Glas-Metall-Verbindungen
Beim Design elektronischer Gehäuse spielen Glas-Metall-Verbindungen eine wesentliche Rolle. Als bewährte Technologie schaffen sie eine luftdichte, hermetische Barriere, wenn Leistung, Sicherheit und Langlebigkeit des Produkts entscheidend sind.
Auf dieser Seite erhalten Sie eine Einführung zu Glas-Metall-Verbindungen (GTMS), ihren wichtigsten Anwendungen und Funktionen sowie verschiedenen Produkttypen. Des Weiteren können Sie sich über den Herstellungsprozess von GTMS informieren.
Als führender GTMS-Anbieter kann SCHOTT mit seinem breiten Portfolio eine Vielzahl von spezifischen Anforderungen erfüllen. Auf dieser Seite erfahren Sie, warum SCHOTT seit mehr als 80 Jahren der Partner der Wahl für Kunden in aller Welt ist.
Was sind Glas-Metall-Verbindungen (GTMS)?
Hermetische Glas-Metall-Verbindungen kombinieren Metall und Glas zu vakuumdichten elektrischen Steckverbindern, Gehäusen, Durchführungen oder optischen Fenstern / Linsen in Elektronik oder Elektroniksystemen. Sie sind für den Einsatz unter rauesten Bedingungen konzipiert und bieten kompromisslose Zuverlässigkeit.
Hochrobuste elektrische Isolierung
Die Abdichtung von elektrischen oder optischen Leitern mit Glas schafft eine undurchlässige Versiegelung. Als anorganisches Material unterliegen sie keiner Alterung und kommen daher zum Einsatz, wenn empfindliche elektronische Bauteile zuverlässig oder langfristig geschützt werden müssen.
Verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit und Gas
Glas als Dichtungsmaterial bildet eine hermetische Barriere gegen das Eindringen von Feuchtigkeit, Kondensation und Leckagen und bietet so zuverlässigeren Schutz in rauen Umgebungen als nicht-hermetische Polymerdichtungen. Glas und Metall können ohne zusätzliche Schnittstellenmaterialien direkt miteinander verschmolzen werden, was die Komplexität im Vergleich zu Keramik-Metall-Dichtungsalternativen reduziert.
Glas-Metall-Verbindungen: Anwendung
Glas-Metall-Verbindungen sind in einer Vielzahl von Branchen und Produkten zu finden, darunter:
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Hochtemperatursensoren
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Öl- und Gasanwendungen
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Batterien und Kondensatoren
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Kernreaktoren
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implantierbare medizinische Geräte
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Optoelektronik
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Auto-Airbags
Der Hauptzweck von Glas-Metall-Verbindungen besteht darin, elektrische oder optische Signale zuverlässig durch vakuumdichte Gehäuse zu transportieren. Gleichzeitig verhindert die anorganische Glasdichtung das Eindringen von Feuchtigkeit oder Gas und Leckagen, die zu Schäden oder zum Ausfall der gekapselten elektrischen Komponenten/Systeme, Halbleiter, Elektrochemikalien, Pyrotechnik oder anderer Substanzen führen können.
Glas-Metall-Verbindungen sind darauf ausgelegt, unter rauen Betriebsbedingungen wie extremen Temperaturen, Feuchtigkeit, Druck oder Chemikalien zuverlässig zu funktionieren. Sie erfüllen auch Anforderungen an Langlebigkeit, Leistung und Effizienzsteigerung sowie innovative Designs. Glas-Metall-Verbindungen dienen im Kern dazu, eine zuverlässige Verbindung und Schutz für hochwertige und langlebige hermetisch dichte Komponenten oder Geräte zu ermöglichen. Vielseitigkeit ist ein wichtiges Merkmal der Glas-Metall-Verbindungstechnologie. Dies zeigt sich in den zahlreichen Funktionen, Bauformen und Größen von GTMS-Komponenten in einem breiten Anwendungsspektrum.
Vorteile: Warum GTMS den Unterschied machen kann
Glas-Metall-Dichtungen sind äußerst vielseitig und können mit angepassten Funktionen ausgestattet werden, um die kundenspezifischen Anforderungen zu erfüllen. Beispiele sind:
Typen von Glas-Metall-Durchführungen
Hermetische, glasversiegelte Komponenten können in vielen verschiedenen Formaten, Größen, Materialkombinationen und Komplexitätsgraden entworfen werden.
SCHOTT bietet GTMS-Produkte mit einem Durchmesser von 1,2 bis 600 mm an. Zu den Metallen gehören zum Beispiel Edelstahl, Aluminium und Titan. Aus Hunderten von verschiedenen Gläsern und Metallen wählen unsere Experten die richtige Materialkombination aus.
Erfahren Sie mehr über die verschiedenen GTMS-Produktkategorien.
Glas-Metall-Technologie
Einer der wichtigsten Aspekte bei der Herstellung hochwertiger Glas-Metall-Einschmelzungen ist die Kombination von Materialien mit optimalen Wärmeausdehnungskoeffizienten (co-efficient of thermal expansion, CTE). Die fachmännische Auswahl und anschließende Verarbeitung von Metallen und geeigneten Siegelgläsern ist für eine dauerhafte Gasdichtigkeit unerlässlich. GTMS-Produkte können je nach Glas- und Metallauswahl und den entsprechenden CTEs der gewählten Materialien in zwei Typen unterteilt werden:
Angepasste Dichtungen
Der Wärmeausdehnungsfaktor des Metalls entspricht dem des Glases. Angepasste Dichtungen werden in der Regel für Anwendungen verwendet, bei denen hohe Temperaturschwankungen auftreten oder enge Stiftabstände oder Maßanforderungen (z. B. miniaturisierte oder unrunde Formen) erforderlich sind. Je nach Ausführung sind aufeinander abgestimmte Glas-Metall-Dichtungen in der Lage, die Funktionalität über Zehntausende von thermischen Zyklen zu wahren, und eignen sich hervorragend für Halbleiter- und optoelektronische Baugruppen, bei denen strukturelle Zuverlässigkeit für den präzisen Betrieb der gekapselten Elektronik unerlässlich ist.
Druckdichtungen
Aufgrund der stark unterschiedlichen CTEs von Glas und Metall in Druckdichtungen schrumpft die äußere Metallöse während des Produktionsprozesses fest auf das Verschmelzglas. Diese Druckkraft bildet eine Dichtung mit enormer physikalischer Festigkeit. Tatsächlich ist die Druckfestigkeit von Glas zehn bis zwanzig Mal höher als seine Zugfestigkeit. Aus diesem Grund werden Druckdichtungen typischerweise für Konstruktionen verwendet, die hohe mechanische Robustheit erfordern. Anwendungsbeispiele finden sich in Automobil- und Energieanwendungen, in denen eine zuverlässige, langfristige Abdichtung für einen dauerhaft sicheren Betrieb der Elektronik in flüchtigen Umgebungen unerlässlich ist.
Wie werden Glas-Metall-Dichtungen hergestellt?
Hermetische Glas-Metall-Dichtungen werden in einem komplexen, aber äußerst effektiven Verfahren hergestellt, an dem nur drei Komponenten beteiligt sind: die Metallöse (Gehäuse), Metallstifte (Durchführungen) und der Glaspressling (Dichtungsmaterial). Um die gewünschte, äußerst hohe Zuverlässigkeit des Endprodukts zu erreichen, sind umfangreiche Kenntnisse erforderlich. Das Wissen zu Glastypen und -rezepturen ist eine Schlüsselkompetenz, um die Robustheit und Zuverlässigkeit zu maximieren - insbesondere wenn es um kundenspezifische Komponenten geht. Dazu gehört auch die Auswahl der richtigen Metall-Glas-Kombination für die vorgesehene Endanwendung und die korrekte Ausführung des Versiegelungsprozesses. Sie profitieren von der Entwicklung völlig neuer Glastypen in unserer hauseigenen Entwicklungsabteilung, um individuelle Herausforderungen zu erfüllen und neue Anwendungen zu ermöglichen.
Der Produktionsprozess für Glas-Metall-Verbindungen lässt sich in fünf Hauptbereiche unterteilen:
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Auswahl des richtigen Dichtungsglases
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Entwurf und Validierung von Gehäusen und Durchführungen
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Versiegelung
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Beschichtung
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Systemintegration
Produktionsprozess
Auswahl des richtigen Dichtungsglases
Als Glasunternehmen sind Glaskompetenz und Fertigungskapazitäten die „geheimen Zutaten“, die SCHOTT als Marktführer bei Glas-Metall-Versiegelungen auszeichnen. Glasentwicklung, Schmelzen, Fräsen und die Herstellung von Rohlingen werden von vielen der weltweit führenden Experten für Glasformulierung und hermetische Abdichtung vollständig hausintern verwaltet.
Die Auswahl des richtigen Dichtglases entsprechend den Metall- und Betriebsbedingungen ist entscheidend für eine äußerst haltbare Glas-Metall-Dichtung. Erweiterte Anforderungen verlangen den Einsatz spezieller Materialien. SCHOTT bietet das breiteste Sortiment an Standardgläsern sowie einzigartige neue Glasentwicklungen. So können wir genau die Spezifikationen erfüllen, die der Kunde vor Augen hat. Die Spezialglasschmelzen werden zu Scherben weiterverarbeitet, zu feinem Glaspulver gemahlen und schließlich gepresst und gesintert, um Glasrohlinge zu erzeugen.
SCHOTT Glasrohlinge haben eine extrem hohe Maßhaltigkeit, mechanische Stabilität, gleichbleibendes Gewicht und glatte Oberflächen – alles Aspekte, die eine entscheidende Rolle spielen, um robuste und zuverlässig hermetische Glas-Metall-Dichtungen zu ermöglichen. Es werden ständig neuartige Glasrohlinge entwickelt, um neue Anwendungen zu bedienen und Entwicklungsherausforderungen zu lösen.
Entwurf und Validierung von Gehäusen und Durchführungen
Der Entwicklungsprozess bei SCHOTT ist ein kooperativer Ansatz: Wir arbeiten eng mit unseren Kunden zusammen, um bestmögliche Komponenten zu liefern, die den Anwendungsanforderungen entsprechen.
Direkte technische Unterstützung, vollständige kundenspezifische Anpassungen und die Herstellung kosteneffizienterer oder weniger komplexer Designs gehören zu den Konstruktions- und Entwicklungsschritten für Glas-Metall-Dichtungen. Oft kann SCHOTT durch fachliche Inputs und Validierungsmaßnahmen sogar ein besseres Produkt als das ursprüngliche Kundenkonzept liefern.
Die Validierung ist ein wichtiger Bereich für Glas-Metall-Dichtungen. SCHOTT kann Simulationen und Tests mit unterschiedlichen Geräten und Systemen durchführen, um den erfolgreichen Einbau in Anwendungen sowie die Integration in Kundenprozesse zu verifizieren. Dazu gehören Schweißen, Löten, Handling und verschiedene andere Maßnahmen zum Nachweis des Konzepts. Fazit: Wir setzen Ihre Vision in die Tat um!
Versiegelung
Durch den Versiegelungsprozess werden die drei Einzelkomponenten in ein einziges, vakuumdichtes Bauteil umgewandelt.
Der Glasrohling, die Metallöse und der Metallstift werden in einer Carbon-Vorrichtung montiert und in einem hoch kontrollierten und spezialisierten Prozess durch einen Ofen geleitet. Temperatur, Ofenbedingungen, Gaszusammensetzungen und Heiz-/Kühlverhalten der Materialien sind wesentliche Faktoren, die je nach Montageanforderungen fachmännisch optimiert werden.
Das Endergebnis einer erfolgreichen Glas-Metall-Einschmelzung ist ein robustes und langlebiges Bauteil, das nach exakt festgelegten Konstruktionsspezifikationen gefertigt wird.
Beschichtung
Bei der Beschichtung, dem letzten Schritt zur Herstellung von Glas-Metall-Dichtungen, werden nach Abschluss der Versiegelung verschiedene Oberflächenbehandlungen durchgeführt. Sie dienen unter anderem dem Korrosionsschutz oder der elektrischen Leitfähigkeit. Um Edelmetall zu sparen, werden Beschichtungsmetalle wie Nickel, Gold und Zink oft nur auf die Pins aufgebracht.
SCHOTT führt die gesamte Beschichtung intern durch – ein wichtiger Differenzierungsfaktor, da viele GTMS-Hersteller diesen Produktionsschritt auslagern, was zu längeren Vorlaufzeiten und potenziellen Qualitätsproblemen führt.
Die Beschichtungsanlagen von SCHOTT sind so ausgelegt, dass sowohl Prototypenmengen als auch eine volumenstarke Serienproduktion in gleichbleibender Qualität möglich sind. Wir beraten zu Materialtypen und zur Dicke der die Beschichtung, um die Effizienz und Leistung in der Endmontage zu optimieren.
Systemintegration
Nachdem die Glas-Metall-Verbindungen die abschließende Qualitätsprüfung von SCHOTT durchlaufen haben, werden sie an die Kunden versandt, welche die Durchführungen und Stecker dann in ihre hermetische Baugruppe einsetzen.
Die Kunden bestücken Sockel und mikroelektronische Gehäuse zum Beispiel mit Chips oder Leiterplatten. Durch Elektroden- oder Laserschweißen werden die Drähte verbunden und das Gehäuse verschlossen.
Das Gleiche gilt für Batterien und Kondensatoren: Nach dem Einfüllen des Elektrolyts schweißen die Kunden die SCHOTT Deckel auf die Batterie- oder Kondensatorbecher, um diese zu verschließen.
Der Einbau der SCHOTT Komponenten erfolgt durch die Kunden selbst oder sie beauftragen alternativ einen Dienstleister.
SCHOTT PRODUKTE UND EXPERTISE
Warum SCHOTT GTMS?
SCHOTT liefert Werte, die weit mehr als nur herausragende Qualität bieten. In enger Zusammenarbeit mit unseren Kunden entwickeln wir hermetische Komponenten und überwinden technische Herausforderungen. Mit unserer jahrzehntelangen Erfahrung in der Glas-Metall-Industrie kreieren wir zukunftssichere Designs und optimieren Produkte, mit denen Sie sich in Ihren Märkten differenzieren. Darüber hinaus bietet Ihnen SCHOTT kundenorientierten Service auf hohem Niveau.
Zuverlässiges Design für Produkte der nächsten Generation
Sowohl im Bereich der Massenfertigung als auch für kundenspezifische Produkte entwickeln wir in Zusammenarbeit mit unseren Kunden fortlaufend Innovationen, welche die Leistung, Sicherheit und Langlebigkeit der Produkte verbessern.
Im Folgenden finden Sie einige aktuelle Anwendungsbeispiele.
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SCHOTT ist der weltweit führende Anbieter hermetischer Glas-Metall-Verbindungen (GTMS) für eine Vielzahl von Anwendungen, die das tägliche Leben beeinflussen. Informieren Sie sich über unsere wichtigsten Produktangebote oder gehen Sie zur Produktauswahl, um alle Produkte zu sehen.
Dr. Eveline Rudigier-Voigt
Head of Development and Technology Center