SE466895B - Foerfarande foer att loeda isolerande material med metall - Google Patents

Description

20 25 30 40 466 895 2 och kopparsulfat, samt matning av ström genom lösningen för avsättning av koppar. Efter pläteringen med koppar utsattes genomföringen för tvà vattensköljningar, varefter den pläteras med tenn pà ett sätt, som motsvarar kopparpläteringen. Detta följas av tvà ytterligare vattensköljningar, en natriumkarbonatsköljning, en hetvattensköljning, torkning, och slutligen lödning. Sàsom framgår finns det avsevärda problem i samband med den traditionella elektropläteringsprocess, som användes för att preparera genomföringar.

De mest uppenbara problemen utgöres av de manga kompli- cerade, tidsödande och arbetskrävande steg, som ingàr. Ännu mer signifikant är de extra materialkostnaderna, t.ex. baden med svavelsyra, salpetersyra, kopparplätering- och tennpläte- ringlösning. Ytterligare problem är att dessa bad innehàller kemikalier, som anses vara miljöförorenande och som maste nog- grannt beaktas vid avlägsnande. Dessutom kräver àngor fràn baden speciell ventilering, som i sig själv kräver ytterligare konstruktionsunderhàllskostnader, eftersom de korrosiva angor- na snabbt försämrar ventileringsutrustning.

Försök att applicera lod pà isolerande material visas i U.S. patent nr. 4,101,710. Tidigare kända förfaranden har emellertid handlat om att àstadkomma en elektrisk lödanslut- ning mellan tjockfilmkompositionen och andra elektroniska delar och har inte behandlat situationer, varvid metall och keramik maste sammanfogas pà ett sätt, som tal tryck. Se ocksa U.S. patent nr. 3,649,567, som visar metalliseringskomposi- tioner, applicerade pà glas.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning innefattar följande steg: att applicera en första beläggning av tjockfilmfärgämne, som innefattar silver och bindemedel, på genomföringen; att torka den första beläggningen; att applicera en andra beläggning av tjockfilmfärgämne, som också innefattar silver och bindemedel, ovanpà den första beläggningen; att torka den andra beläggningen; att inbränna materialet samt; att sammanfoga den andra beläggningen med metallen. 10 20 25 30 3 466 895 Kort beskrivning av ritninqarna.

Figur 1 visar en perspektivvy av en kondensator, som är delvis uppskuren.

Figur 2 visar en perspektivvy av en kondensatorgenom- föring, som är delvis uppskuren.

Figur 3 visar en sprängskiss av en kondensatorgenom- föring, överdelen hos en behållare samt klämsockeln.

Figur 4 visar en uppförstorad vy av en del av genom- föringen, varvid tjockfilmfärgämnets skikt delvis är uppskur- nå..

Detalíerad beskrivning av den föredragna utförinqsformen.

Under hänvisning till figur 1 àskàdliggöres en kondensa- tor 19, som bestàr av en eller flera kondensatorrullar 10 i ett hölje 20. Höljet är fyllt med ett dielektriskt fluidum.

Uttag 17 och 18 frán rullarna är elektriskt sammanfogade till ledare, inte visade, vilka löper genom kondensatorgenomföring- ar 40 och klämsocklar 42. Uttagen 17 och 18 kan elimineras i samband med vissa kondensatorkonstruktioner.

Kondensatorrullarna 10 innefattar tvà àtskilt anordnade metallfolieelektroder samt mellanliggande polypropylenfilm- band, sà att par av polypropylenfilmband finns mellan folie- elektrodband i hela rullen, såsom är välkänt inom omradet.

Uttagsbyglar 17 och 18 är införda i rullen 10 för att ligga intill elektrodbanden för att tjäna såsom elektriska anslut- ningar för elektroderna. Elektriska ledare, som ansluter ut- tagen 17 och leder till externa elektriska anslutningar vid klämsocklarna 42, är elektriskt isolerade fràn kondensatorns 19 metallhölje 20.

Ett dielektriskt fluidum, bifenyl och fenylxylyletan, användes för att impregnera kon- såsom exempelvis isopropyl- densatorn 19. Normalt har de dielektriska filmerna, som ingar i kondensatorrullarna 10, vakuumtorkats för avlägsnande av vattenånga och gas. Det dielektriska fluidet har även torkats innan kondensatorn impregnerats.

För att hålla kondensatorn 19 och det dielektriska fluidet fritt frán vattenånga och andra föroreningar maste 466 895 4 10 20 30 40 kondensatorn förslutas. Dessa kondensatorförslutningar måste kunna tala konstant exponering för en omgivning, vilket inklu- derar långvarig exponering för solljus, extrema temperatur- variationer samt exponering för elementen, i allmänhet för- hållanden, vilka förekommer vid den övre delen hos normala poler vid alla typer av geografriska och meteorologiska för- hållanden, som förekommer i hela världen. Vidare måste dessa kondensatorförslutningar kunna halla för en användbar livstid av approximativt tjugo år.

Det är svart att försluta kondensatorn 19, eftersom kon- densatorgenomföringen 40 består av porslin eller annat isole- rande material. Isolerande material är svåra att sammanfoga med metalldelar, såsom metallhöljet 20 och klämsockeln 42.

Såsom visas i figurerna 2 och 3 måste kondensatorgenomföringen 40 förslutas pà tva ställen, vid den övre änden 48 av genom- föringen 40, där den ansluts till klämsockeln 42, och vid den undre änden 50 av genomföringen 40, där den ansluts till be- hàllarens överdel 44 genom öppningen 52. O-ringen 46 ger en ytterligare förslutning mellan klämsockeln 42 och genomföring- en 40. Det effektivaste sättet för sammanfogning av genom- föringen 40 med metalldelarna, klämsockeln 42 och behàllarens överdel 44, har varit att löda ihop dessa delar. Preparering av genomföringen 40 för lödningsprocessen minskar, enligt föreliggande uppfinning, väsentligt de material- och arbets- kostnader, som är förenade med tillverkning av kondensatorer.

För att preparera genomföringen 40 för mottagande av lod användes en tvástegig färgprocess vid den övre och den undre änden 48 respektive 50 av genomföringen 40. Ett tjockfilmfärg- ämne eller en beläggning målas pà genomföringen 40 alltefter- som den vrides runt och tillates att torka. Se figur 4. Efter det att tjockfilmfärgämnet har torkat appliceras en andra be- läggning av en annan komposition ovanpå den första beläggning- en och tillàtes att torka.

Tgockfilmfärgämnet består av tre primärkomponenter, det. bindande medlet (inkluderande andra medel, som bildar vätske- fas i färgen), metalldelen och bindemedlet. Den första belägg- ningen eller grundningsbeläggningen innehåller relativt mycket bindemedel och måste skapa den erforderliga mycket starka bindningen till porslinskeramiken. Den andra beläggningen eller toppbeläggningen måste åstadkomma bindning till primär- 10 15 20 25 30 40 466 895 UI beläggningen och fungera sàsom lödningsbas för förslutning.

Kompositionen av var och en av de tvà skiktbeläggningar- na varierar i enlighet med den erforderliga funktionen, Bada innehàller silver i form av amorft utfält pulver och valsade fina sma flakeplattor av storleksordningen 1-10 mikron.

Dessutom innehåller båda ett bindande organiskt medel, be- stående av polymerhartser, lösningsmedel och dispergerings- medel, som motsvarar en oljebaserad i handlen förekommande färg. Det bindande medlet måste ha de rätta reologiska egen- skaperna för astadkommande av en jämn film utan porer vid in- bränning. Det keramiska bindemedlet i färgen bildar den aktiva fasen för förslutning. Bada blandningarna innehåller samma glasfritter och oxider. Dessa glasfritter och oxider åstad- kommes i form av känd teknik genom bildande av amorft glas- kross genom snabb sammanpressning av en smält glasblandning och malning för àstadkommande av fint pulver med partikelstor- leken 1-2 mikron.

Tabell 1 Bindande medel normal komposition polymerharts - 10 - 15 lösningsmedel - balans dispergeringsmedel - 1 - 5 Den första beläggningen av tjockfilmfärgämne består av en komposition av mycket bindemedel och lite silver, varvid kompositionen visar goda egenskaper för bindning till porslin.

En normal komposition av den första beläggningen visas i figur 2.

Tabell 2 silver - _58 - 62% bindemedelfas - 5 - 10% 466 895 G UI 10 15 20 25 30 40 bindande medel - balans Grundningsbeläggningen pàmalas och torkas och en andra beläggning appliceras pà samma sätt. Den andra beläggningen innehåller mycket silver och lite bindemedel och binds lätt till bade den första beläggningen och till lod, som appliceras i ett senare steg. En normal komposition för den andra belägg- ningen visas i tabell 3.

Tabell 3 silver - 62 - 70% bindemedelfas - 1 - 6% bindande medel - balans Efter det att den andra beläggningen har torkat in- brännes kondensatorgenomföringarna. Inbränningsprocessen är utformad sa att det kommer att förekomma bindning på molekulär nivå mellan den första beläggningen och porslinet samt mellan den första och den andra beläggningen. Vidare är temperaturen och temperaturökningen sà dimensionerad att den relativt spröda porslingenomföringen inte kommer att spricka under upp- värmnings- och avkylningsprocessen. Normala uppvärmningstempe- raturer, hastighet för temperaturökning samt avkylningshastig- heter visas i tabell 4. Dessa tider betraktas såsom minimala tider och temperaturökningshastigheten kan vara långsammare och den tid, med vilken genomföringarna bibehálles vid en specifik temperatur, kan vara längre.

Tabell 4 A. Laddning I 1. Region 0 93°C.

Laddningsregion kommer att urvattna vid B. Uppvärmning 2. Region 1 Ökar till 371°C pà en timme. 3. Region 2 Uttorkar vid 371°C under 30 minuter. (1 UI 10 20 25 30 35 40 v 466 895 4. Region 3 Ökar till 593°C på en timme och 45 minuter.

Uttorkar vid 593°C under 30 minuter. Ökar till 716°C pá 50 minuter.

Uttorkar vid 716°C under 40 minuter.

Region 4 01 G1 Region 5 7. Region 6 C. Avkylning 8. Region 7 Minskar till 371°C på 5 timmar och 30 minuter.

D. Tömning 9. Region 8 Uttorkar vid 93°C.

Efter det att genomföringen har svalnat till en tempera- tur nära omgivningens temperatur poleras den belagda överdelen 46 och den undre belagda änden 50 av genomföringen 40 lätt. De beläggs sedan med fluxmedel och lödes pá normalt sätt. Den resulterande inbrända filmen är ett ljus silverfärgat, tätt, vidhäftningsskikt, som är säkert bundet till huvuddelen av det applicerade omradet med en tjocklek av approximativt (0,04 - 0,05 mm) 0,0015 - 0,002 tum). Keramik-metall-filmen (kermet-filmen) har en komposit termisk utvidgningskoefficient samt tillräcklig smidbarhet för att kunna expandera och kom- primera likformigt med porslinsubstratet. Filmen vätes lätt av tenn-bly- eller tenn-silver-lod vid användning av standardbe- handlingsförfaranden.

Normalt tillverkas klämsookeln 42 av mässing, som är tennpläterad. Det lod, som användes bade på klämsockeln 42 och pa den rostfria stàlbehállarens täckdel 44, som är förtennad, är ett tenn-bly-lod i proportionerna 50/50. Före lödningen av klämsockeln 42 införes en O-ring 46 i sockeln 42 för åstad- kommande av ytterligare tätning. O-ringen 46 åstadkommer dessutom en viss flexibilitet mellan genomföringen 40, som är nagot spröd, och yttre anslutningar till klämsockeln 42. Vid den vanliga proceduren fastlödes först klämsockeln 42 på genomföringen 40 och därefter fastlödes genomföringen 40 pa behàllarens överdel 44 vid öppningen S2, även om denna ordning lätt kan omkastas. Optimal bindningsstyrka erhålles om löd- ningstemperaturerna är inom omradet 210-230°C.

Testning av genomföringar, som preparerats i enlighet med föreliggande uppfinning, har visat en markant förbättring vid flera kritiska tester. I exempelvis ett test, som benämnes 466 895 8 G1 10 15 20 skjuttest, vändes en genomföring, med pàsatt täckplatta, upp och ned över ett rör och tvingas hydrauliskt ut ur täckdelen av rostfritt stal. Vid användning av en cylinder med diametern 12,7 cm har det hydrauliska trycket för skjuttestet vid användning av en kondensator, fastlödd vid en behàllares över- del medelst föreliggande förfarande, varit approximativt 21,8 kilopond per cmz. Tidigare skjuttestresultat med användning av kondensatorgenomföringar, som iordningställts med tidigare inom industrin gällande elektropläteringsförfarande, har er- fordrat hydrauliskt tryck av approximativt 15,8 kilopond per cmz för att frigöra genomföringen fràn täckdelen. Detta visar en signifikant ökning i bindningsstyrka hos genomföringen.

En annan signifikant förbättring hos föreliggande upp- finning relativt känd teknik är förbättringen i läckförhàllan- den, vilken har förbättrats till approximativt Û,1% av produk- tionen. Med användning av förekommande teknologi uppgår läck- förhållandena, som jämförelse, för delarna till approximativt l,0%. Sàlunda erhålles en avsevärd förbättring med avseende pá kassation och nödvändigt omarbete. lnbesparingar, som uppnås med avseende pà material och arbete vid framställning av kondensatorer enligt föreliggande uppfinning, har varit signifikanta. De tillverkningskostnader, som hör samman med kondensatorer, vilka framställts med an- vändning av genomföringar, preparerade enligt föreliggande uppfinning, är approximativt 40% lägre än de, som hör samman med kondensatorer med genomföringar preparerade enligt elek- tropläteringsmetoden. Det mesta av denna inbesparing har av- sett materialkostnader. En annan fördel har varit eliminering av för miljön känsliga material fran tillverkningsprocessen.

I)

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 40 7 466 895 Patentkrav

1. Förfarande för att genom lödning sammanfoga isolerande material med metall, t.ex. för att löda kondensatorgenom- föringar på metalldelar, varvid det isolerande materialet består av glas eller porslin, k ä n n e t e c k n a t av att det innefattar följande steg: att applicera en första beläggning av tjockfilmfärgämne, som innefattar silver och bindemedel, på genomföringen; att torka den första beläggningen; att applicera en andra beläggning av tjockfilmfärgämne, som också innefattar silver och bindemedel, ovanpå den första beläggningen; att torka den andra beläggningen; att inbränna materialet samt; att sammanfoga den andra beläggningen med metallen.

2. Förfarande för sammanfogning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda färgämne består av: en metallfas; en bindemedelfas; samt ett bindande medel, inkluderande andra medel, som bildar vätskefasig färg.

3. Förfarande för sammanfogning enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t av att metallfasen är vald ur den grupp, som består av: silver, palladium och platina.

4. Förfarande för sammanfogning enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t 45 - 50% blyoxid; 24 - 30% kíseloxid; 10 - 15 av att bindemedelfasen består av: boroxid; °\0 b) aluminiumoxid; titanoxid; | | b) G o\° 0\° 0\° natriumoxid; kadmiumoxid; »P- o\° zinkoxíd; och m rn H pa ua H I »b- w - 20% vismutoxid.

5. Förfarande för sammanfogning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t silverhalt av 58-62%. av att den första beläggningen har en 466 10 15 895 N

6. Förfarande för sammanfogning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t silverhalt av 62-70%.

7. Förfarande för sammanfogning enligt kravet 1, av att den andra beläggningen har en k ä n n e t e c k n a t av att sammanfogningen sker genom hårdlödning.

8. Förfarande för sammanfogning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att den första beläggningen består av: 58 - 62% silver; 5 - 10% bindemedelfas; och bindande balanserande medel.

9. Förfarande för sammanfogning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att den andra beläggningen består av: 62 - 70% silver, 1 - 6 bindande balanserande medel. o\° bindemedelfas; och ll