EP2458692A1 - Electric, ultra-high vacuum feed through assembly - Google Patents

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EP2458692A1
EP2458692A1 EP11188860A EP11188860A EP2458692A1 EP 2458692 A1 EP2458692 A1 EP 2458692A1 EP 11188860 A EP11188860 A EP 11188860A EP 11188860 A EP11188860 A EP 11188860A EP 2458692 A1 EP2458692 A1 EP 2458692A1
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EP
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flange
keramikabdichtelement
sockets
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sealing element
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Heiko Wunderlich
Matthias Grundwald
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Vacom Vakuum Komponenten & Messtechnik GmbH
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Vacom Vakuum Komponenten & Messtechnik GmbH
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    • H01R13/748—Means for mounting coupling parts in openings of a panel using one or more screws

Definitions

  • the invention relates to an electrical, ultra high vacuum feedthrough assembly having a Keramikab Whylement is in communication with a flange to allow mounting on or in an opening of a vacuum device, according to Preamble of claim 1.
  • a feed-through device in particular for the high-voltage electrode of a gas laser previously known.
  • the local feedthrough device is based on a Keramikabêtlement, which is connectable to a flange of a laser tube.
  • the ceramic sealing element which may be embodied as a ceramic tube, a fixed inner conductor is arranged. At the fixed inner conductor, a movable inner conductor is fixed via a plug arrangement.
  • a sealing element for a sealing device which consists of a hard and flexible material, wherein the guided electrical Ladder comprises at least two flexible connecting elements.
  • the sealing device further requires a metal flange with which it can be fixed to the recess or to an opening of the separating element.
  • the in the DE 103 34 394 B3 disclosed training the contact via a tuft or lamellar plug not suitable to contact electronic components, the corresponding terminal pins, which are usually standardized possess.
  • the invention is based on an electrical, ultra-vacuum-suitable feedthrough arrangement with a Keramikab Whylement is in communication with a flange to a mounting on or in an opening of a vacuum device enable.
  • an insert piece in particular designed as a pipe piece, is arranged between the flange and the ceramic sealing element, which accommodates the ceramic sealing element in its interior, this being adhesively bonded, in particular by soldering, to the insert - in particular the pipe piece.
  • the flange has an opening which corresponds to the outer dimensions of the insert, and wherein the insert is adhesively bonded to the flange adhesive-bonded, in particular by welding.
  • Ausgestaltend the Keramikabêtlement is designed as a planar support for an active or passive electronic component, wherein the plug and / or sockets are used according to the pins of the respective component in the Keramikabêtlement, in particular by soldering.
  • the plugs and / or sockets project over both surfaces of the ceramic sealing element, so that on the one hand a component with connection pins is accommodated in the socket part and on the other hand an electrical connection is possible in the rear part.
  • Ausgestaltend has the ceramic sealing element oriented to the receiving side of the electronic component support surface.
  • This support surface is preferably formed as a survey or molding of the ceramic sealing element and is used in a preferred embodiment not only as a support surface, but also as a heat sink via a corresponding Intitle hear with the housing of the electronic component.
  • the plugs and / or sockets in DUAL inline, d. H. executed as a so-called DiL arrangement.
  • plugs and / or sockets can be realized as a pin-socket and a protective coating, for. B. identify gold.
  • a photosensitive component in particular a camera chip, is used as the electronic component.
  • the materials used according to the invention and the bonding processes are all UHV-compatible as well as adhesive or polymer-free.
  • the solution provided combines the requirement for a precise and accurate insertion of an electronic component in the arrangement of plugs and / or sockets and the need to use ceramic materials for the implementation in conjunction with a UHV-compatible cohesive bonding process, in particular a soldering or welding ,
  • the solution according to the invention is based on a conventional metallic flange 1 which has a plurality of flange bores 6 on the circumference for attachment to a corresponding passage opening of a vacuum vessel.
  • the existing on the vacuum vessel mating flange has correspondingly congruent holes, which then receive appropriate mounting screws.
  • a Keramikab Whylement 2 is mounted in a tubular insert 3 and in this connection materially connected by soldering to the tubular insert 3.
  • the ceramic sealing element 2 has plug-in sockets 4 designed in DUAL inline arrangement, which serve to receive connection legs 7 of a camera chip 5.
  • the tubular insert 3 is materially connected to an inner collar of the flange 1 in the region 8, in particular vacuum-tight by welding.
  • a support surface 9, formed as a collection of the Keramikab Whylementes 2 fixes the electronic component 5 and simultaneously or additionally represents a heat sink for the purpose of cooling the component 5.
  • the upper inner collar side of the flange 1 is free.
  • a glass or quartz glass pane can be used as a cover here.
  • the remote from the vacuum side lower ends of the sockets 4 are then used to hold other electrical connection elements for driving or reading data from the corresponding electronic component, in particular the CCD camera chips mentioned here. 5

Abstract

The assembly has a ceramic sealing element (2) accommodating a female plug (4). The sealing element is connected with a metallic vacuum flange (1) to assemble in an opening of a vacuum device. A tubular insert piece (3) is arranged between the flange and the sealing element and accommodates the sealing element in an interior of the piece. The sealing element is adhesive-freely material-fittingly connected with the piece by soldering. The flange has an opening corresponding to external dimensions of the piece. The piece is adhesive-freely material-fittingly connected with the flange by welding.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische, ultrahochvakuumtaugliche Durchführungsanordnung mit einem Keramikabdichtelement, welches elektrische Leiter, ausgebildet als Stecker und/oder Buchsen aufnimmt, und wobei das Keramikabdichtelement mit einem Flansch in Verbindung steht, um eine Montage an oder in einer Öffnung einer Vakuumeinrichtung zu ermöglichen, gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an electrical, ultra high vacuum feedthrough assembly having a Keramikabdichtelement which receives electrical conductors formed as plugs and / or sockets, and wherein the Keramikabdichtelement is in communication with a flange to allow mounting on or in an opening of a vacuum device, according to Preamble of claim 1.

Aus der DE 103 34 394 B3 ist eine Durchführungsvorrichtung, insbesondere zur Hochspannungselektrode eines Gaslasers vorbekannt. Bei der dortigen Durchführungsvorrichtung wird von einem Keramikabdichtelement ausgegangen, das mit einem Flansch einer Laserröhre verbindbar ist. In dem Keramikdichtelement, was als Keramikrohr ausgeführt sein kann, ist ein fester Innenleiter angeordnet. Am festen Innenleiter wird ein beweglicher Innenleiter über eine Steckeranordnung fixiert.From the DE 103 34 394 B3 is a feed-through device, in particular for the high-voltage electrode of a gas laser previously known. The local feedthrough device is based on a Keramikabdichtelement, which is connectable to a flange of a laser tube. In the ceramic sealing element, which may be embodied as a ceramic tube, a fixed inner conductor is arranged. At the fixed inner conductor, a movable inner conductor is fixed via a plug arrangement.

Es wird also bei der vorbekannten Lösung nach DE 103 34 394 B3 von einem Abdichtelement für eine Abdichteinrichtung ausgegangen, das aus einem harten und flexiblen Material besteht, wobei der hindurchgeführte elektrische Leiter mindestens zwei flexible Verbindungselemente umfasst. Die Abdichteinrichtung erfordert weiterhin einen Metallflansch, mit dem diese an der Aussparung oder an einer Öffnung des Abtrennelementes fixiert werden kann.It is so in the previously known solution DE 103 34 394 B3 from a sealing element for a sealing device, which consists of a hard and flexible material, wherein the guided electrical Ladder comprises at least two flexible connecting elements. The sealing device further requires a metal flange with which it can be fixed to the recess or to an opening of the separating element.

Mit einer derartig vorbekannten Durchführungsvorrichtung unter Rückgriff auf ein Keramikabdichtelement ist zwar ein hoher Grad von Dichtheit gewährleistet, jedoch erfordert der Abdichtvorgang ein diesbezüglich festes Anpressen des vorerwähnten Flansches an das Keramikabdichtelement unter Zwischenlage einer metallischen Abdichtung. Eine Ultrahochvakuumtauglichkeit ist daher nicht oder nur eingeschränkt gegeben.Although a high degree of tightness is ensured with such a previously known feedthrough device with recourse to a ceramic sealing element, the sealing process requires a fixed pressing of the abovementioned flange against the ceramic sealing element with the interposition of a metallic seal. An ultra-high vacuum capability is therefore not or only partially.

Darüber hinaus ist die in der DE 103 34 394 B3 offenbarte Ausbildung der Kontaktierung über einen Büschel- oder Lamellenstecker nicht geeignet, elektronische Bauelemente zu kontaktieren, die diesbezügliche Anschlusspins, welche üblicherweise genormt sind, besitzen.In addition, the in the DE 103 34 394 B3 disclosed training the contact via a tuft or lamellar plug not suitable to contact electronic components, the corresponding terminal pins, which are usually standardized possess.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte elektrische, ultrahochvakuumtaugliche Durchführungsanordnung mit einem Keramikabdichtelement anzugeben, welche allen vakuumtechnischen Anforderungen genügt und die in der Lage ist, aktive oder passive elektronische Bauelemente, insbesondere hochintegrierte Halbleiterbauelemente, elektrisch und mechanisch zu kontaktieren bzw. aufzunehmen.From the foregoing, it is therefore an object of the invention to provide a further developed electrical, ultra-vacuum suitable feedthrough assembly with a Keramikabdichtelement, which meets all vacuum technical requirements and which is able to electrically or mechanically contact active or passive electronic components, in particular highly integrated semiconductor devices or take.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen umfassen.The object of the invention is achieved by the feature combination according to claim 1, wherein the dependent claims comprise at least expedient embodiments and / or developments.

Die Erfindung geht demnach von einer elektrischen, ultrahochvakuumtauglichen Durchführungsanordnung mit einem Keramikabdichtelement aus, welches elektrische Leiter, bevorzugt ausgebildet als Stecker und/oder Buchsen aufnimmt und wobei das Keramikabdichtelement mit einem Flansch in Verbindung steht, um eine Montage an oder in einer Öffnung einer Vakuumeinrichtung zu ermöglichen.Accordingly, the invention is based on an electrical, ultra-vacuum-suitable feedthrough arrangement with a Keramikabdichtelement, which receives electrical conductors, preferably designed as plugs and / or sockets and wherein the Keramikabdichtelement is in communication with a flange to a mounting on or in an opening of a vacuum device enable.

Erfindungsgemäß ist zwischen dem Flansch und dem Keramikabdichtelement ein Einsatzstück, insbesondere als Rohrstück ausgeführt, angeordnet, welches in seinem Inneren das Keramikabdichtelement aufnimmt, wobei dieses mit dem Einsatz - insbesondere Rohrstück - klebemittelfrei stoffschlüssig, insbesondere durch Verlöten verbunden ist.According to the invention, an insert piece, in particular designed as a pipe piece, is arranged between the flange and the ceramic sealing element, which accommodates the ceramic sealing element in its interior, this being adhesively bonded, in particular by soldering, to the insert - in particular the pipe piece.

Weiterhin weist der Flansch eine Öffnung auf, welche den Außenabmessungen des Einsatzstückes entspricht, und wobei das Einsatzstück mit dem Flansch klebemittelfrei stoffschlüssig, insbesondere durch Verschweißen verbunden ist.Furthermore, the flange has an opening which corresponds to the outer dimensions of the insert, and wherein the insert is adhesively bonded to the flange adhesive-bonded, in particular by welding.

Ausgestaltend ist das Keramikabdichtelement als flächiger Träger für ein aktives oder passives elektronisches Bauelement ausgebildet, wobei die Stecker und/oder Buchsen entsprechend den Pins des jeweiligen Bauelementes im Keramikabdichtelement, insbesondere durch Verlöten eingesetzt sind. Die Stecker und/oder Buchsen stehen auf beiden Oberflächen des Keramikabdichtelementes über, so dass einerseits im Buchsenteil ein Bauelement mit Anschluss-Pins aufgenommen und andererseits im rückwärtigen Teil ein elektrischer Anschluss möglich wird.Ausgestaltend the Keramikabdichtelement is designed as a planar support for an active or passive electronic component, wherein the plug and / or sockets are used according to the pins of the respective component in the Keramikabdichtelement, in particular by soldering. The plugs and / or sockets project over both surfaces of the ceramic sealing element, so that on the one hand a component with connection pins is accommodated in the socket part and on the other hand an electrical connection is possible in the rear part.

Ausgestaltend besitzt das Keramikabdichtelement eine zur Aufnahmeseite des elektronischen Bauelementes orientierte Stützfläche.Ausgestaltend has the ceramic sealing element oriented to the receiving side of the electronic component support surface.

Diese Stützfläche ist bevorzugt als Erhebung oder Ausformung des keramischen Abdichtelementes ausgebildet und dient bei einer bevorzugten Ausführungsform nicht nur als Stützfläche, sondern auch als Wärmesenke über ein entsprechendes Inkontaktkommen mit dem Gehäuse des elektronischen Bauelementes.This support surface is preferably formed as a survey or molding of the ceramic sealing element and is used in a preferred embodiment not only as a support surface, but also as a heat sink via a corresponding Inkontaktkommen with the housing of the electronic component.

Bei einer Variante der Erfindung sind die Stecker und/oder Buchsen in DUAL-Inline, d. h. als sogenannte DiL-Anordnung ausgeführt.In a variant of the invention, the plugs and / or sockets in DUAL inline, d. H. executed as a so-called DiL arrangement.

Ebenso können die Stecker und/oder Buchsen als Pin-Steckerbuchsen realisiert werden und eine Schutzbeschichtung, z. B. aus Gold ausweisen.Likewise, the plugs and / or sockets can be realized as a pin-socket and a protective coating, for. B. identify gold.

Bevorzugt wird als elektronisches Bauelement ein fotosensitives Bauelement, insbesondere ein Kamerachip eingesetzt.Preferably, a photosensitive component, in particular a camera chip, is used as the electronic component.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Materialien sowie die Verbindungsprozesse sind sämtlich UHV-tauglich sowie klebstoff- oder polymerfrei. Die geschaffene Lösung vereinigt die Anforderung hinsichtlich eines exakten und passgenauen Einsteckens eines elektronischen Bauelementes in die Anordnung aus Steckern und/oder Buchsen sowie die Notwendigkeit der Verwendung von keramischen Materialien für die Durchführung in Verbindung mit einem UHV-tauglichen stoffschlüssigen Verbindungsprozess, insbesondere einem Verlöten oder Verschweißen.The materials used according to the invention and the bonding processes are all UHV-compatible as well as adhesive or polymer-free. The solution provided combines the requirement for a precise and accurate insertion of an electronic component in the arrangement of plugs and / or sockets and the need to use ceramic materials for the implementation in conjunction with a UHV-compatible cohesive bonding process, in particular a soldering or welding ,

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to an embodiment and with the aid of figures.

Hierbei zeigen:

Fig. 1
eine Draufsicht auf einen Vakuumflansch mit integrierter Durchführungsanordnung und eingesetztem Kamerachip sowie
Fig. 2
eine Schnittdarstellung ausgehend von der Fig. 1 mit erkennbarem Keramikabdichtelement und rohrförmigem Einsatzstück.
Hereby show:
Fig. 1
a plan view of a vacuum flange with integrated feedthrough assembly and inserted camera chip and
Fig. 2
a sectional view starting from the Fig. 1 with recognizable ceramic sealing element and tubular insert.

Die erfindungsgemäße Lösung geht aus von einem üblichen metallischen Flansch 1, der umfangsseitig eine Vielzahl von Flanschbohrungen 6 zur Befestigung an einer entsprechenden Durchgangsöffnung eines Vakuumgefäßes aufweist. Der am Vakuumgefäß vorhandene Gegenflansch weist entsprechend kongruente Bohrungen auf, die dann entsprechende Befestigungsschrauben aufnehmen.The solution according to the invention is based on a conventional metallic flange 1 which has a plurality of flange bores 6 on the circumference for attachment to a corresponding passage opening of a vacuum vessel. The existing on the vacuum vessel mating flange has correspondingly congruent holes, which then receive appropriate mounting screws.

Ein Keramikabdichtelement 2 ist in einem rohrförmigen Einsatzstück 3 montiert und diesbezüglich stoffschlüssig durch Verlöten mit dem rohrförmigen Einsatzstück 3 verbunden.A Keramikabdichtelement 2 is mounted in a tubular insert 3 and in this connection materially connected by soldering to the tubular insert 3.

Das Keramikabdichtelement 2 weist in DUAL-Inline-Anordnung ausgeführte Steckerbuchsen 4 auf, die zur Aufnahme von Anschlussbeinen 7 eines Kamerachips 5 dienen.The ceramic sealing element 2 has plug-in sockets 4 designed in DUAL inline arrangement, which serve to receive connection legs 7 of a camera chip 5.

Das rohrförmige Einsatzstück 3 ist mit einem Innenbund des Flansches 1 im Bereich 8 stoffschlüssig, insbesondere durch Verschweißen vakuumdicht verbunden.The tubular insert 3 is materially connected to an inner collar of the flange 1 in the region 8, in particular vacuum-tight by welding.

Eine Stützfläche 9, ausgebildet als Erhebung des Keramikabdichtelementes 2 fixiert das elektronische Bauelement 5 und stellt gleichzeitig oder ergänzend eine Wärmesenke zum Zwecke der Kühlung des Bauelementes 5 dar.A support surface 9, formed as a collection of the Keramikabdichtelementes 2 fixes the electronic component 5 and simultaneously or additionally represents a heat sink for the purpose of cooling the component 5.

Beim gezeigten Beispiel ist die obere Innenbundseite des Flansches 1 frei. Alternativ kann hier eine Glas- oder Quarzglasscheibe als Abdeckung eingesetzt werden.In the example shown, the upper inner collar side of the flange 1 is free. Alternatively, a glass or quartz glass pane can be used as a cover here.

Die in den Figuren angegebenen Maßangaben sind rein beispielhaft zu verstehen und schränken den Grundgedanken der Erfindung zur Ausbildung der Durchführungsanordnung nicht ein.The measures given in the figures are to be understood as purely exemplary and do not limit the basic idea of the invention for forming the feedthrough arrangement.

Auch hinsichtlich der Materialangabe des Keramikabdichtelementes sind andere Materialien einsetzbar, sofern diese den vakuumtechnischen Anforderungen genügen und lötfähig sind.Also with regard to the material specification of the Keramikabdichtelementes other materials can be used, provided that they meet the vacuum technical requirements and are solderable.

Die von der Vakuumseite abgewandten unteren Enden der Steckerbuchsen 4 dienen dann der Aufnahme weiterer elektrischer Anschlusselemente zum Ansteuern bzw. Auslesen von Daten des entsprechenden elektronischen Bauelementes, insbesondere des hier erwähnten CCD-Kamerachips 5.The remote from the vacuum side lower ends of the sockets 4 are then used to hold other electrical connection elements for driving or reading data from the corresponding electronic component, in particular the CCD camera chips mentioned here. 5

Claims (7)

Die Erfindung betrifft eine elektrische, ultrahochvakuumtaugliche Durchführungsanordnung mit einem Keramikabdichtelement, welches elektrische Leiter, ausgebildet als Stecker und/oder Buchsen aufnimmt und wobei das Keramikabdichtelement mit einem Flansch in Verbindung steht, um eine Montage an oder in einer Öffnung einer Vakuumeinrichtung zu ermöglichen,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Flansch und dem Keramikabdichtelement ein Einsatz-, insbesondere Rohrstück angeordnet ist, welches in seinem Inneren das Keramikabdichtelement aufnimmt, wobei dieses mit dem Einsatz-, insbesondere Rohrstück klebemittelfrei stoffschlüssig, insbesondere durch Verlöten verbunden ist, weiterhin der Flansch eine Öffnung besitzt, welche den Außenabmessungen des Einsatzstückes entspricht und wobei das Einsatzstück mit dem Flansch klebemittelfrei stoffschlüssig, insbesondere durch Verschweißen verbunden ist.The invention relates to an electrical, ultra high vacuum feedthrough assembly having a Keramikabdichtelement which receives electrical conductors formed as plugs and / or sockets and wherein the Keramikabdichtelement is in communication with a flange to allow mounting on or in an opening of a vacuum device,
characterized in that
between the flange and the Keramikabdichtelement an insert, in particular pipe piece is arranged, which receives the Keramikabdichtelement in its interior, which is adhesively bonded to the insert, in particular pipe piece materially, in particular by soldering, further, the flange has an opening which the External dimensions of the insert corresponds and wherein the insert is adhesively bonded to the flange adhesive-bonded, in particular by welding. Durchführungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Keramikabdichtelement als Träger für ein aktives oder passives elektronisches Bauelement ausgebildet ist, wobei die Stecker und/oder Buchsen entsprechend den Pins des jeweiligen Bauelementes im Keramikabdichtelement, insbesondere durch Verlöten eingesetzt und fixiert sind.Feedthrough arrangement according to claim 1,
characterized in that
the ceramic sealing element is designed as a carrier for an active or passive electronic component, wherein the plugs and / or sockets are used and fixed according to the pins of the respective component in the ceramic sealing element, in particular by soldering. Durchführungsanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Keramikabdichtelement eine zur Aufnahmeseite des elektronischen Bauelementes orientierte Stützfläche besitzt.Bushing arrangement according to claim 2,
characterized in that
the Keramikabdichtelement has an oriented to the receiving side of the electronic component support surface. Durchführungsanordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stützfläche als Wärmesenke ausgeführt ist.Bushing arrangement according to claim 3,
characterized in that
the support surface is designed as a heat sink. Durchführungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stecker und/oder Buchsen in DUAL-Inline (DiL)-Anordnung ausgeführt sind.Feedthrough arrangement according to one of Claims 2 to 4,
characterized in that
the plugs and / or sockets are DUAL Inline (DiL). Durchführungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stecker und/oder Buchsen als Pin-Steckerbuchsen ausgebildet sind und eine Beschichtung aufweisen.Bushing arrangement according to one of the preceding claims,
characterized in that
the plugs and / or sockets are designed as pin plug sockets and have a coating. Durchführungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das elektronische Bauelement ein fotosensitives Element, insbesondere ein Kamerachip ist oder einen solchen Chip umfasst.Feedthrough arrangement according to one of Claims 2 to 6,
characterized in that
the electronic component is a photosensitive element, in particular a camera chip, or comprises such a chip.
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