DE3320409A1

DE3320409A1 - Metallurgische kontakte in hermetisch verschlossenen in glas eingekapselten keramischen kondensatoren

Info

Publication number: DE3320409A1
Application number: DE19833320409
Authority: DE
Inventors: Otmar Hermann-Johannes 10583 Scarsdale N.Y. Boser; Richard Clark 10591 Tarrytown N.Y. Sweet
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-06-14
Filing date: 1983-06-06
Publication date: 1983-12-15
Also published as: GB8315934D0; JPS594008A; GB2123609A; FR2528619A1; KR840005266A; US4446502A

Description

PHA 21.111 3 24.5.1983

Metallurgische Kontakte in hermetisch verschlossenen in Glas eingekapselten keramischen Kondensatoren.

Die Erfindung bezieht sich auf hermetisch verschlossenen in Glas eingekapselten keramischen Miniaturkondensatoren und instesondere auf die Bildung einer metallurgischen Verbindung zwischen dem Kondensatoranschluss und der Endkappe.

Die Konstruktion eines hermetisch verschlossenen, in Glas eingekappselten keramischen Kondensators wird besclirieben in einem Artikel mit dem Titel "Hermetic Glass Encapsulated Capacitors", von W. Love III und M Rosenberg, erschienen in "Proceedings of the IEEE, 27. Electronic Components Conference", 1977, Seiten 387 bis 390.

Das US Patent 3,458,-783 beschreibt den hermetisch verschlossenen Kondensator, dessen Herstellung in dem obengenannten Artikel beschrieben wird. Der bekannte monolithische keramische anschlussirahtfreie Kondensator besitzt gegenübereinander liegende Randanschlü'sse, die mit Silber bedeckt sind- Diese Ränder liegen zwischen metallischen Oberflächen von vergrösserten Enden von Leitungen für den Kondensator. Eine Glashülle umgibt den Kondensator und die vergrösserten Enden und eine Glas-Metall-Verbindung ist zwischen der Hulls und den vergrösserten Enden vorgesehen und zwar unmittelbar oder mittels Glasperlen an derartigen Enden. Im Heiss-Schweiss-Verfahren v/erden gegeneinander liegende Kupfer- und Silberoberflächen miteinander verbunden. Die leitenden Kontaktflächen in dieser Konstruktion werden physikalisch und leitend miteinander verbunden. Diese gegenübereinander liegenden Metallflächen werden durch eine Diffusionsschweissverbindung aneinander geheftet, d.h. eine Schweissverbindung, gebildet durch die zwei

25 Metalle und ohne Verwendung eines Flussmittels oder eines Lötmittels.-..'·

Es gibt bereits viele Firmen, die hermetisch verschlossene in Glas eingekapselte keramische Kondensatoren unter Verwendung von Abwandlungen der obenstehend beschriebenen Verfahren herstellen.

Diese handelsüblichen Einheiten enthalten meistens anschlussdrahtfreie Kondensatoren mit Silberanschlüssen, die hermetisch in einer Glashülle zwischen Dumet-Endkappen bei etwa 750⁰C eingeschlossen sind. Diese Kondensatoren sind äusserst zuverlässig, insbesondere bei Verwendungen

PHA 21.111 //, [^ . 24.5.1983

bei dem sie Stössen, Schwingungen und extremen Temperaturen ar iscesetzt sind. Die hermetisch verschlossene, in Glas eingekapselte Einheit wurde speziell für diese Umstände entworfen.

Die Stromfehlerrate ist jedoch etwas höher als erwünscht und kann bei bestimmten Abmessungen bis 33 Stück pro Million ansteigen. Stromqualitätprüfungsnormen erfordern eine Zuverlässigkeit, die diese Rate übersteigt und zwar eine Fehlerrate λ/οη weniger als 10 Stück / Million. Als Ursache der Fehler ergab sich ein Fehler beim Erzielen der erforderlichen Verbindung oder des stabilen Kontaktes zwischen dem Silberanschluss und der Dumet-Endkappe während des Herstellungsverfahrens. Wenn die Verbindung hergestellt ist, wird die Fehlerrate dem Wert O annähern. Die jüngsten Untersuchungen der Fehler an der Verrichtung zeigen, dass nach einem bestimmten Temperaturzyklus der Kontakt zwischen den Silberanschlüssen und der Dumet-Endkappe intermittierend wird und dass diese Neigung vom Anfang an in den fehlerhaften Einheiten vorhanden ist. Eine weitere Untersuchung der Drücke, Temperaturen und der verwendeten Materialien ergab, dass überhaupt keine Verbindung bzw. Schweissverbindung gebildet wird, dies im Gegensatz zu den Behauptungen des bekannten Standes der Technik.

2Q Es dürfte einleuchten, dass der Kontakt zwischen der Dumet-Endkappe und dem Silberanschluss des anschlussdrahtfreien Kondensators im wesentlichen ein einfacher Druckkontakt ist, der nach gewissen Temperaturschwankungen intermittierend wird.

Die vorliegende Erfindung verbessert nun den Kontakt zwischen den Anschlüssen der Glashülle und den Anschlüssen auf dem Kondensator innerhalb der Hülle. Um die Probleme, die dabei entstehen, zu lösen, wäre eine metallurgische Verbindung zwischen dem Kondensatoranschluss und der Endkappe eine erwünschte Lösung. Die vorliegende Erfindung bietet drei Verfahren zum Erzielen einer derartigen metallurgischen Verbindung.

Ein anderes, bekanntes Verfahren zum Herstellen einer metallurgischen Verbindung zwischen dem Anschluss eines Widerstandes und der vergrösserten Leitung der hermetisch verschlossenen Glashülle ist beschrieben in der US-PS 4 117 589, in der die Herstellung einer

„₅ Hülle für einen äusserst zuverlässigen Widerstand betont wird,

Während das Verfahren sich nicht auf Widerstände beschränkt, bezeichnen die beschriebenen Materialien und Temperaturen alle, dass das Vorfahren nicht anwendbar ist auf die Herstellung hermetisch verschlos-

PHA 21.1-11 . ^'S' 24.5.108-3

sener in Glas eingekapselter Kondensatoren.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf verbesserte Kontakte bei hermetisch verschlossenen in Glas eingekapselten keramischen Kondensatoren und insbesondere auf die Bildung einer metallurgischen Verbindung zwischen den Anschlüssen des Kondensators und den Endkappen der Verbindungsdrähte. Kondensatoren nach der vorliegenden Erfindung werden im wesentlichen hergestellt wie beschrieben in dem obenstehenden bekannten Stand der Technik mit Ausnahme der Bildung einer metallurgischen Verbindung zwischen dem Anschluss des Kondensators und der Dumet-Endkappe des Verbindungsdrahtes. Die Basis der Vorrichtimg ist ein genormter rechteckiger aus mehreren Schichten bestehender keramischer Kondensatorkörper. Im heutigen Stand der Technik wird Silber oder Silberfritte für den Anschluss des Kondensators benutzt. Geschweisste Verbindungsdrähte mit vergrösserten Endkappen werden mit den Enden des

^ Chips verbunden. Die Endkappe, die den Silberanschluss kontaktiert, besteht aus einem kupferbeschichteten Nickel-Eisen-Kern mit einer Borat/Oxidbedeckung (Dumet-Kappe). Nach dem bekannten Stand der Technik gibt es, wenn der Draht geschnitten wird, eine Verschmierung von Kupfer zu dem Ende des Drahtes. Dieses Kupfer kontaktiert den Süberanschluss

2Q und bildet wie gesagt eine Art von Verbindung. Am anderen Ende des Stiftes wird ein Draht festgeschweisst. Die Glasröhre zum Verschliessen des Kondensators ist ein Weichglas. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung, wobei eine metallurgische Verbindung zwischen dem Anschluss des Kondensators und der Dumet-Endkappe hergestellt wird.

In der ersten und bevorzugten Ausführungsform werden die Silberanschlüsse eines genormten monolithischen Kondensators mit Nickel bedeckt und zwar entweder in einem stromlosen oder einem elektrolythischen Verfahren. Die vernickelten Anschlüsse werden danach mit einer Hartlötlegierung wie einer Mischung aus Indium, Kupfer und Silber (In-Cu-Ag) bedeckt. An dieser Stelle wird das genormte Verfahren wieder aufgenommen. Der hermetisch verschlossene in Glas eingekapselte monolithische Kondensator wird dann hergestellt entsprechend dem obengenannten Artikel. Wenn im Verlauf des Verfahrens die Hülle auf eine Temperatur von 710 C erhitzt wird, tritt eine Verschweissung auf. Eine verschweisste metallurgische Verbindung wird dann zwischen dem Kondensatoranschluss und der Dumet-Endkappe hergestellt. Diese bevorzugte Ausführungsform erfordert keine Aenderung von Lehren, Oefen,

PHA 21.111 SrZ (k . 24.5.1983

Schmelztemperaturen, Atmosphäre oder Glaswerkstoffen.

In der zweiten Ausfuhrungsfonti erhält ein monolithischer Kondensator ohne Anschlüsse einen durch Zerstäuben erhaltenen Anschluss aus Titan mit einer nachfolgenden zerstäubten Nickelbedeckung.

Dieser Titan-Nickel-Anschluss wird danach bedeckt mit einer Hartlötlegierung aus Indium, Kupfer und Silber und dann wird das normale Schmelzverfahren wieder aufgenommen. In dieser Ausführungsform kann gegebenenfalls die Hartlötlegierung im Zerstäubungsverfahren angebracht werden.

10 In der dritten Ausführungsform wird ein monolithischer

Kondensator ohne Anschlüsse mit einem Titananschluss sowie mit einer Nickelbedeckung über das Titan in¹ Zerstäubungsverfahren versehen, üeber den Titan-Nickel-Anschluss wird eine eutektische Silber-Kupfer-Hartlötverbindung zerstäubt. Die bisher verwendete Glashülle muss durch ein Glas mit einem höheren Schmelzpunkt ersetzt werden, weil die Schmelztemperatur auf 800⁰C gesteigert wird. Mit diesen Aenderuhgen folgt dem Verfahren nach dem Stand der Technik ein Hartlötverfahren bei etwa 800⁰C.

In diesen drei Abwandlungen ist die zwischen dem Endanschluss des Kondensators und der Dumet-Endkappe gebildete metallurgische Verbindung stärker als diejenige, die nach dem bekannten Verfahren erhalten wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die bevorzugt erfindungs-

gemässe Ausführungsform,

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste alternative Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine zweite alternative Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen einen keramischen Kondensator 10, der Metallschichten 12-14 hat, welche die einander gegenüberliegenden Enden oder Ränder bedecken. Wie aus der Technik bekannt, erstrecken sich die jeweiligen metallischen Elektroden, die in dem Körper 10 einge-IxM tet sind, zu den einander gegenüberliegenden Enden des Körpers wo sie durch die Schichten an diesen Enden leitend kontaktiert werden.

PHA 21.111 "⁵^*?-. 24.5.1983

In Fig. 1 bestehen die Schichten 12, 14 aus Silber.

Wie ebenfalls dergestellt in den Figuren, die hermetisch verschlossene, in Glas eingekapselte keramische Kondensatoren zeigen, befinden sich die Körper 10 in Glashüllen 16. An den Enden der Hülle 16 befinden sich vergrösserte Köpfe bzw. Endkappen 18, 20 der Leitungen 22 bzw. 24, wobei die inneren Flächen derartigen Endkappen 18, 20 sehr nahe bei den Oberflächen der Schichten 12, 14 liegen. Die Leitungen sind derart gebildet, dass die Endkappen 18, 20 aus nur einem Material bestehen, beispielsweise einer Nickel-Eisen-Legierung (Dumet-), woran kupferbeschichteten Stahldräfrne festgeschweisst bzw. festtralötoL sind. Aber gewünschtenfalls können die Endkappen aus einer einzelnen Metalllegierung hergestellt werden. Die Endkappen 18, 20 haben vorzugs-

-weise innere Flächen,- die mit einem dünnen Metallfilm mit einem niedrigen

Schmelzpunkt, wie Kupfer oder Aluminium, bedeckt sind. Bei dem bekannten Ausführungsart sind diese Köpfe normalerweise eine kupferbedeckte Eisen/Nickelscheibe und die Anschlussdrähte meistens ein kupferbedeckter Stahldraht.

Die bisherige Beschreibung ist die eines herkömmlichen hermetisch verschlossenen in Glas eingekapselten Kondensators.

Wenn die Teile wie beschrieben zusammengestellt sind, wird auf die äusseren Enden der Köpfe 18, 20 eine Druckkraft ausgeübt, während das ganze einer ausreichend hohen Temperatur (710 C) in einer inerten Ätmosphär, meistens Stickstoff, ausgesetzt wird um zwischen den betreffenden Oberflächen der Köpfe 18, 20 lind der Glashülle 16 eine Verbindung herzustellen und umd die gegeneinander liegenden Silberanschlüsse und Kupferoberflächen der Endkappen miteinander zu verbinden und zwar derart, dass wenn das ganze abgekühlt wird, ein hermetisch verschlossener, in Glas eingekapselter monolithischer Kondensator gebildet wird, worin die Kontaktoberflächen physikalisch und leitend

₃g miteinander verbunden sind und durch heftige Schwingungen nicht getrennt werden können.

In der Literatur des Standes der Technik heisst es, dass der Kontakt zwischen den Silberschichten 12, 14 und den Rndkappen 18, eine Schweissverbindung ist, die aus den zwei Metallen ohne Verwendung eines Flussmittels oder eines Lötmittels für die kontaktierenden Oberflächen gebildet wird. Anderswo in der Literatur heisst es, dass unter Druck und Wärme das Kupfer auf der Oberfläche der Scheiben 18, 20 in die Silberanschlüsse 12, 14 des Kondensators diffundieren und eine

I IV: I Π": ·:":..;: 332Ü409

PHA 21.111 -C 24.5.1983

Schweissverbindung bilden. Detaillierte Untersuchungen an handelsüblichen Einheiten, die entsprechend dem bekannten Stand der Technik hergestellt wurden, ergaben, dass es zwischen den Anschlüssen 12, 14 und den Scheiben 18, 20 überhaupt keine richtige Schweissverbindung gibt.

Weitere detaillierte Untersuchungen zeigen, dass es im Grunde keine Migration des Kupfers zu den Silberanschlüssen gibt. Die Schlussfolgerung dieser Untersuchungen ist, dass unter Berücksichtigung der Temperaturen und der betreffenden Drücke eine richtige Schweiss- bzw. Hartlötverbindung nicht möglich ist. Aber in den meisten Fällen wird ein Druckkontakt hergestellt. Obschon die Fehlerrate für ein hochwertiges Produkt äusserst gut ist, sind die auftretenden Fehler an erster Stelle dem Mangel an eir/5m stabilen Kontakt zwischen den Scheiben oder Endkappen 18, 20 und den Silberanschlüssen 12, 14 zuzuschreiben. In der Erkenntnis ,dass der bekannte Stand der Technik

15 tatsächlich nur ein Druckkontakt benutzt und dass zum Verbessern

der niedrigen Fehlerrate, sich die vorliegende Erfindung auf eine Hartvetlötung der Endkappen 18, 20 mit den Anschlüssen 12, 14 zur Gewährleistung eines elektrischen Kontaktes und zum Minimalisieren der Fehlerrate bezieht.

20 In der ersten in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform

wird der übliche monolithische Kondensator 10 mit silbergefritteten Anschlüssen 12, 14 benutzt. Die Silberanschlüsse 12, 14 sind vernickelt und zwar entweder in einem stromlosen oder in einem elektrolytischen Verfahren zum Erhalten einer dünnen Nickelschicht 26, 28 die die Silberanschlüsse 12, 14 völlig bedeckt. Die Nickelschicht 26, 28 wird danach mit einer Hartlötlegierung aus Indium, Kupfer und Silber auf jedem Anschluss bedeckt. Die Hartlötliegerungsschichten 30, 32 werden derart angebracht, dass sie an den Dumet-Endkappen 18, 20 anliegen. An dieser Stelle wird das Abdichten der Einheit erzielt durch Anwendung des bekannten, in der obengenannten Literatur beschriebenen Verfahrens. Wenn die Temperatur 710⁰C erreicht, tritt.

Verlötung auf und es wird eine metallurgische Verbindung zwischen den Dumet-Flr.i!kappen 18, 20 und den vernickelten Anschlüssen 12, 14 des monolithischen Kondensators erhalten. Auf diese Weise wird eine stabile metallurgische Verbindung erzielt. Der Vorteil dieser Ausführungs fonn ist, dass keine Aenderung des Herstellungsverfahrens, der Lehren, des Ofens, des Glases und der Temperaturen und des atmosphärischen Druckes erforderlich sind. Die einzigöiAenderungen die notwendig sind,

• » ·■ ·

332OA09

. 9- 4

PHA 21.111 . 3 · jf 24.5.1983

sind die Nickelbedeckung der S über anschlüsse und die Tatsache, dass sie mit einer Hartlötlegierung bedeckt werden müssen.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der "Erfindung, wobei die Silberanschlüsse nicht auf dem monolithischen Kondensator benutzt werden. In der Ausführungsform nach Fig. 2 wird ein genormter monolithischer Kondensator im Zerstäubungsverfahren mit einer Titanschicht 11, 13 an den einander gegenüberliegenden Enden des Kondensators bedeckt. Die Titanschichten 11, 13 werden dann im Zerstäubungsverfahren mit einer Nickelschicht 15, 17 bedeckt. Das Verfahren zum Herstellen dieser Ausführungsform ist danach dasselbe wie bei der vorhergehenden Ausführungsform. Die Nickelschichten 15, 17 werden mit einer Hartlötlegierung aus Indium, Kupfer und Silber

" ■
bedeckt und das normale Herstellungsverfahren wird fortgesetzt. Diese

Ausführungsform hat einige derselben Vorteile der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme der Zerstäubungsstufen. Gegebenenfalls kann die Hartlötlegierung aus Indium, Kupfer und Silber ebenfalls zerstäubt werden.

Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Ausführungsform sind die Kon-

20 densatoranschlüsse 42, 44 im Zerstäubungsverfahren angebrachte

Schichten aus Titan, die danach im Zerstäubungsverfahren mit Nickelschichten 46, 48 bedeckt sind. In dieser Ausführungsform ist auf dem Nickel zur Bildung der Schichten 48, 50 eine eutektische Silber-Kupfer-Hartlötverbindungsschicht im Zerstäubungsverfahren angebracht. Für diese Ausführungsform ist die Glashülle 52 geändert in Glas mit einem höheren Schmelzpunkt. Weiterhin ist die Schmelztemperatur auf 800⁰C gesteigert. Alle weiteren Schritte des Verfahrens zum Abdichten des Kondensators sind dieselben geblieben.

Die untenstehenden Tafeln zeigen die Ergebnisse von Versuchen, Q durchgeführt mit herkömmlichen hermetisch verschlossenen in Glas eingekapselten monolithischen Kondensatoren, die entsprechend dem bekannten Stand der Technik hergestellt wurden und mit einigen Ausführungsformen die hierin beschrieben wurden. Die Tafel 1 zeigt die Ergebnisse von herkömmlichen hermetisch verschlossenen, in Glas eingekapselten Kondensatoren.

Bei diesen Ergebnissen ist bemerkenswert der niedrige Verlustfaktor und die Tatsache, dass zwei der zwölf getesteten Kondensatoren nach 300 Tomperaturzyklen aussetzten. Die Tafel 2.zeigt die Ergebnisse von Unter-

ΡΗΛ 21.111 'JfO' 24.5.1983

suchungen an Kondensatoren hergestellt entsprechend der zweiten beschriebenen Ausführungsform, wobei die monolithischen Kondensatoren abgedeckt wurden durch im Zerstäubungsverfahren angebrachtes Titan mit nachfolgendem im Zerstäubungsverfahren angebrachtem Nickel.

Diese Ergebnisse zeigen einen höheren Verlustfaktor nach dem Zerstäubungsverfahren, welcher Faktor nach dem Verschmelzen und nach dem Hartlöten noch weiter ansteigt. Aber der Verlustfaktor ist innerhalb akzeptierbarer Grenzen und keiner der 48 Kondensatoren setzte nach. 300 Temperaturzyklen aus.

Die Tafeln 3(a) und 3(b) zeigen die Ergebnisse von Versuchen an 48 stromlos und 48 elektrolytisch vernickelten Kondensatoren, hergestellt entsprechend der bevorzugten beschriebenen Ausführungsform. Der Verlustfaktor all dieser Kondensatoren ist im Vergleich zu dem der herkömmlichen handelsüblichen Kondensatoren relativ hoch. Aber

15 der Verlustfaktor (tg 6 ) ist innerhalb der anwendbarer MIL-STD-

Anforderungen akzeptierbar. Keiner der Kondensatoren setzte nach den Temperaturzyklen aus.

Tafel 1

Bei Empfang nach 100 Zyklen nach 300 Zyklen.

bei 1 V bei 1 V bei 50 mV bei 1 V bei 50 mV

Kap. tqo kap. tg ο Kap tg <f Kap. tg ο Kap. tg <f (nF) (S) (nF) (S) (nF) (S) (nF) (S) (nF) (S)

122.3 0.7 134.8 1.1 127_?6 0,6 134,5 0,9 126,9 0,6 ■

Die Tafel (1), bezieht sich herkömmliche in Glas eingekapselte Kondensatoren, Temperaturzyklen zwischen 210 C und 30 C (T - 180⁰C) ausgesetzt mit 20 Minuten zum Aufwänraiund 20 Minuten zum Abkühlen. Die Werte sind Durchschnittswerte von 12 Proben. Nur ein Kondensator setzte nach 100 Zyklen aus und ein zweiter Kondensator nach 300 Zyklen und zwar wegen des hohen Verlustfaktors. Die Messungen wurden bei 1 kHz und bei der angegebenen zugeführten Spannung durchgeführt.

co

TAFEL

Nach den Zerstäuben Nach dem Hartlöten (nach 3 Tagen)

bei 1 V

150.4
137.6
158.6
179.1
161.7
141.8
149.3

tg

1.2 1.2 1.3 1.4 1.2 1.2 1.1

Kap.(nFj tg

128.9 124.6 115,7 134,3 126,8 114.8 114.7

2,7 3.2 3.9 3.9

5.3 5.1

bei 50	mV	tg
Kap.(np)	1.6
121.3	2.0
116.4	2.7
108.2	2_f8
126.5	1.8
120.7	4.0
107.9	4.1
114.7

Nach 100 Zyklen

bei 50 mV
Kap.(nFj tg V

125.2
117.8
108,7
126.7
121.0
108.4
107.8

1.6 2.0 2.8 2.8 1,8 4,1 4.4

Nach 300 Zyklen bei 50 mV

125.5 >	1¹·⁶	Λ 9	» * *
118.4 110.2 I 129.0 '	2.1 2.8 . '.' 2.8	* * » 5
122.7	1.8 ^. //	k 9 J>
108.8 '· 108.6 I	4.2 ^ ;' * » 4.4 ^.	* * f
	* · *

	*

Die Kondensatoren nach dieser Tabelle wurden im Zerstäubungsverfahren bedeckt mit 2500 8 Ti und 7500 S Ni. (Der Verlustfaktor bei 50 mV nach dem Zerstäuben beträgt ca. 0.6%).

CO

co

U)

ro οι

ro ο

Tafel 3a Stromlos vernickelte Kondensatoren

Probe Vor dem Abdichten

Nach dem Abdichten

Nach 100 Zyklen Nach 300 Zyklen

Nach 1 Tag

Nach 3 Tagen Nach 3 Tagen

Nach 3 Tagen

79
80
81
82
83
84
85
86

Tot.
(Dschn)

Kap. nF/ tgi/7%/ Kap.fnF) tgf(%) Kap/nF) tqf(%i Kap^nF.) tq£{%\ Kap/nF¹ tg</(%

131.1 119.3 127.4 130.4 134,5 131.2 136.8 130.0 130.1

0.7 0.7 0.7 0.5 0.6 0.6 0.6 0.5 0.6

112,1 114.6

125,2 119,9 121,8 126,8

1.9 2.0

2.5 1.6 1,6 2,7

102.7 104.2 113.0 112.7 115,8 112,6 112,8 111.3 110.6

1.6
1.4
1.8
1.9
1.9
1.6
1.5
2.2
1.7

111.3
111.8
11P. 7
116.1
117,9
117.4
119,0
115,5
115,7

1.8
1.6
1,7

1,8
1.7
1,8
1,6
2,4
1.7

108,3
108.5
116.6
115,7
119.2
117.9
119.1
112,1
114.7

1.7 1.4 1.6 1,7 1.7 1.8 1.6 2,1 1,7

C f f I

5E In beiden Proben 83 und 86 zeigte ein Kondensator einen hohen Verlustfaktor und wurde im Durchschnittswert nicht berücksichtigt.

föc Probe 86 wurde 4 mal langer als normal auf Temperatur gehalten und wurde im Gesamtdurchschnittswert nicht berücksichtigt.

K)

Ui

cx>

U)

CO O

to

CJl

ro

Tafel 3b Elektrolytisch vernickelte Kondensatoren

Probe Vor dem Abdichten

Nach dem Abdichten

Nach 1 Tag

Nach 3 Tagen

Nach ίΟΟ Zyklen ■ Nach 300 Zyklen
Nach 3 Tagen Nach 3 Tagen

Kap. nF/ tg/7%) Kap. (tiFl tq<f(%) Kap. /nFJ tq<f(%) Kap.

Kap. fnF/ tgci(%)

71	124.1
72	132,8
73	126,7
74*	131.4
75	125,8
76	126.9
77	127,8
78	129,6
Tot	128.1
(Dschn)

0.5	—	—	113.0	1.1	120.0	¹'⁴	113.2	1,2
0.8	-	-	117.7	1.1	123.4	1.3	121.1	1.2
0.7	-	-	114,8	1,4	117,8	1.4	116.7	1.3
0.6	114.1	1.8	105.8	1.6	108.7	1,7	106.8	.1,6
0.7	119.2	1,2	108,9	'. 1·¹	114.8	1.2	115.9	; 1.2
0.7	120.0	1,4	108.8	. 1.3	112.5	1,3	113.5	: 1.4
0.7	131.0	1,5	118,4	1.3	121.2	1.3	121_T4	1.4
0,6	124.5	1,7	111,0	1.5	■ 115.2	1,6	115,8	^; 1.5
0.7			• 112.3	1.3	116.7	1.4	115.6	1.4

χ Probe 74 wurde ca. 2 mal langer als normal auf Temperatur gehalten.

NJ

CO

co

CO ΙΌ O

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PHA 21.111 I^ 24.5.1983

Die Taljolle (3). Uebersicht der Ergebnisse von Hartlöten von Mehrschichtkondcnsatoren in Mono-Glas-Konfiguration mit nachfolgender Temperatur-Zyklusbehandlung. Die Ergebnisse wurden bei 48 stromlose und 48 elektrolytisch vernickelten Kondensatoren erhalten. Jede Reihe

π enthält 6 Kondensatoren. Die angegebenen Ergebnisse sind Durchschnittswerte von 6 Messungen. Die Hartlot- und Abdichtungstemperatur beträgt 703⁰C wälirend etwa 3 Minuten. Die Hartlötlegierung war WESGO Incusil (Ag 61,52, Cu 24%, In 14,5%) - 400 mesh. Die Glashüllen und die Dumet-Kappen sind derselben Art wie verwendet bei den herkömmlichen Mono-Glas-Kondensatoren. Die Kondensatoren wurden zwischen 210⁰C und 30⁰C (T = 180⁰C) einer Temperaturzyklusbehandlung ausgesetzt mit 20 Minuten zum Aufwärmen und 20 Minuten zum Abkühlen. Die elektrischen Messungen wurden durchgeführt bei 1 kHz und mit 50 mV zugeführter Spannung.

Die nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Kondensatoren ergaben einen verbesserten metallurgischen Kontakt bei hermetisch verschlossenen, in Glas eingekapselten monolithischen Kondensatoren statt mit einem einfachen Drudekontakt, der bisher überwiegend bei handelsüblichen Einheiten angewandt wurde und der nach einigen Temperaturzyklen dazu neigte, intermittierend zu werden. Diese Kondensatoren haben zwischen dem Kondensatoranschluss und der Endkappe eine metallurgische Verbindung. Weiterhin können zwei oder drei Ausführungsformen in demselben Temperaturbereich und in derselben Atmosphäre,wie diese üblicherweise kommerziell benutzt wurden hergestellt werden und können auch die vorhandenen handelsüblichen Glashüllen benutzt werden. Die dritten Ausführungsform erfordert die Verwendung eines anderen Weichglases mit demselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten aber mit einer höheren Erweichungstemperatur. Aber dieses Glas, bekannt als Flaschenglas, ist ebenfalls leicht erhältlich. Der wesentliche Unterschied mit den zur Zeit erhältlichen hermetisch

3Q verschlossenen, in Glas eingekapselten Kondensatoren ist die

Anwendung von Koramik-Metall-Verbindungstechniken zur Verbesserung der Zuverlässigkeit unter extremen Temperaturverhältnissen. Die metallurgische Verbindung der Dumet-Endkappe und des keramischen Kondensators ist im bekannten Stand der Technik nicht beschrieben.

Claims

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Patentansprüche:

yEin hermetisch verschlossenes, in Glas eingekapseltes

Kondensatorgefüge mit einem monolithischen keramischen Kondensator mit leitenden Endanschlüssen, einem Paar biegsamer Metalleitern mit je einer vergrösserten nicht biegsamen Endkappe mit einer Stirnfläche in der Nähe eines betreffenden leitenden Anschlusses des genannten Kondensators, wobei die nahe liegenden Enden des Elementes und die Endkappen aus gleichen Metallen sind, wobei eine Glashülle das genannte Element und die Endkappen mit einem direkten physikalischen Glas-Metal-Kontakt zwischen der genannten Hülle und den lateralen Flächen der genannten Endkappen umgibt und wobei die genannten physikalisch Kontaktierenden Glas- und Metalflächen angeordnet sind um im Heissversiegelungsverfahren abgedichtet zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator wenigstens eine zusätzliche Metallschicht auf den genannten Anschlussenden des genannten Elementes enthält, wobei die zusätzlichen Metallschichten gewählt worden sind um eine Hartlötverbindung zwischen den genannten Anschlüssen und den genannten Endkappen herzustellen, wenn das genannte Gefüge dem Heissversiegelungsverfahren ausgesetzt wird.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Endanschlüssen des genannten Elementes aus Silber sind, die genannte zusätzliche Metallschicht eine Nickelschicht auf dem genannten Silber ist und die genannte Nickelschicht mit einer Hartlötlegierungsschicht aus Indium, Kupfer und Silber bedeckt wird.
3. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Nickelschicht stromlos angebracht wird.
4. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Nickelschicht elektrolytisch angebracht wird.
5. Kondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Nickelschicht im Zerstäubungsverfahren angebracht wird.
6. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht auf dem genannten Anschlussende aus Nickel besteht und eine zweite Schicht eine Hartlötlegierungsschicht aus Indium, Kupfer und Silber ist.
7. Kondensator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Indium, Kupfer und Silber im Zerstäubungsverfahren auf

der genannten Nickelschicht angebracht wird.
8. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Endanschlüsse eine im Zerstäubungsverfahren angebrachte

U'O-UL -O-..^: 332Ü409

PHA 21.111 9 24.5.1983

Titanschicht sind, wobei die genannte zusätzliche Metallschicht eine im Zerstäubungsverfahren angebrachte Nickelschicht ist, und die
genannte Hartlötlegierungsschicht eine im Zerstäubungsverfahren aufgebrachte Schicht einer eutektischen Kupfer-Silber-Legierung und
die genannte Glashülle aus Flachenglas hergestellt ist.

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