DE3703326A1

DE3703326A1 - Vakuumschaltroehre

Info

Publication number: DE3703326A1
Application number: DE19873703326
Authority: DE
Inventors: Klaus Gessner; Ernst-Ludwig Dipl Phys D Hoene; Roman Dipl Phys Dr Renz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-02-04
Filing date: 1987-02-04
Publication date: 1988-08-18
Also published as: US4795866A; JPS63213232A; EP0277909A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vakuum schaltröhre ist beispielsweise aus der DE-AS 26 59 871 bekannt. Dort sind als Lötmaterial verschiedene Lote mit Schmelzpunkten zwischen 605°C und 960°C mit ihrer Eignung zum Löten verschie dener Materialien von Vakuumschaltröhren angegeben. Dabei ist als "niedriger" Schmelzpunkt ein Schmelzpunkt zwischen 605°C und 835°C aufgeführt.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, be steht in einer kostengünstigen und für eine Serienfertigung be sonders geeigneten Ausführungsform einer Vakuumschaltröhre. Diese Aufgabe wird bei einer Vakuumschaltröhre gemäß dem Ober begriff durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß einer Erkenntnis, die unserer Erfindung zugrundeliegt, lassen sich Weichlote mit einem unter 400°C liegenden Schmelz punkt auch für Vakuumschaltröhren einsetzen, ohne daß die Schaltleistung oder die Lebensdauer unzulässig herabgesetzt wird. Insbesondere in Schützröhren für Mittel- oder Nieder spannung läßt sich eine Weichlötung vorteilhaft einsetzen. Die Erfindung ermöglicht einen besonders wirtschaftlich her stellbaren Aufbau von pumpstengellosen Vakuumschaltröhren. Durch die Weichlötung wird die Temperaturbelastung des Gehäuses herabgesetzt, mechanische Spannungen, die beim Erkalten nach der Lötung entstehen, werden gering gehalten. Dadurch wird der Einsatz von thermisch nicht angepaßten Materialien ermöglicht, ohne daß Dichtheitsprobleme auftreten. So ist eine erhebliche Kostenreduzierung möglich.

Das Weichlot soll dabei einen Schmelzpunkt von höchstens etwa 300°C besitzen. Insbesondere eignet sich ein hochreines Zinnlot, da dieses einen sehr geringen Dampfdruck bei 300°C besitzt, oder ein Weichlot aus Sn₅₀PbCu, dessen Dampfdruck bei 300°C unter 10^-13 bar liegt. Mit diesen Loten läßt sich eine Bedamp fung von isolierenden Gehäuseteilen vermeiden und somit eine sehr hohe Isolation der fertigen Röhre gewährleisten.

Das Weichlot eignet sich auch für Metall-Keramik-Verbindungen. Dabei sind die Lötflächen auf der Keramik vorteilhaft metalli siert.

Bei einer Weichlotverbindung braucht der thermische Längenaus dehnungskoeffizient der Metallteile nicht an den der Isolier stoffteile angepaßt zu sein. Vielmehr läßt sich das Weichlot soweit plastisch verformen, daß unterschiedliche Temperatur ausdehnungskoeffizienten ausgeglichen werden. So können z.B. unschwierig Kupferteile mit Keramikteilen weichverlötet werden, wobei sowohl eine Stumpflötung als auch eine flächige Verlötung mit der Stirnseite der Keramik möglich ist. Erfindungsgemäß verlötete Vakuumschaltröhren werden vorteilhaft ohne Pumpsten gel ausgeführt. Der gegen mechanische Beanspruchung sehr emp findliche Pumpstengel wird dabei durch eine unempfindliche Weichlötstelle ersetzt. Dies vereinfacht den Aufbau der Vakuum schaltröhre und ihre Handhabung ganz erheblich und reduziert die Gefahr von Beschädigungen bei der Handhabung der Röhre.

Die Festigkeit der Weichlötung reicht auch zum Verlöten des ge samten Gehäuses von Vakuumschaltröhren aus. Dies führt insbeson dere bei den relativ billigen Schützröhren zu einer erheblichen Kostenersparnis.

Zur Herstellung von erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhren ist ein Verfahren vorteilhaft, bei dem die Weichlötung oxid- und fluß mittelfrei im Vakuum erfolgt und bei dem die Löttemperatur unter 400°C liegt und die Schmelztemperatur des Lotes um nicht mehr als 100°C kleiner ist als die Löttemperatur und bei dem beim Lötvorgang ein Druck von weniger als 10^-6 bar herrscht. Bei die sem Verfahren wird eine einwandfreie Lötung erreicht und ein störendes Abdampfen von Lotmetall unterbunden.

Um störende Oxidschichten auf dem Lot zu vermeiden, wird vor teilhaft versilbertes Lot, beispielsweise versilbertes Zinnlot verwendet. Außerdem ist es vorteilhaft, die Lötflächen und das Lot unmittelbar vor der Lötung von Oxiden zu befreien.

Das Verfahren wird vorteilhaft weitergebildet, indem das Weich lot in Form eines gewellten Ringes auf die vorgefertigte Vakuum schaltröhre aufgelegt und auf diesen Lotring ein Deckel aufge legt wird und indem mehrere Vakuumschaltröhren in einem Arbeits gang evakuiert und im Vakuum dicht verlötet werden. Für hohe An forderungen empfiehlt es sich, daß die Kupferteile vor dem Weich löten versilbert werden. Eine dauerhafte und sichere Verbindung mit Keramikteilen wird erreicht, indem die Keramikteile vor dem Weichlöten metallisiert werden.

Bei erfindungsgemäßen Röhren reicht es aus, daß die Schaltröhren bei nur etwa 200°C bis 250°C ausgeheizt werden und daß im selben Arbeitsgang die Weichlötung hergestellt wird.

Die Erfindung wird nun anhand von acht Figuren näher erläutert. Sie ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Beispiele be schränkt.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen Ausführungsformen mit einem Metall deckel, der auf eine Gehäuseöffnung aufgelötet ist.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen Beispiele für Lötverbindungen zwi schen Metallteilen und Isolierstoffteilen des Gehäuses.

Die Fig. 1 zeigt eine Vakuumschaltröhre 1 schematisch. Die Kon taktbolzen 2 und/oder 3 können beim Schaltvorgang in Pfeilrich tung bewegt werden. Ein Metalldeckel 4 ist auf eine Öffnung 5 im Gehäuse aufgelötet. Der Metalldeckel 4 ist mechanisch nur wenig belastet, diese Ausführungsform eignet sich unter anderem auch für mechanisch stark beanspruchte Vakuumschaltröhren. Der Dek kel 4 kann dabei ein einfacher Lötpfropfen in einer Öffnung sein. Für größere Schaltröhren weist er vorteilhaft die Gestal tung der Fig. 2 auf. Dabei ist das Lot 6 vorteilhaft in Form eines gewellten Lotringes 7 eingebracht (Fig. 3). Dadurch bleibt beim Evakuierungsvorgang ein Spalt zum Innenraum der Röhre er halten, die Röhre kann einwandfrei evakuiert werden. Anstelle des gewellten, vorteilhaft aus einer Folie gebildeten Lotringes 7 kann auch ein anderer Lotring verwendet werden, sofern er einen ausreichenden Querschnitt zwischen dem Innenraum 8 der Schaltröhre und der Umgebung freiläßt. Zum Beispiel kann ein Lotring 9 gemäß Fig. 5 eingesetzt werden, welcher einen Ring sektor darstellt. Gemäß Fig. 4 ist der Lotring in einer Boh rung 10 des Kontaktbolzens 11 untergebracht, die durch schma lere Bohrungen 12 und 13 mit dem Innenraum 8 der Röhre in Ver bindung stehen. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei kleinen Röhrentypen vorteilhaft, bei denen außerhalb des Kon taktbolzens 11 keine ausreichenden Flächen für die Anbringung eines Deckels vorhanden sind.

Gemäß Fig. 6 ist auf ein Keramikteil 14 des Gehäuses eine Me tallkappe 15 stumpf aufgelötet. Die Lötverbindung 16 ist mit tels Weichlot hergestellt. Ebenso die Lötverbindung 17 zum festen Kontaktbolzen 11.

Die Lötverbindung 16 kann gemäß Fig. 7 als V-Weichlötung aus geführt sein. Anstelle der Stumpflötung gemäß Fig. 6 kann auch eine Flachlötung gemäß Fig. 8 eingesetzt werden, wobei wieder V-förmige Weichlotnähte 19 eingesetzt werden können, die den Flansch 18 mit der Stirnfläche des Keramikteiles 14 verbindet. Die Verbindung erfolgt vorteilhaft über eine Metallschicht 20, die vorher auf die Stirnfläche 21 des Keramikteiles aufgebracht ist.

Für die Ausführungsformen die Fig. 1 bis 5 ist vorteilhaft das Gehäuse der Vakuumschaltröhre bereits vorgefertigt. Dabei kann das Gehäuse mittels üblicher Hartlotverbindungen herge stellt sein. Das Ausheizen und das Löten kann dann an einer ganzen Serie von Vakuumschaltröhren gleichzeitig im selben Vakuum erfolgen, ohne daß hierfür besondere Einrichtungen nötig wären. Bei dieser Ausführungsform empfiehlt sich ein Druck von weniger als 10^-7 bar für eine Weichlötung bei 300°C.

Als Material für die Metallteile eignet sich insbesondere Kupfer, als Isolierstoff eine Keramik, die zumindest 80% Al₂O₃ enthält. Diese Keramik wird vorzugsweise im Bereich der Lötflächen metal lisiert. Vorteilhaft wird das Kupfer versilbert, um störende Oxide zu vermeiden.

Auch Glas oder Porzellan können als Isolierstoffe in erfindungs gemäßen Aufbauformen eingesetzt werden.

Claims

1. Vakuumschaltröhre, in der das Gehäuse aus elektrisch nicht leitenden Teilen und aus Metallteilen zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Vakuumschaltröhre, welches den Innenraum der Röhre von der Umgebung trennt, mittels eines Weichlotes, dessen Schmelzpunkt unter 400°C liegt, vakuumdicht verlötet ist.

2. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Weichlot einen Schmelzpunkt von höchstens etwa 300°C besitzt.

3. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Weichlot ein hochreines Zinn lot ist.

4. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 2, da durch gekennzeichnet, daß das Weichlot ein Sn ₅₀PbCu-Lot ist, dessen Dampfdruck bei 300°C kleiner ist als 10^-13 bar.

5. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse be reits in an sich bekannter Weise vorgefertigt ist, daß eine Gehäuseöffnung vorgesehen ist, die durch einen Deckel verschlos sen ist und daß dieser Deckel mittels Weichlot aufgelötet ist.

6. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß sie Metall-Kera mik-Verbindungen enthält, die mittels Weichlot hergestellt sind.

7. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Temperatur koeffizienten des Metallteils und des mit ihm verlöteten Iso lierstoffteils nicht aneinander angepaßt sind.

8. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß sie keinen Pump stengel enthält.

9. Verfahren zur Herstellung einer Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich net, daß die Weichlötung oxid- und flußmittelfrei im Vakuum erfolgt, daß die Löttemperatur unter 400°C liegt, daß die Schmelztemperatur des Lotes um nicht mehr als 100°C kleiner ist als die Löttemperatur und daß beim Lötvorgang ein Druck von we niger als 10^-6 bar herrscht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß versilbertes Lot verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötflächen und das Lot unmittelbar vor der Lötung von Oxiden befreit werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichlot in Form eines gewellten Ringes auf die vorgefertigte Vakuumschaltröhre und darauf der Deckel aufgelegt wird und daß mehre Vakuumschalt röhren in einem Arbeitsgang evakuiert und im Vakuum dicht ver lötet werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Kupferteile vor dem Weichlö ten versilbert werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikteil vor dem Weich löten metallisiert wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltröhre bei nur etwa 200°C bis 250°C ausgeheizt wird und daß im selben Arbeitsgang die Weichlötung hergestellt wird.