METHOD OF BONDING CERAMIC BODIES TO ONE ANOTHER OR TO METALLIC BODIES

Abstract: 1. A method for the force-coupled and vacuum-tight bonding of ceramic components to one another or to metallic components by means of thermocompression by using a soldering material which is provided between the components to be bonded prior to the thermocompression process, characterized by the use of a soldering material of an aluminium-zinc-magnesium alloy having 91.1 % - 97.9 % by weight of Al, 1.6-5.3 % by weight of Zn and 0.5-3.6 % by weight of Mg.

Description: Verfahren zum Verbinden von keramischen Bauteilen miteinander oder mit metallischen Bauteilen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kraftschlüssigen und vakuumdichten Verbinden von keramischen Bauteilen z. B. aus Aluminiumoxid miteinander oder mit metallischen Bauteilen mittels Thermokompression (T.C.) unter Verwendung eines vor dem Thermokompressionsvorgang zwischen die zu verbindenden Bauteile gebrachten Lotmaterials. Es ist bekannt, keramische Bauteile aus Al203 durch Hartlötungen oder Thermokompression miteinander zu verbinden. Es ist ebenfalls bekannt, legierte Stähle, beispielsweise Edelstahl 1.4057, durch Hartlötungen und Thermokompression mit Bauteilen aus Aluminiumoxid zu verbinden. Die Thermokompression ist ein Verbindungsverfahren, welches gegen über bekannten Lötverfahren ausserordentlich rasch vor sich geht und deshalb zeitsparend ist. Bei einem bekannten Verfahren zum Verbinden von keramischen Bauteilen aus Aluminiumoxid wird bei der Thermokompression als Lotmaterial beispielsweise Reinaluminium eingesetzt. Das eingesetzte Reinaluminium hat einen Reinheitsgrad von 99,999%. Das Verbinden geht derart vor sich, dass die beiden Bauteile mit einem zwischengefügten Reinaluminiumdraht bei einer Materialverbindungstemperatur von ca. 450 bis 550wC in einer Vakuum- oder Stickstoff-Wasserstoffatmosphäre zusammengeschlagen werden. Der Kompressionsdruck beträgt beispielsweise 20 N/mm2. In gleicher Weise kann z. B. Edelstahl 1.4057 mit keramischen Bauteilen aus Aluminiumoxid unter Verwendung eines Lotdrahtes aus Reinaluminium mit einem Reinheitsgrad von 99,999% durch Thermokompression verbunden werden. Der Druck richtet sich nach der zu erwartenden Verbindungsfläche. Diese Verbindungsfläche entsteht durch die Ausbreitung des Verbindungsmaterials nach dem T.C.-Vorgang (Erfahrungswerte). Es hat sich gezeigt, dass die mit Hilfe von Reinaluminium erstellten Verbindungen nicht ausreichend steif sind. Die Verbindung zeigt bleibende Verformung bei Zug- und Druckbelastung unterhalb der Sigma-0,2-Grenze, welches zu Vakuum-Undichtheiten führen kann. Somit ist Reinaluminium nicht anwendbar bei Konstruktionen, die Zug- oder Druckbelastungen (z. B. kapazitive Sensorsysteme) ausgesetzt sind. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden von keramischen Bauteilen z. B. aus Al203 miteinander und mit metallischen Bauteilen z. B. aus legierten Stählen zu schaffen, bei dem durch Thermokompression eine so steife und dichte Verbindung entsteht, dass die Thermokompressionsverbindung selbst fester ist als das keramische Aluminiumoxidmaterial. Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäss gelöst durch die Verwendung eines Lotmaterials aus einer Aluminium-Zink Magnesium-Legierung mit 91.1 bis 97.9 Gew.% Al, 1.6 bis 5.3 Gew.% Zn und 0.5 bis 3.6 Gew.% Mg. Dieses Material ist kaltaushärtend, hat aber bei den Verarbeitungstemperaturen von ca. 500çC die gleiche plastische Verformbarkeit wie beispielsweise Al 99,999%. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens besteht das Lotmaterial aus einer Legierung mit der Zusammensetzung 95 Gew.% Al, 4 Gew.% Zn und 1 Gew.% Mg. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Verbindung bei Zugbeanspruchung in der Naht nicht mehr lösbar ist, dass eher das Keramikmaterial als die Verbindung bei Belastungsproben Schaden leidet und bleibende Verformung in der Naht bei Druckbeanspruchung 250 N/mm2 und Zugbeanspruchung bis zum Bruch nicht feststellbar sind. Die Verbindung ist einwandfrei vakuumdicht. Das Verfahren kann z. B. bei der Herstellung von kapazitiven Sensoren verwendet werden.

Claims: 1. Verfahren zum kraftschlüssigen und vakuumdichten Ver binden von Bauteilen aus mit keramischen Bauteilen miteinander oder mit metallischen Bauteilen mittels Thermokompression unter Einsatz eines vor dem Thermokompressionsvorgang zwischen die zu verbindenden Bauteile gebrachten Lotmaterials, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Lotmaterials aus einer Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung mit 91.1 bis 97.9 Gew.% Al, 1.6 bis 5.3 Gew.% Zn und 0.5 bis 3.6 Gew.% Mg. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung aus 95 Gew.% Al, 4 Gew.% Zn und 1 Gew.% Mg verwendet wird. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, daduih gekennzeichnet, dass die Bauteile bei einer Temperatur von etwa 500 C durch Thermokompression miteinander verbunden werden. PATENTANSPRÜCHE

Inventors: KOBS, ROLF, LIEHR, MANFRED, NOLTING, WOLFGANG, ORLOWSKI, RAINER, DR.
Applicants: N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEN, PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH
Application year: 1984
Main classification: C04B37
IPC codes: B23K35, C04B37