具有钎焊接地插脚的基体及其制造方法和用途与流程
本发明一般涉及用于馈通元件例如用于传感器的馈通件和/或大型馈通件和/或晶体管外形封装件中的馈通件和/或电池或电容器馈通件的基体，并且还涉及这类馈通件本身。特别地提供了用于触发装置的馈通件，如用于触发例如气囊点火器和/或安全带张紧器和/或气体发生器中的烟火个人保护装置。本发明特别涉及这种馈通元件的集管的设计，以及涉及其制造方法和用途。
背景技术：
特别地，传感器的馈通件可以为传感器元件供电和/或将它们的信号传递给评估单元。大型馈通件通常用于安全壳体中，例如用于液化气罐和/或反应器中。
电池或电容器馈通件通常被理解为意味着穿过电池(包括可充电电池)或电容器的外壳的馈通件。该术语同样涵盖超级电容器(也称为超级电容)的领域。馈通件通常用于接触电池或电容器壳体内部的电极。
晶体管外形封装件(也称为to封装件)是用于电子器件的载流壳体。to封装件原则上包括两个部件，即集管和封盖。集管主要确保向封装元件供电，同时封盖用于光电子领域以便可靠地传输光信号。这就包括了发射器(例如激光二极管)和光信号接收器(例如光电二极管)。to集管代表用于安装电子和光学部件，例如半导体、激光二极管或简单的电路的机械基座。同时，它通过端子插脚为受保护的部件供电。
特别地，安全气囊和/或安全带张紧器用作机动车辆中的烟火个人保护装置。这种安全系统能够显着降低受伤风险。但是，先决条件是所涉及的安全系统在发生碰撞时不会失效。在这种情况下，还要特别注意这种烟火装置的点火器，这些点火器对于这类安全装置的功能是必不可少的。特别地，点火器在其制造后的许多年内仍必须正常运行。这种点火器的平均寿命通常被指定为十五年。为了确保适当的长期运行，必须确保点火器中提供的推进药剂不会随时间而有所变化。这种变化可能是由例如水分进入点火器引起的。因此，密封地封装点火器的推进药剂是非常重要的。点火器还必须以正确的方向释放点燃的推进药剂的气体，以点燃安全系统的气体发生器的推进药剂。
为了确保这一点，现有技术中已知的点火器具有封盖或盖子、以及相对较大的集管，在两者之间，推进药剂被封闭在由这些部件形成的空腔中。用于点燃推进药剂的电流利用电气端子通过集管传递。因此，集管通常具有通孔，通孔中存在金属插脚，金属插脚在其一侧可通过插头连接件供电，在另一侧例如通过点火桥连接，这导致了推进药剂在电流流过它时与后者接触时点燃。因此，集管通常也称为馈通元件。在设计馈通元件时，必须确保：当推进药剂被点燃时，封盖或盖子或其一部分总是脱离的，并且电气馈通件不会从集管中被驱逐出。
在这种馈通元件的情况下，集管的基体由金属构成，并且点火桥通过焊接的桥接线实现。在该实施例的情况下，金属插脚作为插脚固定在基体的通孔中的电绝缘固定材料中。通常用作固定材料的是玻璃材料，特别是硬质玻璃或玻璃钎料。所以，该金属插脚通过玻璃相对于外导体绝缘。
同样陶瓷、玻璃-陶瓷和/或聚合物都可以作为绝缘材料。
第二金属插脚作为插脚焊接或钎焊到外导体，外导体由基体(也称为基板)表示。在馈通元件的上侧---即面向最终安装的点火装置的点火盖的一侧---这种桥接线(通常是钨合金)随着点火桥与玻璃材料的表面接触。为了使桥接线不被损坏以及使点火元件在使用期间具有较长的使用寿命，例如在机动车辆中，玻璃材料的表面通常必须被抛光，因为粗糙表面会损坏桥接线。
桥接线的长度会影响电阻，并因此影响点火装置的触发特性。在点火的情况下，产生的爆炸压力压在玻璃的小表面区域上，因此该实施例被认为是非常坚固的。该实施例的另一个优点在于：插脚直接连接到外导体，以及点火器的简单接地通过该插脚实现。该插脚通常称为接地导体或接地插脚。
对于特别是气囊点火器和/或安全带张紧器和/或气体发生器的长期运行可靠性来说，接地导体与集管和/或基体的可靠连接是非常重要的。必须避免接地导体在运行期间被传递和/或从集管撕下时已存在有缺陷的连接件，其中可能发生温度和/或振动的巨大变化。类似地，如果例如将导体推入连接器并因此受到机械载荷，则气囊点火器和/或安全带张紧器的装配可能损坏或削弱接地导体与集管和/或基体之间的连接。
上述类型的点火装置例如由de10133223a1已知，其中接地插脚齐平地焊接至基体。在这种情况下，齐平焊接方式意味着接地插脚的端面焊接到基体的表面的区域上。
例如，to封装件在us8,908,728b1中示出。这里可以设想将接地插脚连接到基体，以使基体电接地。
例如在de102007061175b3中描述了大型馈通件。基体通常通过机加工方法(例如通过在车床上车加工预成型件)来制造。这里也可以将接地插脚连接到基体。
通常，接地插脚可以通过钎焊(soldering)方法(而不是焊接(welding)方法)，特别是齐平钎焊连接到基体。通常使用在热效应下熔化的金属钎料。在这种情况下，通过金属钎料形成钎料弯月面和/或钎料间隙，金属钎料在其钎焊端以及基体的一个区域处覆盖接地插脚的区域，并因此以导电和机械固定的方式将接地插脚连接到基体。在基体上由钎料弯月面覆盖的区域的尺寸和/或钎料间隙的尺寸(包括钎料间隙的厚度)难以控制。这导致了基体的进一步加工的问题，即金属钎料可以通过后者的边缘到达基体的侧面，并且在那里进一步加工将更加困难。例如，当基体用于气囊点火器时，封盖被推到基体的侧面上并通过激光焊接而焊接在那里。那么侧面上放置的钎料就产生了阻碍和/或至少使情况更加糟糕。如果金属钎料进入通孔则情况同样严峻。如果钎料渗透到通孔中的绝缘材料和基体之间(即通常在上釉的玻璃和外导体之间)，则产生更大的风险，即绝缘材料在通孔内与基体之间的连接的机械强度降低到临界程度。可以通过玻璃压出测试来测试该机械强度。这是这些部件的工业大规模制造中的常规措施。
类似地，形成不良的钎料弯月面和/或钎料间隙或形成不良的钎焊位置会导致钎焊的接地插脚的机械不稳定性。通过弯曲测试对后者的机械稳定性，即接地插脚和基体之间的钎焊连接件的机械稳定性进行测试。在钎焊连接件质量不好的情况下，接地插脚在弯曲测试中可能脱离基体。因此，钎料弯月面和/或钎料间隙的不受控制的结构导致了弯曲测试中的随机故障。
技术实现要素：
在该背景下，本发明的目的是提供一种用于馈通元件的基体以减少现有技术的缺点，以及在电导体和基体之间提供可靠的钎焊连接件。所述基体可在工业大规模生产中有效地制造并且废品率很低。
该目的通过根据独立权利要求的基体及其制造方法来实现。优选实施例和应用由从属于其的权利要求提供。这同样适用于由基体产生的根据本发明的馈通元件以及适用于其应用。
根据本发明的基体包括金属基体以及用于容纳固定材料，特别是电绝缘固定材料中的功能元件的至少一个通孔。该功能元件可以是电导体或包括电导体，但也可以是光学元件和/或热电偶和/或波导等。根据本发明的馈通元件还包括至少一个导体，该导体通过钎焊连接件与基体导电连接。该钎焊连接件包括金属钎料，其覆盖基体的表面区域并因此在基体的表面上形成钎焊区域。
因此，钎焊区域被定义为在基体表面上被金属钎料覆盖的区域。根据本发明，基体至少在钎焊区域中具有微结构，该微结构至少包括基体的表面中的凹陷。这尤其是指其中基体的表面下方的最深点位于钎焊区域之外的凹陷。通常，凹陷可以通过腹板彼此分开。在基体的表面下测量，腹板可以向后延伸到钎焊区域之外，即位于基体的表面的平面下方的钎焊区域之外。如上所述，这意味着金属钎料覆盖钎焊区域中的微结构。金属钎料和微结构一起作用，这会体现出本发明的优点。
本发明提供的微结构的特征在于它是故意引入的结构。特别地，该结构由根据组织标准引入基体、并因此共同形成微结构的各个结构的组合所组成。根据本发明的这种微结构明显不同于位于基体中的划痕和/或印痕，其当然可以随意布置。
基体有利地具有至少一个平坦的表面，其中钎焊区域位于该平坦的表面中。特别有利地，基体具有两个平面平行的表面。通孔将这些表面连通。特别地，用于气囊点火器或安全带张紧器的基体是盘形的。用于电池和/或电容器外壳的基体可以有利地具有矩形的形状。
发明人已经认识到钎焊区域中的微结构充当金属钎料的钎料挡块。如上所述，金属钎料在钎焊过程中熔化并润湿钎焊区域中的基体以及导体的与基体连接的区域。在润湿期间，钎料流动。如果没有微结构，那么钎料的流动将难以控制。发明人已经认识到微结构限制了熔化的钎料的流动。通过这种方式，金属钎料的流动可以通过引入微结构来控制。相应地，微结构是用于金属钎料的钎料挡块。其结果是，在根据本发明的多个基体的制造中，钎焊区域的直径的变化小于没有微结构时的变化。在根据本发明的钎焊区域中的微结构的存在的情况下，能够可靠地控制钎焊区域的直径。同时能够说明，钎料流动的限制不必须在微结构的周边，但这种限制反而已经在微结构的各个元件上，也就是说，就像处于微结构中的区域中。
优选地，微结构的凹陷形成基本规则的图案。特别优选地，微结构的凹陷彼此相邻地布置和/或它们至少在某些区域中重叠。特别优选地，微结构在平面图中形成为点形式的栅格和/或网格形式的结构和/或鳞片形式的结构。
最特别优选地，微结构的凹陷是基体的表面中的激光结构区域。有利地，这些激光结构区域可以是激光烧蚀区域和/或通过激光辐射局部重新形成的区域和/或通过激光诱导的压力效应局部重新形成的区域。不言而喻，任何组合都是可行的。在后面的段落中将解释这方面的进一步细节。
或者，本发明可以实现并且类似地涵盖了用于产生微结构的其他可能性，例如通过微结构化印模进行冲压和/或通过材料去除方法，例如研磨和/或刻痕等。
有利地，微结构采用凹槽的形式和/或微结构包括具有圆形和/或椭圆形直径的凹陷或由所述凹陷组成。矩形直径，特别是具有圆角的矩形直径也是同样可行的。特别有利的是，凹陷呈凹坑和/或杯子的形式。这些形式可以通过激光烧蚀、和/或激光解吸或其他激光辅助方法特别有利地产生。
优选地，微结构的凹陷的深度为高达70μm，有利地为0.7μm至70μm，更有利地为0.7μm至50μm，更有利地为0.7μm至20μm，特别有利地为1μm至10μm，最特别优选为2μm至10μm。该深度通过以下方式测量：从微结构外部的基体的表面的平面到微结构的最深点，即在呈凹坑形式的凹陷的情况下，从微结构外部的基体的表面的平面到凹坑底部的最低点。不言而喻，本发明同样提供和涵盖了微结构位于基体的整个表面上。然后，微结构的凹陷的深度是从位于凹陷之间和/或界定它们的腹板的最高点的平均值的平面测量的。
特别优选地，根据本发明的基体在微结构的区域中具有平均粗糙度ra≥0.35μm和/或平均表面粗糙度rz≥1μm。最特别优选地，ra处于0.35μm至15μm的范围内和/或rz处于1μm至50μm的范围内，特别是rz处于1μm至15μm的范围内。
平均粗糙度ra和平均表面粗糙度rz以本领域技术人员已知的方式定义。平均粗糙度ra指定垂直部分(即，微结构的轮廓)内的测量点距中心线的平均距离。中心线与参考距离内的实际轮廓相交，使得轮廓偏差(相对于中心线)的总和最小。因此，平均粗糙度ra对应于偏差的绝对值与中心线的算术平均值。rz是所谓的平均表面粗糙度。它表示五个测量距离内各个粗糙度的算术平均值。通过将微结构内基体的表面上的限定的测量距离除以七个单独的测量距离来确定rz，其中中间五个测量距离具有相同的尺寸。仅在这五个测量距离的基础上进行评估。根据微结构的轮廓的这些单独测量距离中的每一个，确定与最大值和最小值的差异。根据如此获得的五个单独的表面粗糙度，形成平均值rz。
有利地，微结构的凹陷形成为使得在各个凹陷之间存在腹板，所述腹板将各个凹陷彼此区分开和/或界定。腹板宽度是可变的并且可以从小于1μm，例如至约100μm、或50μm、或20μm或10μm。
特别优选地，在最窄点处测量，微结构的凹陷的直径为10μm至150μm，特别为10μm至120μm，特别为50μm至150μm，特别为50μm至120μm。同样，所提到的所有这些范围的适当下限是80μm。
最特别优选地，通过引入基体的微结构来实现：至少在钎焊区域中，基体的微结构同时被调节。特别地，在钎焊过程之前，基本上除去了干扰物质，例如至少在微结构的凹陷中，可能在制造过程中到达基体的无用的氧化物层和/或沉积物(特别是润滑剂)。相应地，至少在凹陷中，微结构的表面最特别优选地不含有机材料和/或不含碳。特别优选地，在凹陷中至少存在纯金属表面或基本均质且优选薄的氧化物层，其厚度优选小于10nm，特别优选1nm至6nm。
在引入微结构之前，金属基体通常具有天然氧化物层。这通常在其组成中和/或特别是在其厚度上通常是不均匀的。此外，金属基体通常通过金属加工方法形成所需的形式，例如通过在车床上车加工和/或通过冲压和/或冷成形和/或切割。类似地，例如通过钻孔和/或冲孔引入通孔。
类似地，润滑剂的残余物(例如制造机器的润滑剂)可能存在于基体上。这种润滑剂及其残留物尤其可以是含有有机物质和/或通常为碳化合物的油类。通过引入微结构，至少在钎焊区域中至少部分地去除这些干扰氧化物层和/或残留物。当去除天然氧化物层时，留下裸露的金属表面(特别优选至少在微结构的凹陷中)，但是它还可以再氧化。与天然氧化物层相比，该再氧化的表面具有更小的层厚度和更大的均匀性。它不会(或至少在很小程度上)妨碍钎焊过程和钎焊连接件的形成。
在一个特别优选的实施例中，微结构的凹陷之间的腹板被不同的氧化物层(而不是凹陷内的表面)所覆盖。因此，腹板上的氧化物层与位于凹陷表面上的氧化物层不同。类似地，通过所述方式可以使腹板被氧化物层覆盖，并且凹陷的表面基本上是裸露的金属表面。
通常使用诸如st35和/或st37和/或st38的普通钢、或高级钢和/或不锈钢作为基体材料。符合dinen10020的高级钢是指硫和磷含量(所谓的伴生元素)不超过0.035％的合金或非合金钢的术语。下面，通常提供进一步的热处理(例如硬化和回火)。高级钢包括：例如其中诸如铝和硅的成分通过特殊的制造方法从熔体中分离出来的高纯度钢；以及用于随后的热处理的合金工具钢。这些钢中特别含有铬。例如，可以使用以下物质：x12crmos17、x5crni1810、xcrnis189、x2crni1911、x12crni177、x5crnimo17-12-2、x6crnimoti17-12-2、x6crniti1810和x15crnisi25-20、x10crni1808、x2crnimo17-12-2、x6crnimoti17-12-2。
然而，为了确保根据本发明的馈通元件的最大成本效率，金属基体也可以有利地不由高级钢构成。有利地，基体由1.01xx至1.07xx组(非合金优质钢)的钢制成。在这种情况下，钢组根据dinen10027-2规定，其中第一个数字给出了主要材料组，第一点后的数字序列给出了钢组数。
为了确保最佳的耐腐蚀性，基体可以涂覆有金属。优选使用镍涂层。这特别适用于由非合金优质钢制成的基体。
优选地，至少在存在微结构的区域中，根据本发明的基体包含含铬金属，特别是含铬的高级钢。类似地，优选地，基体由含铬金属，特别是含铬高级钢组成。然后，在微结构的凹陷中，表面特别地由包含crox的均质层覆盖。特别优选地，该均质层包含crox(oh)2-x·nh2o或由crox(oh)2-x·nh2o组成。这些所述层尤其可以通过使用所述材料时发生的自然氧化来制造。
优选地，使用硬质钎料作为金属钎料。通常称为硬质钎料的是基于具有高银含量、基于镍-银和/或基于黄铜的合金，其通常为棒状、杆状、线状、薄膜状、有时为膏状的形式。硬焊膏已经含有助焊剂(flux)，因此在同样作为焊膏(如在其他形式的钎料)的情况下,不再需要单独添加这些助焊剂。通常，含有钯(pd)的硬质钎料用于气囊点火器和/或安全带张紧器。含有pd的硬质钎料尤其在金属基体上具有特别好的钎料结合性。
针对本发明的目的特别优选的是基本上不含钯(pd)的金属钎料。“基本上不含”是指除了杂质和/或天然同位素比率之外。这些杂质的数量级可最高达2000ppm，特别是最高达1000ppm。特别是在焊接区域中的微结构以及在微结构的区域中所描述的金属调节的情况下，例如在薄的、均质氧化物层存在的情况下，本发明可以使用基本上不含pd的金属钎料。由于钯是非常昂贵的原料，被认为是刺激性和高度易燃的，因此该特别优选的实施例有助于特别有利地降低制造费用。
通过所描述的金属插脚与基体的导电连接，在金属钎料熔化期间，有利地在向基体表面的过渡处形成钎料弯月面。特别有利地，该弯月面具有至多0.40mm的半径。在钎焊区域中存在微结构的情况下，通过根据本发明的金属钎料流动的控制，使得该弯月面的这种相对小的半径成为可能。
在金属插脚的钎焊到基体的端部和基体的表面之间，在钎焊区域中存在填充有金属钎料的间隙(称为钎料间隙)。钎焊间隙的宽度，即金属插脚的端部和基体的表面之间的钎焊材料的厚度，类似地是所形成的钎焊连接件的可靠性的量度。因此，在特别优选的实施例中，在导体的面向基体的表面和基体的微结构化表面之间存在填充有金属钎料的钎料间隙，从微结构的凹陷的最低点测量，金属钎料的钎料间隙宽度为至多100μm，优选3nm至100μm，特别优选至多80μm或至多70μm，特别优选3nm至70μm。
接地插脚和基体之间的良好钎焊连接件的质量可以基于剪切力来评估，所述剪切力为将连接到基体的接地插脚与钎焊区域中的金属钎料剪断所需的力。本发明带来的特别有利的效果是：与没有微结构的传统基体的情况下的剪切力相比，在钎焊区域中具有所述微结构的根据本发明的基体的情况下的剪切力平均增加了至少10％。剪切力通过限制在夹紧装置中的部件和沿基体传递的金属刮刀来测量。当它遇到钎焊的导体时，记录下剪切它所需的力(n)。
通过钎焊区域中的微结构控制钎料流同样产生这样的效果：与没有微结构且具有相同量的金属钎料的基体相比，钎焊区域的直径更小。已经观察到，在根据本发明的基体的情况下，其中微结构特别地作为钎料挡块，与没有微结构的情况相比，钎料可以更多地吸附在金属插脚上。
在特别有利的实施例中，平行于基体的表面测量，钎焊区域具有最大直径，该最大直径是与基体导电的金属插脚(即接地插脚)的直径的至多两倍。例如，接地插脚可具有2mm的直径。然后，从平行于基体的表面测量，钎焊区域可以特别有利地具有至多4mm的直径。如果接地插脚的直径为1mm，则钎焊区域的直径至多2mm。
本发明可以将接地插脚定位成更靠近通孔的周边和/或位于基体的周边，这是因为：钎料的流动是通过微结构控制的；并且因为工业大规模生产中金属钎料流入通孔或流过基体边缘，在那里(即，在通孔的内壁上或在位于其中的绝缘材料的表面上和/或在基体的外周表面上和/或甚至产生有缺陷的部件)阻碍进一步加工的风险降低了。如果导电金属钎料流到其中布置有功能元件的通孔中的绝缘材料上，则可能发生功能元件和基体之间的短路，或者至少降低闪络电压。
特别优选地，根据本发明的基体是用于制造气囊点火器或安全带张紧器或气体发生器的基体，其中，在所述至少一个通孔中，导体被布置为电绝缘固定材料中的功能元件；并且与基体导电连接的导体形成为接地插脚，该接地插脚在钎焊区域中齐平地钎焊至基体。这种基体通常也称为集管。
最特别优选地，接地插脚在该应用中具有1mm±0.02mm的直径，并且在在向基体的表面的过渡处金属钎料的弯月面的半径小于0.40mm，优选小于0.36mm，特别优选小于0.30mm，最特别优选小于0.22mm。
本发明可减少所使用的金属钎料的量。在这种集管的最特别优选的实施例中，金属钎料的体积小于0.16mm3，优选小于0.13mm3，特别优选小于0.10mm3，最特别优选小于0.07mm3。
在气囊点火器和/或安全带张紧器和/或气体发生器的这种应用中，从平行于基体的表面测量，钎焊区域有利地具有1mm至2mm的直径。这意味着钎焊区域的直径也可以对应于接地插脚的直径。那么，只有接地插脚的对接端和基体之间的钎料间隙设有金属钎料。
在工业大规模生产中，缺陷率和/或合格零件与废弃零件的比率尤为重要。本发明降低了缺陷率和/或增加了合格零件与废弃零件的比率。这些都是统计考虑因素。在接地销上进行的弯曲测试的结果提供了评估这些部件的量度。这涉及通过在接地插脚的钎焊端附近的枢轴点机械地弯曲接地插脚来研究基体。如果接地插脚的钎焊连接件断开并且后者因此离开基体，则认为相关的基体没有通过该测试，否则认为已通过。缺陷率是通过弯曲测试所研究的基体数量与未通过弯曲测试的基体数量之比。在根据本发明的基体的情况下，对5000个测试量的基体的弯曲测试中的缺陷率有利地小于1比1000(对应于每千个中的1个)，特别有利地小于1比2000(相当于每千个中的0.5个)，特别有利地至多1比5000，最特别有利地0比5000。
用于评估部件的另一个量度是通过在所制造的一些部件中钎焊区域的直径的变化来提供的。与所制造的每个部件的情况相同，本发明试图使钎焊区域的直径尽可能相同，即目标是尽可能减少差异。因此，在最特别优选的实施例中，本发明涉及用于制造气囊点火器、和/或安全带张紧器和/或气体发生器的多个基体，其包括根据本发明的1000个测试量的基体，其中从平行于基体的表面测量，该测试量中的钎焊区域直径的平均值的统计标准偏差在该测试量的钎焊区域的平均直径的0％至6％的范围内。
本发明类似地涉及一种用于制造用于馈通元件的基体的方法。该方法包括以下方法步骤，其不必以文中所述的顺序执行。根据该描述，本领域技术人员能够添加其他方法步骤和/或改变它们的顺序以适合其目的。
根据本发明的方法能够想到提供一种具有预定厚度和预定外轮廓的金属基体，该外部轮廓具有两个基本相对的表面。在基体中生成至少一个通孔。该通孔将两个基本相对的表面连通。在该方法中，对基体表面的至少一个区域进行微结构化，其中在基体的表面中引入凹陷。还提供了至少一个功能元件和电绝缘固定材料。还提供了至少一个导体。电绝缘固定材料布置在至少一个通孔中，并且至少一个功能元件固定(或换句话说，布置)在电绝缘固定材料中。它是通过固定材料固定在通孔中的。在微结构存在的区域中用金属钎料将导体钎焊至基体。金属钎料在钎焊过程中熔化，熔化的钎料的流动至少由微结构的元件阻止和/或限制。基体的表面上被钎料覆盖的区域形成了钎焊区域，使得至少一个导体在钎焊区域中与基体导电连接。该导体表示接地导体。
特别地，基体可以是包括金属片的车加工零件和/或从金属片中冲压出来和/或通过冷成型由杆或线制成。通孔可以例如在冷成形期间钻孔和/或冲孔和/或就地成型。根据所述制造方法，在基体上可存在脱模剂和/或润滑剂和/或流动剂，例如油类，特别是矿物油。基体的表面也可以被氧化物层覆盖。
电绝缘固定材料通常是玻璃材料或玻璃-陶瓷材料或陶瓷材料或塑料，例如高性能聚合物。这些材料的组合，特别是分层的组合也是可能的。固定材料也可以具有粘合剂和/或填料。特别地，功能元件可以是电导体，特别是金属插脚，但也可以是空心导体、热电偶、波导、光导等。通常，固定材料熔合到功能元件和通孔的内壁。在气囊点火器或安全带张紧器的情况下，通常用作固定材料的是玻璃，其被研磨成粉末并与粘合剂一起加工以形成压块，所述压块与功能元件一起插入到通孔中。当它被加热时，粘合剂通常被烧尽，玻璃熔化并粘合到通孔的内壁和功能元件上。当其冷却时，固定材料凝固并密封通孔。这同样适用于玻璃-陶瓷，也可能适用于陶瓷材料。同样可以从管的部分中制造预制件。
当钎焊接地导体(也称为接地插脚)时，同样通常使用金属钎料的预制件，其同样可以包括粘合剂和/或助焊剂。所述预制件可以以与接地插脚相同的方式定位在后面的钎焊区域的区域中，并且通过加热钎焊到基体。接地插脚的钎焊和电绝缘固定材料与基体和/或功能元件的熔合也可以同时进行。
微结构可以通过如下方法生成：从基体的表面去除材料，有利地通过研磨基体，特别有利地通过压入基体中。压入可以例如通过结构化印模来执行。
最特别有利的是，通过激光诱导的结构化方法和/或激光结构化方法来生成微结构。
已知的激光诱导的结构化方法是激光烧蚀和激光解吸附，其中基体的表面材料被除去。然而，同样可行的是，在用激光器照射期间，基体的表面材料通过以下方式被再成形：激光照射，特别是通过局部熔化、具体为局部加热基体的材料和/或通过激光引起的压力效应，其中至少在基体附近，激光辐射局部地加热气体气氛，特别是局部点燃等离子体，从而形成使基体的表面变形的压力波。在这种情况下，激光的焦点特别地位于基体表面之前的平面中。同样可以允许会聚激光束被基体表面反射并将反射光束的焦点定位在基体上方的平面中。当然也可以使用两种传导光束的方式的组合。
同样可以将所述的基于激光的方法进行组合。例如，最初的材料，特别是氧化物层和/或润滑剂残留物，可以通过激光烧蚀或激光解吸从基体上除去，其中基体可局部加热并因此已经热再成形或至少软化；和/或在暴露裸露的金属表面之后，可能使激光束的焦点移位，特别是等离子体可能在表面附近被点燃。这样，压力波在基体的方向上移动，并在被压入基体时局部地重新形成。这种再成形可以通过上述材料的热软化来辅助。
特别有利地，通过以下方式执行所有上述方法：微结构在平面图中形成点形式的栅格和/或网格形式的结构和/或鳞片形式的结构。
特别有利地，当生成微结构时，同时去除基体表面上的杂质和/或有机物质和/或含碳物质和/或氧化物。当使用激光烧蚀或激光解吸时，这些物质蒸发和/或升华。
在除去存在的氧化物层之后，再氧化可能是有利的。在这方面，有利的方法提供了：在微结构形成之后并且在导体钎焊之前，至少在微结构的区域中基体被基本上均质且薄的氧化物层覆盖。特别有利地，在这种情况下用于形成氧化物层的氧源自环境大气。
对应于特别优选的方法，在引入微结构之后，至少在凹陷中，基体不含有机材料和/或不含碳。至少在凹陷中，优选地具有纯金属表面或基本均质且优选薄的氧化物层，其厚度优选小于10nm，特别优选1nm至6nm。
基体可以由上述金属组成或包含上述金属。特别是高级钢可以用作基体的材料。同样可能且从方法效率方面更有利的是来自1.01xx至1.07xx组的钢(根据dinen10027-2)。特别地，这些材料的基体，特别是与通孔一起，可以涂覆有镍，有利的是镍层的厚度可以是1μm至15μm，特别是4μm至10μm。
特别有利地，基体由含铬和/或含镍金属组成或包括含铬和/或含镍金属，特别是含铬和/或含镍钢，包括含铬和/或含镍的高级钢。因此，该方法的优选结构提出：至少在存在微结构的区域中，基体包括含铬金属或由含铬金属组成，特别是含铬和/或含镍的钢，包括含铬和/或含镍的高级钢；并且至少在微结构的凹陷中，表面由通过氧化包括crox和/或niox的均质层来覆盖。优选地，该均质层包括crox(oh)2-x·nh2o或由crox(oh)2-x·nh2o组成和/或该层由niox(oh)2-x·nh2o组成或包括niox(oh)2-x·nh2o。
除了通常的硬质钎料之外，本发明还可以在根据本发明的方法中使用基本上不含钯(除了杂质之外通常不含钯)的金属钎料。
为了制造导体与基体的钎焊连接件，在钎焊之前，金属钎料有利地以环的形式围绕导体放置。在钎焊期间，金属钎料流入微结构中，从而形成钎焊区域；在微结构(8)的填充有金属钎料的区域中，导体(6)和基体的表面之间具有钎料间隙。通过微结构辅助，金属钎料在导体(特别是呈插脚的形式)的端面下方流动，并在那里形成钎料间隙和/或填充钎料间隙。钎料材料覆盖钎焊区域中的微结构并与之相互作用。这在基体的可制造性方面具有优势；特别是减少了在钎焊之前组装的工作。
在一个优选的实施例中，该方法以这样的方式执行：从基体表面测量，微结构的深度基本上高达70μm，特别地高达50μm，特别地为0.7μm至70μm，特别地为0.7μm至50μm，优选为0.7μm至20μm，特别有利地为1μm至10μm，最特别有利地为2μm至10μm。
特别优选地，微结构以这样的方式引入基体中：获得平均粗糙度ra≥0.35μm和/或平均表面粗糙度rz≥1μm。优选地，ra处于0.35μm至15μm的范围内和/或rz处于1μm至50μm的范围内；特别地，rz处于1μm至15μm的范围内。平均粗糙度ra和平均表面粗糙度rz如上定义。
在根据本发明的方法中，发明人认为：在金属钎料熔化期间，通过微结构限制和/或阻止钎料的流动。
根据特别优选的方法可以想到使用激光结构化和/或激光诱导的结构化方法来生成微结构。上面已经描述了这些方法及其方面。有利地，使用激光烧蚀和/或激光解吸，其中基体的表面材料(特别是氧化物层和/或有机杂质)在激光辐射的作用下被除去，暴露出基体的反射入射激光辐射的基本裸露的金属表面。如上所述，激光诱导的热和/或机械再成形以及它们的任何组合都是可行的并且被本发明所涵盖。
特别优选地，特别是通过激光烧蚀或激光解吸而暴露的裸露的金属表面限制了微结构的深度。发明人已经认识到，当使用激光烧蚀时，微结构的深度，以及因此ra或rz自动设定。位于基体上的所述杂质(例如润滑剂和/或氧化物层的残余物)吸收激光束，从而被蒸发和/或升华，并因此被除去。特别地，位于基体上的杂质可能仅部分地吸收激光束，而主要氧化物层则较大程度地吸收，直至完全吸收所述激光束。只有去除这种材料，激光束才能照射到随后暴露的裸露的金属表面上。这反射了激光束，通常不会被进一步去除。该效果在最大程度上与激光功率无关，由此可以实现由激光烧蚀和/或激光解吸产生的微结构的良好再现性。
由于激光束局部受到限制，并且如上所述被执行为使得微结构优选地以栅格或鳞片的形式发生，所以其最初由具有裸露的金属表面的凹陷、以及例如具有可能减小的原始氧化物层和/或杂质的层厚度的腹板组成。具有裸露的金属表面的凹陷可在正常环境条件下再氧化。然而，这种再氧化显然均质地发生，从而形成上述氧化物层厚度。从而形成受控的氧化物层。
红外光谱范围内的激光辐射已被证明特别合适。例如，可以使用nd：yag激光器。它们的发射波长为1064nm。进一步的过渡存在于946nm、1320nm和1444nm处。本发明还可以并且涵盖所有过渡，包括以任何期望的组合。同样可以使用co2激光器。这些通常发射在9400nm和10600nm的频带中。同样可以用uv激光辐射对基体表面进行预处理。这尤其有利于破碎和/或除去有机和/或含碳杂质。发射波长为308nm的xecl-准分子激光器、和/或发射波长为337nm的no2-准分子激光器、和/或发射波长为248nm的krf-准分子激光器可以例如用于此目的。不言而喻，可以类似地使用其他合适的uv激光器。特别地，可以通过短脉冲uv激光器从基体的金属表面分离各种金属和/或金属氧化物。已经证明，在krf-准分子激光器的情况下，约20ns至约0.2ps的脉冲宽度是合适的，以便例如从基体的表面释放镍、铜、钼和/或钨。因此，可以通过适当的激光照射，特别是通过局部改变基体的金属组合物在其表面区域中的组成来调节基体的表面。
对于本领域技术人员显而易见的是，同样可以通过uv激光器来执行生成微结构的整个过程。同样可以将不同的激光器彼此组合，特别是ir激光器和/或uv激光器和/或具有可见光谱范围内的激光发射波长的激光器。不言而喻，这同样包括相同类型的激光器的相互作用。
根据本发明的基体能够优选地用在电气和/或光学馈通元件中。特别有利地，在至少一个通孔中，至少一个电导体布置成与固定材料中的基体电绝缘。特别优选地，固定材料为玻璃、玻璃-陶瓷材料和/或陶瓷材料。
根据本发明的基体的最特别优选的是应用在烟火触发装置和/或安全气囊点火器和/或安全带张紧器和/或气体发生器和/或传感器和/或致动器和/或大型馈通件和/或晶体管外形封装件中。
基于以下示例性实施例和附图进一步解释本发明。
示例性实施例涉及根据本发明的基体在气囊点火器和/或安全带张紧器和/或气体发生器中的应用。因为对于气囊点火器和/或安全带张紧器和/或气体发生器，在点火的情况下可以产生通常超过1000巴的高爆炸压力，所以基体通常设计成具有相应大的厚度，即材料强度。基体的厚度特别地处于1.2mm至4mm的范围内，有利地处于1.5和1.7至3mm的范围内，特别有利地处于1.8至2.5mm的范围内。第二通孔的孔的直径通常为0.8mm至1.5mm。
在大型馈通件的情况下，例如安全壳体的馈通件，基体的厚度和第二通孔的直径可以是几厘米。
在气囊点火器和/或安全带张紧器和/或气体发生器的情况下，功能元件是固定在通孔中的金属插脚，类似于钎焊到基体的接地插脚。这些金属插脚通常至少在沿其轴线的子区域中涂覆有金。金涂层提供长期对腐蚀和长期接触不敏感的效果。金属插脚通常在其端部区域涂覆有金。通过这种方式，优选地，在组装期间在用于点火装置的插接连接件内的金属插脚的区域是镀金的。通过这种方式，能够减少插入式触点中的转移电阻。
在一个有利的实施例中，至少两个金属插脚通过在基体侧面上面向推进剂的点火桥以导电方式彼此连接。点火桥可以由已经描述的点火线形成，该侧的金属插脚通常不具有超出位于该侧的基体表面的任何突出部。
如上所述，钎焊区域中的微结构可以通过平均粗糙度ra和平均表面粗糙度rz来表征。在同样代表示例性实施例的测试中，至少在钎焊区域中将未引入微结构的现有标准基体与引入微结构的一系列基体进行比较。结果汇编在表1中。
表1
在不同情况下从大规模生产中提取五个不同的基体，并针对ra和rz值进行测量。借助于本领域技术人员已知的hommel测试仪的触觉测量被用作测量方法。根据在不同情况下确定的值，算术平均值和得到的标准偏差σ类似地在表1中给出。
在标题为“没有微结构”的列中，显示了未引入微结构的基体的结果。不言而喻，即使这样的基体也不是完全光滑的，因此ra和rz值不等于0。用肉眼可以看到这种不平滑的情况，例如表面上的划痕或凹坑。这些划痕或凹坑特别随意地分布在基体的表面上，并且可以例如在运输基体时(特别是当与运输容器的壁接触时和/或当基体彼此碰撞)时产生。在未引入微结构的基体的情况下，ra的平均值为0.16μm，标准偏差σ为0.06μm。
在“具有微结构”列中，ra和rz的测量值被汇编用于基体，其中至少在钎焊区域中通过脉冲ir二极管激光器引入微结构。根据激光器引入的激光功率，生产条件的不同在于对应于参数1至5，激光功率与激光脉冲随时间变化的积分相关，因此与脉冲宽度和脉冲的最大功率相关。在参数1的列中，辐射的激光辐射最低，在参数2的列中，激光功率较大，依此类推到参数5的列。特别地，辐射的激光功率也能够通过各个激光脉冲和/或它们的脉冲频率的重叠来设定。
可以观察到，ra和rz的所有值(即来自每个单独测量的所有值)比没有微结构的基体的那些值大得多。这也特别适用于ra和rz的相应平均值。因此显而易见地，本发明提供的具有引入的微结构的基体明显不同于现有的没有引入微结构的基体。
使用脉冲激光器可以实现约0.3μm至10μm的ra值。同样进行了使用连续波(cw)激光器的测试。通过这种方式，甚至可以实现ra为0.3μm至约100μm。
这些大的粗糙度值表明，在高沉积激光功率下，不仅有机和/或含碳杂质和/或金属氧化物层已经从基体表面除去，而且还有前面描述的热和/或其他激光诱导的再成形同样起作用。
如上所述，钎焊区域中微结构的存在具有效果：特别是通过钎料和微结构之间的相互作用，如本发明所提供的在第二金属插脚、接地导体和基体之间具有改进的钎焊连接件。可以通过弯曲测试来评估该钎焊连接件的质量。在这种情况下，钎焊的金属插脚被夹紧并在两个方向上机械地弯曲到在不同情况下与该金属插脚的轴线成约45°的角度。在这种情况下，弯曲的枢转点尽可能靠近基体的表面。该弯曲测试是在测试量的部件(例如5000个带有钎焊接地插脚的基体)上进行的。
对于没有微结构的基体和具有微结构的基体的这种弯曲测试的结果列于表2中，准确地说，在不同情况下用于在临界条件下的一系列测试。
表2
如测试条件列中所示，对基体进行了一系列测试，这些基体被通常的金属杂质(这里是指铝)污染。这采取了与位于基体上的有机成分混合的粉末层的形式。该测试模拟了金属颗粒污染的发生，例如通常在生产过程中发生。这通常涉及表面加工步骤。可以使用的振动研磨在din8589中定义，并且在那里被称为振动精加工，因为它不总是发生磨削过程，但是根据该方法，也可以是研磨或抛光。滚筒中的振动研磨也称为滚磨。在这种情况下，使用所谓的滚磨石，并且可以使磨损的金属沉积在所生产的基体上。
在另一系列测试中，将测试量的基体保持在油浴中21天。这是一种矿物机油。该测试模拟了制造过程中润滑剂的污染。
两种测试条件都代表了工业大规模生产中可能出现的不利生产条件的限制情况。这些测试适用于过程可靠性的质量评估。分别以这种方式制备的测试量的基体在没有微结构的情况下生产，然后钎焊到接地插脚上。在相同生产条件下的其他测试量借助于脉冲二极管激光器在钎焊区域中设置有微结构，随后在那里钎焊到接地插脚。对相应的测试量进行弯曲测试。
从表2中可以看出，没有微结构的部件的缺陷率为每5000个部件中的123个或每5000个部件中的3个。在表2中，nok代表“不好”，因此给出了未通过上述弯曲测试的部件的数量。有趣的是，金属污染对于钎焊连接件影响似乎比油富集更加致命。
相比之下，设置有微结构测试量的部件中没有任何缺陷部件。换句话说，所研究的所有部件都通过了弯曲测试，而与污染无关。这证明了本发明提供的微结构的存在导致了钎焊连接件的生产可靠性的显着改善，并因此显著改善了这种馈通件的可生产性。对于车加工部件的基体、冲压和冷成型基体进行如表2中的一系列测试。由此确认钎焊区域中具有微结构的基体具有可靠的钎焊连接件，而这与基体的制造方法无关。
附图说明
下面基于附图更详细地解释本发明。附图未按比例绘制，并且所表示的实施例是示意性的。附图还表示作为示例给出的示例性实施例。
图1示出了已知的点火装置，其包括根据现有技术的馈通元件，而在钎焊区域中没有微结构。
图2a示出了穿过根据本发明的馈通元件平行于其轴向中心轴线的截面。
图2b示出了根据本发明的馈通元件的表面的平面图。
图3示出了穿过根据本发明的馈通元件平行于其轴向中心轴线的截面的细节，该馈通元件具有微结构化的钎焊区域。
图4示意性地示出了对应于现有技术的湿化学处理过程中基体的金属结构。
图5示意性地示出了根据本发明的基体在其加工过程中的金属结构。
图6a示出了微结构的细节的照片。
图6b示出了与转换成图的图6a相对应的细节。
图7示意性地示出了微结构作为钎料挡块的功能。
图8示意性地示出了穿过根据本发明的基体的截面的细节，该基体具有钎焊连接件的弯月面。
图9示出了根据本发明的基体，该基体在整个表面区域上具有微结构。
具体实施方式
在图1中，示出了现有技术中已知的用于烟火保护装置的点火装置，这里作为气囊点火器的示例。因此，图1特别示出了馈通元件的剖视图。馈通元件包括具有基体(1)的金属载体部分，基体(1)具有盘形的基本形式。馈通元件通常也称为集管元件或简称为集管。在基体(1)的通孔(4)中，金属插脚(5)也设置为功能元件。在这种情况下，通孔(4)从基体(1)中冲出。金属插脚(5)用于接触点火桥(9)以提供电流，通过该电流点燃封闭在完成的点火器中的推进药剂(25)。通孔(4)中的电流馈通件尤其构造为玻璃-金属馈通件，其中玻璃用作金属插脚(5)与金属基体(3)中的通孔(4)的壁之间的固定材料(10)。同样可以在通孔中使用高性能聚合物或其他合适的材料。
在图1所示的示例的情况下，通孔(4)相对于基体(1)的轴向中心轴线偏心地布置。这实现了这样的效果：即使基体(1)的半径较小，也可以有足够的空间来固定第二金属插脚(6)。第二金属插脚(6)通过钎焊连接件齐平地焊接至基体(1)，并因此用作接地插脚(也称为接地销(6))。所描述的钎料，特别是金属钎料(特别是硬质钎料)被用作钎料(7)。钎料(7)在基体表面和接地插脚(6)之间形成弯月面。钎料(7)覆盖基体(2)的表面区域，从而形成钎焊区域。钎料(7)覆盖钎焊区域中的微结构。这适用于所有附图和示例性实施例。钎焊区域的直径对应于钎料(7)的直径。出于可生产性的原因，钎料(7)不得进入通孔(4)和/或位于后者的绝缘材料(10)上。因此，接地插脚(7)必须与通孔(4)保持最小距离。类似地，应避免钎料(7)润湿基体(1)的外壁。因此，应保持接地插脚(6)与基体(1)周边的最小距离。并且即使保持了最小距离，生产过程中的统计偏差和/或轻微误差也可能导致钎料(7)的这种不期望的膨胀，这导致部件有缺陷并因此不合格。
相比之下，图2a示出了穿过根据本发明的馈通元件的平行于其轴向中心轴线并通过它的截面。基体(1)具有第一表面(11)(这里为上侧)，以及第二表面(12)(这里为下侧)，在许多实施例中，第二表面(12)平行于第一表面延伸。上侧(11)通常面向推进剂(25)；在下侧(12)上，通常建立电触点。图2b中示出了下侧(12)的平面图。
盘形金属基体(1)具有通孔(4)，金属插脚(5)通过该通孔引导。通孔(4)可以从基体(1)中冲压出。在该示例中，基体(1)的外轮廓同样由金属板条冲压而成，因此这里整个基体(1)代表冲孔部件。然而，本发明同样可以实现并且也涵盖：基体由线材通过冷成形制成。在通孔(4)中，金属插脚(5)作为第一插脚(也称为接触插脚)固定并通过玻璃材料(10)与基体(3)电绝缘。第一金属插脚(5)在金属基体(1)的第一通孔(4)中气密地玻璃密封。该玻璃-金属馈通件的玻璃材料(10)完全被基体(1)的材料包围，基体(1)代表外导体。玻璃材料(10)具有比基体(1)的金属更低的热膨胀系数，因此，在将金属插脚(5)钎焊到玻璃材料(10)中之后的冷却过程中，当基体(1)收缩到玻璃材料上从而到玻璃-金属馈通件上时，基体(1)以这种方式在后者和玻璃材料(10)上永久地施加机械压力。通过这种方式，在金属插脚(5)、玻璃材料(10)和基体(1)之间形成特别紧密且力学稳定的连接件。这种结构被称为压缩上釉(glazing-in)，并且例如对于气囊点火器应该是优选的。玻璃-陶瓷材料和/或高性能聚合物的使用同样是可行的并且由本发明涵盖。
第二金属插脚(6)通过钎焊连接件作为接地插脚连接到钎焊区域(7)中的基体(1)。至少在钎焊区域(7)中，基体(1)具有微结构(8)，其以与该实施例相对应的方式通过基体表面中的凹陷来区分。在凹陷之间存在与凹陷的底部相比具有较低深度的腹板(webs)，其表示微结构(8)的各个凹陷的边缘。特别地，这些边缘代表钎料的钎料挡块。这尤其意味着熔化过程中钎料的流动由微结构(8)控制。如上所述，钎料(7)覆盖钎焊区域中的微结构并与之相互作用。借助于微结构，具有钎料(7)的钎焊区域也受限于直径(d)。
根据本发明的馈通元件(1)及其制造方法使得点火装置的与现有技术中已知的那些相比不太复杂的实施例尤其成为可能，主要是因为微结构(8)的存在使得钎焊区域(7)的直径(d)得到控制。因此，减少了工业大规模生产中有缺陷的部件的数量，从而减少了废品的数量。
图3示出了图2a中钎焊连接件的区域的细节。可以再次看到具有钎料(7)的钎焊区域。钎料在壁上相对于接地插脚(6)形成具有半径(r)的弯月面。钎焊区域(7)具有直径(d)。在钎焊区域中，并且可能在钎焊区域之外，存在微结构(8)。根据本发明，金属插脚(6)和基体(1)之间的钎焊连接件位于微结构存在的位置。出于本发明的目的，同样可行的是，微结构在基体(1)的整个下侧(12)上。在接地插脚(6)的上侧和基体(1)的表面之间通常存在填充有钎料的间隙(即所谓的钎料间隙(70))，所述间隙具有钎料间隙宽度。有利的钎焊间隙宽度也在10μm和70μm之间。
图4示意性地示出了对应于现有技术的湿化学处理过程中基体的金属结构。在不同情况下显示了基体的细节。在该实例中，基体由含铬的奥氏体钢组成。基体的金属微结构包括奥氏体相(101)和马氏体相(102)，其制造尤其可以通过基体在其生产时的变形过程来促进。在上图中，示出了这种基体(1)的基本状态。基体(1)的表面覆盖有氧化铬层(40)，其中可存在铁氧化物区域(41)。特别地，铁氧化物区域可以像基体表面上的锈斑一样排列。
通过与现有技术的先前制造方法相对应的方式，在混合酸浴中对基体进行蚀刻处理。这种蚀刻过程的结果在中间的图示中表示。可以看出，尽管已除去大部分氧化铬层，但仍保留有区域(40)。类似地，在蚀刻之后仍然存在铁氧化物(41)。类似地，蚀刻通常引起金属微结构的各个相的选择性腐蚀。因此，在该图示中，特别地马氏体受到区域(103)中的选择性腐蚀的影响。通常情况下，马氏体受酸的侵蚀比铁素体更多，并且铁素体反过来比奥氏体更多地受到攻击。另一种形式的损坏是区域(104)中的晶界腐蚀。在那里，酸侵蚀似乎导致在金属微结构的相同相的晶界处形成裂缝。类似地，区域(105)受到点状腐蚀的影响，这可能导致在基体表面中的孔形式的凹陷。
在图示的最下部，示出了在常规方法中在大气条件下老化后的基体的状态。主要效果是金属表面的再氧化，这可以通过表面上的铁氧化物层(410)表现出来。类似地，在晶界腐蚀的区域(104)中，金属微结构中的铬部分可能会耗尽，这会削弱它和/或改变它的化学性质。当然，在蚀刻之后仍然存在具有氧化铬层(40)和铁氧化物层(41)的区域。总而言之，在基体上腐蚀会导致粗糙表面，粗糙表面的ra和rz值偏离0。然而，这些结构是随意排列的，并且它们不形成微结构。类似地，表面上的凹陷比根据本发明的微结构更小且更深。根据传统生产方法的基体的ra和rz值对应于表1中再现的值。
与常规方法相比，在图5中示意性地示出了在对应于本发明的物理处理期间基体的金属结构。在本实例中，基体的处理通过基于激光的表面加工进行，这里是通过红外二极管激光器。在图5的上图中，再次示出了基体(1)的基本状态。这对应于图4中的基本状态。
在图5的中间图示中，示出了在引入微结构(8)之后基体的状态，这里时通过激光结构化来生成微结构。已经发现，没有观察到选择性腐蚀、晶界腐蚀和点状腐蚀。类似地，去除了氧化铬层(40)和铁氧化物层(41)，因此它们不存在于该图示中。相反，所示出的结构导致非常水平和均匀的表面，其由腹板(80)分割。腹板具有腹板宽度(b)，其在图示中可以为约0.5μm至约8μm。腹板的腹板高度对应于腹板(80)之间的凹陷的孔深度(t)。在该示例中，孔深度对应于约4μm至8μm。腹板彼此的间距对应于孔宽度(l)。在该示例中，该间距约为50μm。然而，本发明提供了该间距可以设定，特别是在上述有利范围内。腹板(80)和位于其间和/或由后者界定的凹陷的组合表示本发明提供的微结构。腹板高度特别地大于基体的凹陷，所述凹陷通过对应于图4的方式通过腐蚀产生。在对应于该图5的示例性实施例中，ra和rz的值还可以特别地假设表1中再现的值。
在图5的下图中，再次示出了在大气条件下老化后基体的状态。主导的过程再次氧化。已经发现，至少几乎理想的钝化膜或层(400)特别令人惊奇地形成在腹板之间的凹陷中。如所观察到的，该层通常非常薄。出于代表性原因，没有示出与腹板(80)等的尺寸有关的情况。在这个示例中，它约为3nm厚。这意味着钝化层可以比腹板的高度和/或凹陷高度(t)更薄。钝化层的组成取决于基体的金属。含铬钢的基体的本示例中，层(400)包含crox；特别优选地，该层包含crox(oh)2-x·nh2o或由crox(oh)2-x·nh2o组成。
图6a示出了通过所述方法制造的基体(1)的细节照片，其中通过激光加工引入了微结构。可以清楚地看到网格形式的微结构的结构。网格的线由腹板(80)形成，网格的开口由凹陷形成。
在图6b中，为了说明起见，图6a中的照片已被转换成图形的格式。微结构(8)的凹陷具有孔宽度(l)，在这里它可以是例如70μm。
图7示意性地示出了根据本发明的基体在钎焊区域的端部区域中的细节，具体地说是穿过钎焊区域中的微结构(8)的区域的截面。在这里，基体(1)的表面的润湿在微结构的区域中终止。即使如上所述，金属钎料(7)相对于接地插脚(6)形成弯月面，但是在钎焊区域的端部处，相对于基体的表面区域存在接触角或润湿角
在图8中，示意性地示出了根据本发明的基体在钎焊的接地插脚(6)的区域和钎焊区域(7)的部分区域中的细节。金属钎料(7)相对于接地插脚(6)形成钎料弯月面，钎料弯月面将其自身吸附在接地插脚(6)上。出于简化的原因，这里未示出微结构。在基体(1)的表面和接地插脚(6)的头部区域之间存在钎料间隙(70)，钎料间隙(70)具有钎料间隙宽度(s)。钎料弯月面具有半径(r)，由具有半径(r)的虚线描绘的圆圈示出。如上所述，本发明使得半径r可以通过受控方式和/或与现有技术相比减小。这可以使得钎焊区域(7)的直径(d)较小且受控。特别地，如上所述，通过微结构(8)减小了钎焊区域的半径(r)和直径(s)的变化。可以使用较少的钎料就能提高生产可靠性，这又导致根据本发明的基体生产的费用的显著降低。
图9示意性地示出了根据本发明的基体(1)，这里是用于气囊点火器和/或安全带张紧器和/或气体发生器的馈通件的形式。其元件已在上面描述。显然，基体在一个表面上具有在整个表面区域上的微结构(8)。如上所述，通过基于激光的加工方法可以防止金属表面的腐蚀，例如由先前使用的湿化学方法产生的腐蚀。特别地，所示的基体(1)具有均质的钝化层(400)。特别地，这种基体(1)可以比先前已知的基体的机械强度更大并且更耐腐蚀。
本发明还可以通过以下陈述来概括。陈述的内容以及它们如何彼此依赖同样构成本说明书的整个公开内容的一部分。本领域技术人员能够进一步发展说明书和/或陈述。
陈述
1.一种用于馈通元件的基体，包括：
金属基体；
用于容纳固定材料特别是电绝缘固定材料中的功能元件的至少一个通孔；和通过钎焊连接件与所述基体导电连接的至少一个导体，
其中所述钎焊连接件包括金属钎料；
其中所述金属钎料覆盖所述基体的表面区域，从而在所述基体的表面上形成钎焊区域；
其中所述基体至少在所述钎焊区域中具有微结构，所述微结构至少包括所述基体的表面中的凹陷；并且
其中所述金属钎料覆盖所述钎焊区域中的微结构。
2.根据陈述1所述的基体，其中
所述微结构是所述金属钎料的钎料挡块。
3.根据前述陈述中至少一项所述的基体，其中
所述微结构的所述凹陷形成基本规则的图案。
4.根据前述陈述中至少一项所述的基体，其中
所述微结构的所述凹陷彼此相邻排列和/或它们至少在某些区域重叠；优选地，所述微结构在平面图中形成点形式的栅格和/或网格形式的结构和/或鳞片形式的结构。
5.根据前述陈述中至少一项所述的基体，其中
所述微结构的所述凹陷是所述基体的表面中的激光结构区域，特别是激光烧蚀区域、和/或以激光诱导方式局部重新热成形的区域、和/或通过激光诱导的压力效应局部再成形的区域。
6.根据前述陈述中至少一项所述的基体，其中
所述微结构采用凹槽的形式和/或所述微结构包括具有圆形和/或椭圆形和/或大致矩形直径的凹陷；优选地，所述凹陷呈凹坑的形式和/或杯子的形式。
7.根据前述陈述中至少一项所述的基体，其中
从所述基体的表面测量，所述微结构的所述凹陷的深度基本上高达70μm，特别地高达50μm，特别地为0.7μm至70μm，特别地为0.7μm至50μm，优选为0.7μm至20μm，特别有利地为1μm至10μm，最特别有利地为2μm至10μm。
8.根据前述陈述中至少一项所述的基体，其中
所述基体在所述微结构的区域中具有平均粗糙度ra≥0.35μm和/或平均表面粗糙度rz≥1μm；优选地，ra处于0.35μm至15μm的范围内和/或rz处于1μm至50μm的范围内，特别地，rz处于1μm至15μm的范围内。
9.根据前述陈述中至少一项所述的基体(1)，其中所述微结构的所述凹陷形成为使得在所述各个凹陷之间存在腹板。
10.根据前述陈述中至少一项所述的基体(1)，其中在最窄点处测量，所述凹陷的直径为10μm至200μm，优选为20μm至150μm，特别优选为80μm至150μm，最特别优选为80μm至150μm。
11.根据前述陈述中至少一项所述的基体(1)，其中
至少在所述凹陷中，所述微结构的表面不含有机材料和/或不含碳；优选地，至少在所述凹陷中，至少存在纯金属表面或基本上均匀的氧化物层，有利地是薄氧化物层，其厚度优选小于10nm，特别有利地为1nm至6nm。
12.根据前述陈述中至少一项所述的基体(1)，其中至少在微结构存在的区域中，所述基体包括含铬金属或由含铬金属组成，特别是含铬和/或含镍钢，包括含铬和/或含镍高级钢；并且，至少在所述微结构的所述凹陷中，所述表面由包括crox和/或niox的均质层所覆盖；该均质层优选包括crox(oh)2-x·nh2o和/或niox(oh)2-x·nh2o或由crox(oh)2-x·nh2o和/或niox(oh)2-x·nh2o组成。
13.根据前述陈述中至少一项所述的基体，其中所述金属钎料为硬质钎料；优选地，所述金属钎料材料基本上不含钯。
14.根据前述陈述中至少一项所述的基体，其中将所述导体与所述基体导电连接的所述金属钎料在向所述基体的表面的过渡处形成钎料弯月面，所述钎料弯月面具有至多0.40mm的半径。
15.根据前述陈述中至少一项所述的基体，其中在所述导体的面向所述基体的表面和所述基体的所述微结构化表面之间存在填充有金属钎料的钎料间隙，从所述微结构的所述凹陷的最低点测量，所述金属钎料具有至多100μm，优选3nm至100μm，特别优选至多80μm或至多70μm，特别优选3nm至70μm的钎料间隙宽度。
16.根据前述陈述中至少一项所述的基体，其中与没有微结构的馈通元件(1)相比，所述微结构增加了剪切和/或拉出接地插脚所需的力；优选地，所述用于剪切和/或拉出的力增加了至少10％。
17.根据前述陈述中至少一项所述的基体(1)，从平行于所述基体的表面测量，钎焊区域具最大直径，所述最大直径是所述接地插脚的直径的至多两倍。
18.根据前述陈述中至少一项所述的基体(1)，其中在与所述基体的连接点处测量，所述通孔的外周与所述导体的外周之间的最短距离至多为2.5mm。
19.根据前述陈述中至少一项所述的基体(1)，其中在与基体的连接点处测量，所述基体外周与所述导体外周之间的最短距离至多为2.5mm；优选地，该距离为2.0至2.4mm。
20.根据前述陈述中至少一项所述的用于制造气囊点火器或安全带张紧器的基体，其中，在所述至少一个通孔中，导体被布置为电绝缘固定材料中的功能元件；并且与所述基体导电连接的所述导体形成为接地插脚，在钎焊区域中所述接地插脚齐平地钎焊至所述基体。
21.根据陈述20所述的基体，其中所述接地插脚的直径为1mm±0.02mm，并且在向所述基体的表面的过渡处，所述金属钎料的所述弯月面的半径为小于0.40mm，优选小于0.36mm，特别优选小于0.30mm，最特别优选小于0.22mm。
22.根据陈述20和21中的至少一项所述的基体，其中所述金属钎料的体积小于0.16mm3，优选小于0.13mm3，特别优选小于0.10mm3，最特别优选小于0.07mm3。
23.根据陈述20至22中至少一项所述的基体，其中所述钎焊区域的直径为1mm至2.5mm,特别地为1mm至2.0mm.
24.根据陈述1至23中至少一项所述的具有基体的馈通元件，其中在所述至少一个通孔中，至少一个功能元件布置在电绝缘固定材料中。
25.根据陈述24所述的馈通元件，其中所述功能元件是电导体，特别是插脚形式的电导体和/或波导和/或空心导体和/或光导体和/或热电偶。
26.根据陈述24和/或25所述的馈通元件，其中所述基体恰好具有一个通孔，在所述通孔中电导体布置在玻璃、或玻璃-陶瓷材料、或陶瓷、或塑料中。
27.根据前述陈述中至少一项所述的用于制造气囊点火器或安全带张紧器或气体发生器的多个基体或馈通元件，包括5000个测试量的基体或馈通元件，其中所述接地插脚弯曲测试中的每千个的缺陷率小于0.5个。
28.根据前述陈述中至少一项所述的用于制造气囊点火器或安全带张紧器或气体发生器的多个基体或馈通元件，包括1000个测试量的基体或馈通元件，其中该测试量中的所述钎焊区域的直径的平均值的标准偏差在该测试量中的钎焊区域的平均直径的0％至6％的范围内。
29.用于制造馈通元件的基体的方法，包括以下方法步骤：
-提供具有预定厚度和预定外轮廓的金属基体，所述金属基体具有两个基本上相对的表面(31、32)；
-在所述基体(3)中生成至少一个通孔(4、20)；
-对所述基体的表面的至少一个区域进行微结构化，以便在所述基体的表面中引入凹陷；
-提供至少一个导体(5、6)；
-在所述微结构存在的区域中，用金属钎料将所述至少一个导体(5、6)钎焊到所述基体上，金属钎料在钎焊过程中熔化，其中至少通过所述微结构的元件和所述基体的表面上被形成钎焊区域的所述钎料所覆盖的所述区域阻止和/或限制所述熔化的钎料的流动，使得所述至少一个导体(5、6)在所述钎焊区域中与所述基体导电连接。
30.根据陈述29所述的方法，其中
所述微结构通过从所述基体的表面去除材料，优选通过研磨所述基体，特别优选通过压入所述基体的方法而生成。
31.根据陈述29和30中至少一项所述的方法，其中
激光结构化用于生成所述微结构。
32.根据陈述31所述的方法，其中
所述微结构化至少部分地通过激光烧蚀和/或激光解吸进行，其中所述基体的表面材料，特别是氧化物层和/或有机杂质，在激光辐射的作用下被除去，暴露出所述基体的反射入射激光辐射的基本裸露的金属表面；特别地，所述暴露的裸露的金属表面限制所述微结构的深度。
33.根据陈述31和32中至少一项所述的方法，其中
在激光结构化期间，所述基体的表面材料通过以下方式再成形：通过激光辐射、特别是通过局部加热、特别是局部熔化所述基体的材料和/或通过激光引起的压力效应，其中至少在所述基体附近，激光辐射局部地加热气体气氛，特别是局部点燃等离子体，从而形成使所述基体的表面变形的压力波。
34.根据陈述29至33中至少一项所述的方法，其中
所述微结构在平面图中给出了点和/或矩形栅格形式的栅格和/或网格形式的结构和/或鳞片形式的结构。
35.根据陈述29至34中至少一项所述的方法，其中
当生成所述微结构时，去除所述基体表面上的杂质和/或有机物质和/或含碳物质和/或氧化物。
36.根据陈述29至35中至少一项所述的方法，其中
在所述微结构生成之后并且钎焊到导体上之前，至少在所述微结构的区域中所述基体被基本上均质且薄的氧化物层所覆盖；优选地，用于形成氧化物层的氧源自环境大气。
37.根据陈述29至36中至少一项所述的方法，其中
在引入所述微结构之后，至少在所述凹陷中所述基体基本上不含有机材料和/或不含碳；优选地，至少在所述凹陷中存在纯金属表面或基本均质且优选薄的氧化物层，其厚度优选小于10nm，特别为1nm至6nm。
38.根据陈述29至37中的至少一项所述的方法，其中
至少在所述微结构存在的区域中，所述基体包括含铬金属或由含铬金属组成，特别是含铬钢，包括含铬高级钢；并且，至少在所述微结构的所述凹陷中，所述表面由通过氧化包括crox和/或niox的均质层来覆盖；该均质层优选包括crox(oh)2-x·nh2o或由crox(oh)2-x·nh2o组成和/或包括niox(oh)2-x·nh2o或由niox(oh)2-x·nh2o组成。
39.根据陈述29至38中的至少一项所述的方法，其中
使用硬质钎料作为所述金属钎料；有利地，所述金属钎料基本上不含钯；在钎焊之前，所述金属钎料有利地以环的形式围绕所述导体放置，因此，在钎焊期间，所述金属钎料流入所述微结构并形成所述钎焊区域，其中在所述微结构(8)的填充有金属钎料的区域中，在所述导体(6)和所述基体的表面之间存在钎料间隙。
40.根据陈述29至39中的至少一项所述的方法，其中
从所述基体的表面测量，在所述基体中引入所述微结构，其深度为至多70μm，基本上为0.7μm至70μm，有利地为0.7μm至20μm，特别有利地为1μm至10μm，最特别有利地为2μm至10μm。
41.根据陈述29至40中的至少一项所述的方法，其中
将所述微结构引入中所述基体中，得到平均粗糙度ra≥0.35μm和/或平均表面粗糙度rz≥1μm；有利地，ra处于0.35μm至15μm的范围内和/或rz处于1μm至50μm的范围内；特别地，rz位于1μm至15μm的范围内。
42.根据陈述1至23中至少一项的基体和/或馈通元件在电馈通元件中的用途。
43.根据陈述1至23中至少一项所述的基体和/或馈通元件在烟火触发装置和/或气囊点火器和/或安全带张紧器和/或气体发生器和/或传感器和/或致动器和/或大型馈通件和/或晶体管外形封装件和/或电池外壳和/或电容器外壳中的用途或作为它们的一部分和/或区域的用途。
如上所述，根据本发明的基体(1)具有优于先前已知的基体的显着优点。一方面，钎焊区域的控制具有如下效果：根据本发明的基体在钎焊区域的直径(d)、钎料弯月面的半径(r)和钎料间隙宽度(s)方面具有较低的差异。这就意味着更可靠地形成基体(6)和接地插脚(6)之间的钎焊连接。所以，特别是在工业过程中，可以更有效地制造根据本发明的基体(1)；特别地，减少了不合格部件的数量。同样还可以减少所使用的钎料的量。类似地，控制钎焊区域(7)的直径(d)使得直径(d)可以更小，因此，接地插脚(6)可以布置得更靠近基体和/或通孔(4)的周边。所以，基体(1)的直径可以选择得更小；因此可以实现小型化的基体。此外，根据本发明的基体对其金属微结构没有腐蚀损害或至少显著较少的腐蚀损害。此外，它们可以被有效的、特别是均匀的钝化层覆盖。这增加了它们的机械承载能力和/或它们的耐腐蚀性。由它们制造的部件在改善寿命和/或可靠性方面有所受益。
名称列表
1基体
2封盖
4通孔
5功能元件、第一金属插脚
6导体、第二金属插脚、接地插脚
7金属钎料、钎焊区域
8微结构
9桥接线
10电绝缘固定材料
11基体的表面、上侧
12基体的表面、下侧
25推进药剂
40氧化铬
41铁氧化物
70钎料间隙
80腹板
101奥氏体相
102马氏体相
103选择性腐蚀
104晶界腐蚀
105点状腐蚀
400钝化膜
410重新形成的铁氧化物
d钎焊区域的直径
r弯月面的半径
s钎料间隙宽度
b腹板宽度
t凹陷高度
l孔宽度
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