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Verfahren zum örtlichen Aneinanderheften von Metallteilen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum örtlichen Aneinanderheften von Metallteilen zur
Herstellung einer Transistorhülle oder einer Elektronenröhre durch Widerstandsschweissen der Metallteile mit zwischengelegter Metallschicht.
Wenn Teile, durch die mindestens ein Metalldraht elektrisch isoliert hindurchgeführt ist, durch Hef- tung gas-oder vakuumdicht miteinander verbunden sind, so wird die isolierte Durchführung häufig dann sehr leicht beschädigt, wenn sie aus einer einer Druckspannung ausgesetzten Glasdurchführung besteht oder aus einem Material gefertigt ist, dessen Ausdehnungskoeffizient etwa gleich demjenigen des Metalls ist, in dem die Durchführung angebracht oder an das sie geheftet ist.
Gegenstände mit einem solchen Aufbau sind z. B. Metallhüllen für Transistoren oder Elektronenröhren. Sie bestehen aus einem sogenannten Boden, auf dem ein Transistorelement oder ein Elektrodensystem angeordnet ist und durch den die Verbindungsdrähte in Glasdurchführungen hindurchlaufen, sowie aus einer Metallhaube oder einem Metallkolben, die bzw. der über das Element oder das Elektrodensystem gestülptund deren bzw. dessen Rand haftend gas-oder vakuumdicht mit dem Umfang des Bodens verbunden ist.
Es stellte sich heraus, dass eir Hartlötverfahren zum Herstellen einer haftenden Verbindung der obengenannten Metallteile ungeeignet war. Infolge der hohen Temperatur kann die Glasdurchführung schmelzen und das Elektrodensystem durch Oxydation oder der halbleitende Kristall durch Diffusion beschädigt werden. Es wurde weiterhin festgestellt, dass durch Löten mit Hilfe von niedriger schmelzenden Legierungen keine dauerhafte vakuumdichte Verbindung erzielbar war. Auch eine Verschweissung der Teile erwies sich als ungeeignet, weil eine Glasdurchführung Temperatursprünge und ungleichmässige Wärmezufuhr sehr schlecht verträgt.
Gemäss der Erfindung werden die Metallteile in der Weise durch Widerstandsschweissen mit zwischengelegter Metallschicht haftend gas-oder vakuumdicht miteinander verbunden, dass die Metallschicht auf die Metallteile mittels eines an sich bekannten chemischen Vernickelungsbades niedergeschlagen wird, das aus einer wässerigen Lösung mit einem pH-Wert zwischen 4 und 7 von Nickelionen, Hypophosphitionen und einer mit Nickelionen Komplexe bildenden Verbindung, vorzugsweise einem säureneutralisierenden Komplexbildner auf Aminbasis, besteht, wobei in diesem Vernickelungsbad das Molverhältnis von Hypophosphit zu Nickelsalz mindestens etwa 3 ist und das Molverhältnis der mit Nickelionen Komplexe bildenden Verbindung zu Nickelsalz wenigstens 2 ist, u. zw. derart, dass eine wenigstens 120/0 Phosphor enthaltende Nickelschicht erhalten wird.
Es ist ein Verfahren zum Aneinanderheften von Teilen bekannt, bei dem auf diesen Teilen aus einem chemischen Vernickelungsbad eine Phosphor enthaltende Nickelschicht niedergeschlagen wird, wonach die Teile miteinander in Berührung gebracht werden und schliesslich das Ganze auf eine Temperatur zwischen 8000 C und 14000 C in einer Schutzatmosphäre erhitzt wird, bis der Phosphor nahezu völlig verschwunden ist.
Beim Zustandekommen des Verfahrens nach der Erfindung hat es sich herausgestellt, dass sich auf die vorstehend erwähnte Weise nachAufbringen einer Nickelschicht aus einem chemischen Vernickelungsbad, das eine mit Nickelionen Komplexe bildende Verbindung enthält, durch Widerstandsschweissen eine aus-
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gezeichnete Verbindung der Teile ergibt, wobei die Glasdurchfuhrungen nicht beschädigt werden. Es erwies sich nämlich als wichtig, dass die beim Verbinden der Teile zugeführte Wärme nicht zu einem erheblichen Teil vom Basismetall der Teile aufgenommen wird. Es stellte sich heraus, dass eine auf die geschilderte Weise angebrachte Nickelschicht im Gegensatz zu den auf andere Weise aufgebrachten Nickelschichten im Vergleich zum üblichen Basismetall der betreffenden Teile, z. B.
Eisen oder Stahl, einen aussergewöhnlich hohen elektrischen Widerstand und eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Durch die Tatsache, dass das Nickel in Komplexform vorliegt, wird die Geschwindigkeit der Reduktion zu Nickelmetall augenscheinlich herabgesetzt, während die Zersetzung des Hypophosphites unter Phosphorbildung wenig oder gar nicht beeinflusst wird. Das solcherart abgeschiedene Nickel hat nämlich einen erheblich höheren Phosphorgehalt als das ohne die Gegenwart eines Komplexbildners chemisch niedergeschlagene Nickel.
Die Menge des dem Bad zuzusetzenden Komplexbildners muss so gewählt werden, dass etwa 50- 900/0 der Nickelionen im Bad komplexgebunden werden. Dies hängt somit von der Dissoziationskonstanten des zu bildenden Nickelkomplexes ab und daher muss das Verhältnis in Mol.-'% der mit Nickel Komplexe bildenden Verbindung zu Nickel mindestens 2 sein. In der nachstehenden Tabelle wird der Phosphorgehalt im ausgeschiedenen Nickel in Abhängigkeit von der Menge der als Komplexbildner einem chemischen Ver- mckelungsbad zugesetzten Zitronensäure angegeben.
Tabelle
EMI2.1
<tb>
<tb> Ni <SEP> ++ <SEP> Zitronensäure <SEP> Prozentsatz <SEP> des <SEP> Phosphors
<tb> Mol. <SEP> -0/0 <SEP> Mol. <SEP> -0/0 <SEP> im <SEP> abgeschiedenen <SEP> Nickel
<tb> 1 <SEP> 0 <SEP> 8
<tb> 0, <SEP> 07 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 9
<tb> 0, <SEP> 05 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 11, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 035 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 14, <SEP> 5 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 02 <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 20
<tb>
Ein anderer Komplexbildner ist z. B. Hydroxyessigsäure. Es stellte sich heraus, dass die für die in Rede stehende Anwendung wichtigen Eigenschaften, d. h. der hohe elektrische Widerstand und die niedrige Wärmeleitfähigkeit, bei dem auf diese Weise niedergeschlagenen Nickel auftreten. Infolge des hohen Phosphorgehaltes ist auch der Schmelzpunkt des Nickels (etwa 8000 C) erheblich niedriger als der des Nickels, das ohne einen Komplexbildner erhalten wird.
Dies ist gleichfalls günstig für das Widerstandsschweissverfahren, denn die erforderliche Schweissenergiemenge ist gering.
Erwähnenswert ist auch die beachtliche Beständigkeit der für die betreffende Anwendung niedergeschlagenen Nickelschicht mit hohem Phosphorgehalt gegen Wasserstoffsuperoxyd, was bei der Herstellung von Transistorhutlen wichtig ist, denn Transistorelemente müssen vor Abschluss der Hülle mit Wasserstoffsuperoxyd behandelt werden, was viele Metalle jedoch nicht vertragen.
Gemäss der Erfindung findet als Komplexbildner im chemischen Vernickelungsbad vorzugsweise ein Säuren neutralisierender Komplexbildner auf Aminbasis Verwendung. Beispiele solcher Komplexbildner sind Äthylendiamin, Ammoniak oder Aminoessigsäure. Durch Verwendung solcher Säuren neutralisierender Komplexbildner bleibt der pu-Wert nahezu konstant, während er ohne diese Pufferwirkung infolge der Reaktion :
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allmählich absinken würde, wodurch die Abscheidegeschwindigkeit allmählich abnimmt. In diesem Falle ist der gesonderte Zusatz eines Puffers notwendig.
Infolge der Tatsache, dass dem Nickelbad ein Säuren neutralisierender Komplexbildner für Nickelionen zugesetzt wird, kann an Stelle dieser Reaktion die nachstehende auftreten, z. B. bei Zusatz von Äthylendiamin :
EMI2.3
wodurch der PH-Wert der Lösung nahezu konstant bleibt.
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Ein Beispiel eines im Rahmen der Erfindung brauchbaren Bades ist eine Lösung, die je Liter 16 g NiC. 6HP, 80 g Aminoessigsäure, 24 g NaH PO2. lH O und 6, 8 g NaOH enthält. Der pH-Wert dieser Lösung beträgt 5, 5. Wenn dieses Bad zu 95Ufo erschöpft ist, ist der PH- Wert noch immer 5, 5.
Es sei bemerkt, dass einige Verbindungen, die als Komplexbildner dienen können, bereits als Zusätze zu chemischen Vernickelungsbädern vorgeschlagen sind. Bekannt ist ein Bad, das aus einer wässerigen
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ss-Aminocarbonsäurelöslichen Nickelphosphits entgegenzuwirken. Die Erkenntnis, dass sich durch Zusatz eines Komplexbildners zum Bad eine Nickelschicht mit hohem elektrischem Widerstand und niedriger Wärmeleitfähigkeit ergibt, die für die Widerstandsverschweissung von Teilen, die eine gegen Temperatursprünge empfindliche isolierte Durchführung enthalten, wichtig ist, war jedoch beim bekannten Verfahren nicht vorhanden.
Die Temperatur des Vernickelungsbades wird vorzugsweise nicht höher als 850 C gewählt, weil sich sonst auch Nickel auf dem Material der Durchführung absetzt, das in einem gesonderten Arbeitsgang wieder entfernt werden muss, bevor die Teile miteinander verbunden werden. Eine Mindesttemperatur von 650 C ist erforderlich, um eine ausreichende Abscheidungsgeschwindigkeit des Nickels zu erhalten.
Zur Erzielung einer reproduzierbaren Schweissgüte ist es wichtig, die Schichtdicke des abgeschiedenen Nickels konstant zu halten, z. B. auf einem Wert von 2 bis 5 bL je nach der Gestaltung der zu verschweissenden Teile. Bei einer bestimmten zu vernickelnden Oberfläche ist dies am bestendadurch durchführbar, dass ein Bad mit einer berechneten Menge an Nickelsalz Verwendung findet, mit dem bis zu seiner Erschopfung vernickelt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum örtlichen Aneinanderheften von Metallteilen zur Herstellung einer Transistorhülle ) der einer Elektronenröhre durch Widerstandsschweissen der Metallteile mir zwischengelegter Metallschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichtauf die Metallteile mittels eines an sich bekannten chemischen Vernickelungsbades niedergeschlagen wird, das aus einer wässerigen Lösung mit einem pH-Wert zwischen 4 und 7 von Nickelionen, Hypophosphitionen und einer mit Nickelionen Komplexe bildenden Verbindung, vorzugsweise einem säureneutralisierenden Komplexbildner auf Aminbasis, besteht, wobei in diesem Vernickelungsbad das Molverhältnis von Hypophosphit zu Nickelsalz mindestens etwa 3 ist und das Molverhältnis der mit Nickelionen Komplexe bildenden Verbindung zu Nickelsalz wenigstens 2 ist,
1. zw. derart, dass eine wenigstens 12Ufo Phosphor enthaltende Nickelschicht erhalten wird.