用于微型‑D连接器密封的玻璃组合物制造技术

本发明专利技术涉及用于将玻璃密封到热膨胀系数高于16ppm/℃的合金金属或金属的碲氧化物玻璃组合物，所述组合物包含TeO2、ZnO、TiO2，任选地包含K2O，并基本上不含铅氧化物、钠氧化物和钒氧化物。本发明专利技术进一步涉及根据本发明专利技术的玻璃组合物用于将玻璃密封到铜金属或铜合金与热膨胀系数高于16ppm/℃的合金或金属(特别是铝合金)的用途。本发明专利技术进一步涉及连接器，所述连接器包含：铜或铜合金触头；插入件和/或壳体，所述插入件和/或壳体由热膨胀系数高于16ppm/℃的金属或合金构成；以及，具有根据本发明专利技术的组合物的碲氧化物玻璃，作为所述触头与所述插入件和/或壳体之间的玻璃‑金属密封材料。最后，本发明专利技术涉及用于在插入件和/或壳体中铜或铜合金触头的玻璃‑金属密封方法，所述插入件和/或壳体由热膨胀系数高于16ppm/℃的金属或合金构成。

Glass composition for micro D connector seal

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于微型-D连接器密封的玻璃组合物
本专利技术涉及用于形成玻璃-金属密封件的碲氧化物基玻璃组合物，以及其在气密连接器(例如气密微型-D连接器)中的用途。
技术介绍
为了降低互连电子系统所需的空间的目的，连接针(connectingpins)的密度日益成为目标性能标准，这不仅导致传输电缆的小型化，还导致连接器的小型化。标准Mil-DTL-83513定义了一个矩形公母连接器的家族，其连接部分为D型。该家族(称为微型-D家族)的特征在于间距(pitch)为1.27mm，该间距表示任意2个相邻连接针间的轴间距离。该标准还明确定义了连接针的数量(或触头的数量)，所述数量分别为9、15、21、25、31、37、51和100。这些触头在连接器中排列成2行或3行(如图1所示)。在过去几年中，微型-D系列连接器已经开始在电子连接器市场上变得大量可得。这类型连接器所需的由MIL-DTL-83513标准(微型-D连接标准)所定义的特性是：-在500Vdc下，触头之间以及触头与壳体之间的绝缘电阻>5Gohm；-5次热冲击循环(-55+125℃)后无失效；-振动抗性：在50g·s下，无>1μs的间断；-机械冲击抗性：在20g·s下，无>1μs的间断；-接触保持力(contactretention)>2.26kg。某些具体应用需要这些连接器具有特定的性能。越来越需要两种性能：气密性(hermeticity)和非磁性。气密性(即不透气性)由泄漏率定义。必须为每种应用确定可接受的泄漏率。为此，泄漏对操作压力和/或设备中存在的气体或真空没有影响是必须的。气密连接器通常用于一些真空设备的电连接。在这些系统中，元件的寿命通常与维持真空有关，因为这些设备通常是灵敏的(光谱仪等)。这些连接器还可以分隔包含不同气体的区室，所述气体不能混合或不能从区室中出去。由于此类设备的灵敏度越来越高，这些连接器所需的最大泄漏率越来越低。为了能够测量非常低的泄漏率(即低于1×10-9mbar·l/s)，使用氦检漏仪。氦是氢之后最小的原子，以惰性气体形式存在，在大气中仅5ppm。标准MIL-STD-883是指定了用于测量电子元件泄漏率的方法的许多标准之一。在测试条件A4下，将部件与真空室气密配合(使用衬垫以及合适的固定装置和配件)。对于该室中的压力而言，其尽可能低有利于获得可能的最高灵敏度。具体而言，压力越低，气体分子的数量就越少，从而室内的残留氦就越少，这降低了背景噪声。该标准要求压力低于0.13mbar(0.1torr)。将该室连接至校准的质谱仪，以达到预期的氦泄漏率。借助于扩散型校准标准泄漏测试(diffusion-typecalibratedstandardleaktest)，质谱仪必须在每个工作轮换进行校准。固定装置和配件的密封-紧密性(seal-tightness)必须用平的金属板进行验证。为此，使用喷枪向板喷射氦。如果在验证期间检测器没有检测到氦，固定装置和配件是正确的，并且可以相同的方式(通过向它们喷射氦)对部件进行测试。非磁性表示在磁场中对于被磁化的不敏感性。使用三维磁力计，根据标准GSFC-S-311中定义的过程测量该特性。首先，测量初始磁场。接着，使用磁体，用500mT的场使部件磁化5min。对剩余磁场进行新的测量。最后，通过施加强度高于500mT的交变磁场来进行退磁阶段。再次进行测量。因此，由于试图给予这些连接器特定的性能，它们所需的其它特性如下：-氦泄漏率低于1×10-9mbar·l/s，甚至低于1×10-10mbar·l/s；-剩余场低于20nT；-操作温度能够高达200℃。此外，连接器满足有害物质限制(RoHS)指令的要求越来越重要。考虑到塑料的透气性，通常使用玻璃来形成触头与气密连接器的壳体之间的绝缘。使用一种以上玻璃部件在一种以上金属部件之间形成密封件被称为玻璃-金属密封。为了满足RoHS指令的要求，用于触头与连接器的壳体之间的玻璃-金属密封件的玻璃不得含有铅氧化物或其使用受该指令限制的任何其它化合物。市场上绝大多数气密微型-D连接器通过将具有低的热膨胀系数的合金(典型地为铁-镍合金、铁-铬合金或铁-镍-铬合金)与硼硅酸盐玻璃或玻璃陶瓷组合而制成。这些不同材料具有非常接近且相当低的热膨胀系数(CTE)(约5ppm/℃-10ppm/℃)。这允许这些材料在温度变化期间以相同的方式膨胀和缩回，并避免在玻璃中出现应力。这类玻璃-金属密封件被称为匹配密封。为了形成这些玻璃-金属密封件，通常预先对金属进行预处理，以保证材料间良好的结合。这些预处理通常涉及碳杂质的移除和预氧化。接着，借助工具使玻璃(大部分时间呈预制体形式)与金属保持接触，并在受控气氛下升高组件的温度。玻璃或玻璃陶瓷的粘度降低，后面与金属结合。这种方案具有使用不仅非常有磁性而且不很传导的材料(含铁材料)的缺点。这极大地限制了能够流过触头的最大电流，还导致信号变形。因此，这些连接器中每个触头的最大电流为1A，而在使用由铜合金构成的触头的标准非气密连接器中，额定电流限制在3A。市场上可得的一些气密方案允许使用由更加传导的铜合金构成的触头。专利WO9314613和US6932644描述了此类连接器。在这两个专利中，由铜合金构成的触头被密封到不锈钢部件上。其中触头被密封的这种金属部分以下被称为“插入件”。为了允许使用由铝(或由钛，或者甚至由另一种金属)构成的壳体，这两个专利采用多材料片材，所述多材料片材通过爆炸焊接(explosivewelding)或通过摩擦焊接(frictionwelding)制造，并用作金属间的过渡衬套。这种片材由至少两种紧密结合的金属组成。这两个专利在这种多材料部件的位置上有所不同。首先，该片材用于生产连接器的外壳。将不锈钢-不锈钢激光焊接用于将插入件的不锈钢与壳体的不锈钢接合(形成多材料的一部分)。第二篇专利声称通过使用这种多材料片材来生产壳体的插入件，使得重量降低，可靠性增加。对该片材进行机械加工，使得仅形成不锈钢的玻璃-金属密封件，并使得插入件背面上存在的铝可被激光焊接到同样由铝构成的外壳。然而，这种方案需要触头的玻璃-金属密封件在低于铝熔点的温度下形成，因为在该步骤中它存在于炉中。在这两个专利中，玻璃-金属密封件优选用玻璃陶瓷(和)形成。后者含有不可忽略的氧化铅浓度(参见US4352951)。这两种方案在连接器的外壳材料的选择方面具有灵活性的优点：使用所提到的方法之一，对于所需材料能够被连接到不锈钢就足够了。然而，需要许多制造步骤来获得连接器：多材料片材的生产；机械加工步骤；玻璃-金属密封件的形成；激光焊接。这对连接器的最终价格有着不可忽略的影响。此外，使用不锈钢，即使其是奥氏体的(304L、316L等)也暗示一定水平的剩余磁性(约一百纳诺特斯拉(nanotesla))。另一个缺点是使用了基于铅氧化物的玻璃陶瓷，即，不满足RoHS指令的要求。因此，为了避免与使用不锈钢有关的磁性，直接在铝壳体中形成玻璃-金属密封件似乎是有利的。此外，使用铝及其合金来实现气密性的优点还由于它们的轻便性(lightness)和它们良好的导热性。具体地说，它们可用于生产含有生热电子元件的壳体，并且热将通过壳体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碲氧化物基玻璃组合物，所述碲氧化物基玻璃组合物用于形成热膨胀系数高于16ppm/℃的合金或金属的玻璃‑金属密封件，所述组合物包含，以摩尔百分比计：‑TeO2 60％‑80％，有利地为64％‑79％；‑ZnO 5％‑35％，有利地为14％‑31％；‑TiO2，至多15％的量；‑K2O 0‑30％，有利地为0‑20％；‑以及不可避免的杂质，所述组合物基本上不含铅氧化物、钠氧化物和钒氧化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.22 FR 15546341.一种碲氧化物基玻璃组合物，所述碲氧化物基玻璃组合物用于形成热膨胀系数高于16ppm/℃的合金或金属的玻璃-金属密封件，所述组合物包含，以摩尔百分比计：-TeO260％-80％，有利地为64％-79％；-ZnO5％-35％，有利地为14％-31％；-TiO2，至多15％的量；-K2O0-30％，有利地为0-20％；-以及不可避免的杂质，所述组合物基本上不含铅氧化物、钠氧化物和钒氧化物。2.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，所述热膨胀系数高于16ppm/℃的合金或金属选自：铝及其合金，有利地为铝-硅合金、铝-镁合金或铝-镁-硅合金；不锈钢；铜和铜合金，所述铜和铜合金任选地镀有镍或者镀有镍和金，所述铜或铜合金有利地为铜-铍合金，所述铜-铍合金任选地镀有镍或者镀有镍和金。3.如权利要求1或2所述的玻璃组合物，其特征在于，所述玻璃组合物包含，以摩尔百分比计，1％-13％、更有利地为4-11％的量的TiO2。4.如权利要求1-3中任一项所述的玻璃组合物，其特征在于，所述玻璃组合物包含，以摩尔百分比计，至多30％、有利地为1％-20％、更有利地为4％-16％的量的K2O。5.如权利要求1-4中任一项所述的玻璃组合物，其特征在于，所述玻璃的热膨胀系数为11ppm/℃-22ppm/℃、有利地为12ppm/℃-16ppm/℃。6.权利要求1-5中任一项所述的玻璃组合物在铜或铜合金与热膨胀系数高于16ppm/℃、特别是除了铜或铜合金之外的合金或金属之间形成玻璃-金属密封件的用途，所述铜或铜合金任选地镀有镍或者镀有镍和金，所述铜或铜合金有利地为铜-铍合金，所述铜-铍合金任选地镀有镍或者镀有镍和金。7.如权利要求6所述的用途，其特征在于，所述除了铜或铜合金之外的热膨胀系数高于16ppm/℃的合金或金属选自：铝及其合金、和不锈钢，有利地为选自铝-硅合金、铝-镁合金或铝-镁-硅合金的铝合金。8.如权利要求6或7所述的用途，其特征在于，所述玻璃-金属密封件在连接器、有利地为微型-D连接器中在由铜或铜合金构成的触头与由热膨胀系数高于16ppm/℃的合金或金属构成的插入件和/或壳体之间形成，所述铜或铜合金任选地镀有镍或者镀有镍和金。9.一种连接器，所述连接器包含：触头，所述触头由铜或铜合金构成，...

【专利技术属性】
技术研发人员：利恩·德·德肯，余宁，克里斯蒂安·玆比拉，
申请(专利权)人：法国亿讯电缆集团，
类型：发明
国别省市：法国,FR