower height of the pins, the ends of the pins in the place of termination of the lead-in conductors have a through hole for crimping and laser welding of the ends of the lead-in conductors from the side of the row with a lower height, while the difference in height of adjacent rows of pins is sufficient to bring the welding laser beam from the side of the row with shorter height, and on the metal ring in its outer diameter hermetically shielded casing is installed on the compound.

Images