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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022188003
(43)【公開日】2022-12-20
(54)【発明の名称】電気フィードスルー
(51)【国際特許分類】
H01R 9/16 20060101AFI20221213BHJP
【ＦＩ】
H01R9/16 101
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022092077
(22)【出願日】2022-06-07
(31)【優先権主張番号】21178141
(32)【優先日】2021-06-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】20 2021 103 079.8
(32)【優先日】2021-06-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ベルクロ
(71)【出願人】
【識別番号】504299782
【氏名又は名称】ショット アクチエンゲゼルシャフト
【氏名又は名称原語表記】ＳＣＨＯＴＴ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｔｔｅｎｂｅｒｇｓｔｒ． １０， ５５１２２ Ｍａｉｎｚ， Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】ローベアト ヘットラー
(72)【発明者】
【氏名】イヴォンヌ シェーン
(72)【発明者】
【氏名】ドリス ケレラー
(72)【発明者】
【氏名】ウィー キアト チャイ
【テーマコード（参考）】
5E086
【Ｆターム（参考）】
5E086PP14
5E086PP17
5E086PP23
5E086PP37
5E086PP39
5E086PP42
5E086QQ10
5E086QQ20
(57)【要約】 （修正有）
【課題】高密度の配置と同時に電気絶縁、気密性および長期信頼性などの封止特性を最適化する。
【解決手段】電気フィードスルー１０であって、第１の側２２と、反対側の第２の側２４と、第１の側２２から第２の側２４へ貫通して延びる少なくとも１つのスルーホールとを有する基体２０と、スルーホール内に収容されており、基体２０の第１の側２２の第１の表面と、反対側の基体の第２の側２４の第２の表面とを有する絶縁材料３０と、絶縁材料３０を貫通して延びており、絶縁材料３０の第１の表面２２の位置における第１の直径ＤＥＣ１と、絶縁材料３０の第２の表面２４の位置における第２の直径ＤＥＣ２とを有する電気導体４０とを有しており、電気導体４０の第１の直径ＤＥＣ１は、電気導体４０の第２の直径ＤＥＣ２よりも大きくなっている、電気フィードスルー１０に関する。
【選択図】図４
【解決手段】電気フィードスルー１０であって、第１の側２２と、反対側の第２の側２４と、第１の側２２から第２の側２４へ貫通して延びる少なくとも１つのスルーホールとを有する基体２０と、スルーホール内に収容されており、基体２０の第１の側２２の第１の表面と、反対側の基体の第２の側２４の第２の表面とを有する絶縁材料３０と、絶縁材料３０を貫通して延びており、絶縁材料３０の第１の表面２２の位置における第１の直径ＤＥＣ１と、絶縁材料３０の第２の表面２４の位置における第２の直径ＤＥＣ２とを有する電気導体４０とを有しており、電気導体４０の第１の直径ＤＥＣ１は、電気導体４０の第２の直径ＤＥＣ２よりも大きくなっている、電気フィードスルー１０に関する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基体（２０）と絶縁材料（３０）と電気導体（４０）とを有する電気フィードスルー（１０）であって、
前記基体（２０）は、第１の側（２２）と、反対側の第２の側（２４）と、前記第１の側（２２）から前記第２の側（２４）へ貫通して延びる少なくとも１つのスルーホール（２６）と、を有し、
前記絶縁材料（３０）は、前記少なくとも１つのスルーホール（２６）内に収容されており、前記基体（２０）の前記第１の側（２２）の第１の表面（３２）と、反対側の前記基体（２０）の前記第２の側（２４）の第２の表面（３４）と、を有し、
前記電気導体（４０）は、前記絶縁材料（３０）を貫通して延びており、前記絶縁材料（３０）の前記第１の表面（３２）の位置における第１の直径（ＤＥＣ１）と、前記絶縁材料（３０）の前記第２の表面（３４）の位置における第２の直径（ＤＥＣ２）と、を有し、
前記電気導体（４０）の前記第１の直径（ＤＥＣ１）は、前記電気導体（４０）の前記第２の直径（ＤＥＣ２）よりも大きくなっている、
電気フィードスルー（１０）。
前記基体（２０）は、第１の側（２２）と、反対側の第２の側（２４）と、前記第１の側（２２）から前記第２の側（２４）へ貫通して延びる少なくとも１つのスルーホール（２６）と、を有し、
前記絶縁材料（３０）は、前記少なくとも１つのスルーホール（２６）内に収容されており、前記基体（２０）の前記第１の側（２２）の第１の表面（３２）と、反対側の前記基体（２０）の前記第２の側（２４）の第２の表面（３４）と、を有し、
前記電気導体（４０）は、前記絶縁材料（３０）を貫通して延びており、前記絶縁材料（３０）の前記第１の表面（３２）の位置における第１の直径（ＤＥＣ１）と、前記絶縁材料（３０）の前記第２の表面（３４）の位置における第２の直径（ＤＥＣ２）と、を有し、
前記電気導体（４０）の前記第１の直径（ＤＥＣ１）は、前記電気導体（４０）の前記第２の直径（ＤＥＣ２）よりも大きくなっている、
電気フィードスルー（１０）。
【請求項2】
前記電気導体（４０）は、前記基体（２０）の前記第１の側（２２）において前記絶縁材料（３０）の前記第１の表面（３２）と同一平面で終端しているか、または前記絶縁材料（３０）から５００μｍ未満、好適には２５０μｍ未満、特に好適には１００μｍ未満だけずらされていて、これにより特に、前記絶縁材料（３０）の前記第１の表面（３２）は、前記電気導体（４０）と同一平面になるように研削されているか、または好適には前記電気導体（４０）と同一平面になるように移行するメニスカスを形成しており、かつ／または
前記電気導体（４０）は、前記基体（２０）の前記第２の側（２４）において前記絶縁材料（３０）の前記第２の表面（３４）から突出しており、前記突出は、好適には５００μｍ超、特に好適には１ｍｍ超である、
請求項１記載の電気フィードスルー（１０）。
前記電気導体（４０）は、前記基体（２０）の前記第２の側（２４）において前記絶縁材料（３０）の前記第２の表面（３４）から突出しており、前記突出は、好適には５００μｍ超、特に好適には１ｍｍ超である、
請求項１記載の電気フィードスルー（１０）。
【請求項3】
前記電気導体（４０）は、前記第１の直径（ＤＥＣ１）の位置を含みかつ前記絶縁材料（３０）の前記第１の表面（３２）から前記絶縁材料（３０）内に延びる第１のセクション（４２）を有しており、前記電気導体（４０）の前記第１のセクション（４２）は、好適には一定の直径を有しており、かつ／または
前記電気導体（４０）は、前記第２の直径（ＤＥＣ２）の位置を含みかつ前記絶縁材料（３０）の前記第２の表面（３４）から前記絶縁材料（３０）内に延びる第２のセクション（４４）を有しており、前記電気導体（４０）の前記第２のセクション（４４）は、好適には一定の直径を有しており、かつ／または
前記電気導体（４０）は、前記第１の直径（ＤＥＣ１）の位置と前記第２の直径（ＤＥＣ２）の位置との間に先細セクション（４６）を有しており、前記先細セクションは、先細になる直径を有しており、前記先細セクション（４６）は、好適には前記絶縁材料（３０）内で前記第１のセクション（４２）と前記第２のセクション（４４）との間に配置されている、
請求項１または２記載の電気フィードスルー（１０）。
前記電気導体（４０）は、前記第２の直径（ＤＥＣ２）の位置を含みかつ前記絶縁材料（３０）の前記第２の表面（３４）から前記絶縁材料（３０）内に延びる第２のセクション（４４）を有しており、前記電気導体（４０）の前記第２のセクション（４４）は、好適には一定の直径を有しており、かつ／または
前記電気導体（４０）は、前記第１の直径（ＤＥＣ１）の位置と前記第２の直径（ＤＥＣ２）の位置との間に先細セクション（４６）を有しており、前記先細セクションは、先細になる直径を有しており、前記先細セクション（４６）は、好適には前記絶縁材料（３０）内で前記第１のセクション（４２）と前記第２のセクション（４４）との間に配置されている、
請求項１または２記載の電気フィードスルー（１０）。
【請求項4】
前記電気導体（４０）は、前記第１の直径（ＤＥＣ１）の位置と前記第２の直径（ＤＥＣ２）の位置との間の長さ（Ｌ）を有しており、前記長さ（Ｌ）は、好適には０.２ｍｍ～１０ｍｍの範囲、特に好適には０.３ｍｍ～５ｍｍの範囲、さらにより好適には１ｍｍ～３ｍｍの範囲にあり、かつ／または
前記電気導体（４０）の前記第１のセクション（４２）は、長さ（Ｌ１）を有しており、かつ／または、前記電気導体（４０）の前記先細セクション（４６）は、長さ（Ｌ３）を有しており、前記長さＬ１、前記長さＬ３または前記長さＬ１＋前記長さＬ３は、少なくとも０.１ｍｍ、好適には少なくとも０.３ｍｍ、特に好適には少なくとも０.６ｍｍであり、かつ／または
前記電気導体（４０）の前記第１のセクション（４２）は、長さ（Ｌ１）を有しており、かつ／または、前記電気導体（４０）の前記先細セクション（４６）は、長さ（Ｌ３）を有しており、比Ｌ１／Ｌ、比Ｌ３／Ｌまたは比（Ｌ１＋Ｌ３）／Ｌは、０.７より小さく、好適には０.５より小さく、特に好適には０.３５より小さく、かつ／または
前記電気導体（４０）の前記第２のセクション（４４）は、長さ（Ｌ２）を有しており、比Ｌ２／Ｌは、０.３より大きく、好適には０.５より大きく、特に好適には０.６５より大きく、かつ／または
前記電気導体（４０）の前記先細セクション（４６）は、長さ（Ｌ３）を有しており、比Ｌ３／Ｌ１は、１.２５～３.０、好適には１.５～２.５、特に好適には１.７５～２.２５である、
請求項１から３までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
前記電気導体（４０）の前記第１のセクション（４２）は、長さ（Ｌ１）を有しており、かつ／または、前記電気導体（４０）の前記先細セクション（４６）は、長さ（Ｌ３）を有しており、前記長さＬ１、前記長さＬ３または前記長さＬ１＋前記長さＬ３は、少なくとも０.１ｍｍ、好適には少なくとも０.３ｍｍ、特に好適には少なくとも０.６ｍｍであり、かつ／または
前記電気導体（４０）の前記第１のセクション（４２）は、長さ（Ｌ１）を有しており、かつ／または、前記電気導体（４０）の前記先細セクション（４６）は、長さ（Ｌ３）を有しており、比Ｌ１／Ｌ、比Ｌ３／Ｌまたは比（Ｌ１＋Ｌ３）／Ｌは、０.７より小さく、好適には０.５より小さく、特に好適には０.３５より小さく、かつ／または
前記電気導体（４０）の前記第２のセクション（４４）は、長さ（Ｌ２）を有しており、比Ｌ２／Ｌは、０.３より大きく、好適には０.５より大きく、特に好適には０.６５より大きく、かつ／または
前記電気導体（４０）の前記先細セクション（４６）は、長さ（Ｌ３）を有しており、比Ｌ３／Ｌ１は、１.２５～３.０、好適には１.５～２.５、特に好適には１.７５～２.２５である、
請求項１から３までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
【請求項5】
前記電気導体（４０）の前記第１の直径（ＤＥＣ１）と前記第２の直径（ＤＥＣ２）との比ＤＥＣ１／ＤＥＣ２は、１.１～１０、好適には１.２５～３.５、より好適には１.５～３.０、特に好適には１.７５～２.７５であり、かつ／または
前記第１の直径ＤＥＣ１は、少なくとも０.８ｍｍ、好適には少なくとも１ｍｍ、特に好適には少なくとも１.５ｍｍであり、かつ／または
前記第２の直径ＤＥＣ２は、最大１ｍｍ、好適には最大０.８ｍｍ、特に好適には最大０.５ｍｍであり、かつ／または
前記電気導体（４０）の前記先細セクション（４６）は、ＤＥＣ１からＤＥＣ２に向かって先細になる直径を有しており、かつ／または
前記電気導体（４０）の前記先細セクション（４６）は、線形に先細になる直径を有している、
請求項１から４までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
前記第１の直径ＤＥＣ１は、少なくとも０.８ｍｍ、好適には少なくとも１ｍｍ、特に好適には少なくとも１.５ｍｍであり、かつ／または
前記第２の直径ＤＥＣ２は、最大１ｍｍ、好適には最大０.８ｍｍ、特に好適には最大０.５ｍｍであり、かつ／または
前記電気導体（４０）の前記先細セクション（４６）は、ＤＥＣ１からＤＥＣ２に向かって先細になる直径を有しており、かつ／または
前記電気導体（４０）の前記先細セクション（４６）は、線形に先細になる直径を有している、
請求項１から４までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
【請求項6】
前記電気導体（４０）は、前記絶縁材料（３０）とのより強力な機械的結合のために溝（４８）を有しており、
前記溝（４８）は、好適には前記電気導体（４０）の前記第２のセクション（４４）に配置されている、
請求項１から５までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
前記溝（４８）は、好適には前記電気導体（４０）の前記第２のセクション（４４）に配置されている、
請求項１から５までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
【請求項7】
前記電気フィードスルー（１０）は、少なくとも２つのスルーホール（２６）が貫通して延びている基体（２０）を有しており、前記基体は、第１の側（２２）と、反対側の第２の側（２４）と、を有しており、
前記少なくとも２つのスルーホール（２６）の各々に絶縁材料（３０）が収容されており、各絶縁材料（３０）は、前記基体（２０）の前記第１の側（２２）の第１の表面（３２）と、反対側の前記基体（２０）の前記第２の側（２４）の第２の表面（３４）と、を有しており、
前記少なくとも２つのスルーホール（２６）のそれぞれの中で、電気導体（４０）が前記各絶縁材料（３０）を貫通して延びている、
好適には請求項１から６までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
前記少なくとも２つのスルーホール（２６）の各々に絶縁材料（３０）が収容されており、各絶縁材料（３０）は、前記基体（２０）の前記第１の側（２２）の第１の表面（３２）と、反対側の前記基体（２０）の前記第２の側（２４）の第２の表面（３４）と、を有しており、
前記少なくとも２つのスルーホール（２６）のそれぞれの中で、電気導体（４０）が前記各絶縁材料（３０）を貫通して延びている、
好適には請求項１から６までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
【請求項8】
少なくとも２つの電気導体（４０）は、前記絶縁材料（３０）または各絶縁材料（３０）を貫通して延びており、かつ／または
２つの電気導体（４０）の間の距離（ΔΕＣ）は、５０ｍｍ未満、好適には１０ｍｍ未満、特に好適には５ｍｍ未満であり、かつ／または
２つの電気導体（４０）の間の距離（ΔΕＣ）は、１００μｍ超、好適には１５０μｍ超、特に好適には２００μｍ超であり、かつ／または
１つの電気導体（４０）と前記基体（２０）との間の距離（ΔΕＣＢＢ）は、５ｍｍ未満、好適には２ｍｍ未満、特に好適には１ｍｍ未満であり、かつ／または
１つの電気導体（４０）と前記基体（２０）との間の距離（ΔΕＣＢＢ）は、１００μｍ超、好適には１５０μｍ超、特に好適には２００μｍ超であり、かつ／または
前記基体（２０）の少なくとも一方の側における、１つのスルーホール（２６）内に収容された前記絶縁材料（３０）の表面積と、各前記スルーホール（２６）内の１つまたは複数の前記電気導体（４０）の表面積と、の比は、１５未満、好適には１０未満、特に好適には５未満、または４未満である、
請求項１から７までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
２つの電気導体（４０）の間の距離（ΔΕＣ）は、５０ｍｍ未満、好適には１０ｍｍ未満、特に好適には５ｍｍ未満であり、かつ／または
２つの電気導体（４０）の間の距離（ΔΕＣ）は、１００μｍ超、好適には１５０μｍ超、特に好適には２００μｍ超であり、かつ／または
１つの電気導体（４０）と前記基体（２０）との間の距離（ΔΕＣＢＢ）は、５ｍｍ未満、好適には２ｍｍ未満、特に好適には１ｍｍ未満であり、かつ／または
１つの電気導体（４０）と前記基体（２０）との間の距離（ΔΕＣＢＢ）は、１００μｍ超、好適には１５０μｍ超、特に好適には２００μｍ超であり、かつ／または
前記基体（２０）の少なくとも一方の側における、１つのスルーホール（２６）内に収容された前記絶縁材料（３０）の表面積と、各前記スルーホール（２６）内の１つまたは複数の前記電気導体（４０）の表面積と、の比は、１５未満、好適には１０未満、特に好適には５未満、または４未満である、
請求項１から７までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
【請求項9】
前記電気導体（４０）または各電気導体（４０）は、前記各絶縁材料（３０）の前記第１の表面（３２）の位置において第１の直径（ＤＥＣ１，ＤＥＣ１’）を有しており、かつ、前記各絶縁材料（３０）の前記第２の表面（３４）の位置において第２の直径（ＤＥＣ２，ＤＥＣ２’）を有しており、かつ
前記スルーホール（２６）または各スルーホール（２６）は、直径（ＤＴＨ，ＤＴＨ’）を有しており、前記直径（ＤＴＨ，ＤＴＨ’）は、好適には前記基体（２０）全体にわたり一定であるか、または好適には２°～１０°の範囲内で先細になって最大直径（ＤＴＨ，ＤＴＨ’）を有しており、かつ
少なくとも１つのスルーホールの比ＤＴＨ／ＤＥＣ１は、最大１.５、好適には最大１.３、特に好適には最大１.２、または最大１.１１であり、かつ／または
少なくとも１つのスルーホールの比ＤＴＨ／ＤＥＣ２は、最大１０、好適には最大５、特に好適には最大２.５である、
請求項１から８までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
前記スルーホール（２６）または各スルーホール（２６）は、直径（ＤＴＨ，ＤＴＨ’）を有しており、前記直径（ＤＴＨ，ＤＴＨ’）は、好適には前記基体（２０）全体にわたり一定であるか、または好適には２°～１０°の範囲内で先細になって最大直径（ＤＴＨ，ＤＴＨ’）を有しており、かつ
少なくとも１つのスルーホールの比ＤＴＨ／ＤＥＣ１は、最大１.５、好適には最大１.３、特に好適には最大１.２、または最大１.１１であり、かつ／または
少なくとも１つのスルーホールの比ＤＴＨ／ＤＥＣ２は、最大１０、好適には最大５、特に好適には最大２.５である、
請求項１から８までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
【請求項10】
前記少なくとも２つのスルーホール（２６）は、それぞれ、好適には前記基体（２０）全体にわたり一定の直径（ＤＴＨ）を有しており、かつ
前記少なくとも２つのスルーホール（２６）は、それぞれ、半間隔直径（ＤＢＢ）を規定しており、前記半間隔直径（ＤＢＢ）は、隣り合うスルーホール（２６）の間の前記基体（２０）における間隔（ΔΤΗ）に、前記各スルーホール（２６）の直径（ＤＴＨ）を加算したものであり、かつ
少なくとも１つのスルーホールの比ＤＢＢ／ＤＴＨは、２.０より小さく、好適には１.８より小さく、特に好適には１.７より小さく、または１.６より小さく、または１.５より小さく、または１.４より小さく、または１.３より小さく、または１.２より小さく、または１.１より小さい、
請求項１から９までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
前記少なくとも２つのスルーホール（２６）は、それぞれ、半間隔直径（ＤＢＢ）を規定しており、前記半間隔直径（ＤＢＢ）は、隣り合うスルーホール（２６）の間の前記基体（２０）における間隔（ΔΤΗ）に、前記各スルーホール（２６）の直径（ＤＴＨ）を加算したものであり、かつ
少なくとも１つのスルーホールの比ＤＢＢ／ＤＴＨは、２.０より小さく、好適には１.８より小さく、特に好適には１.７より小さく、または１.６より小さく、または１.５より小さく、または１.４より小さく、または１.３より小さく、または１.２より小さく、または１.１より小さい、
請求項１から９までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
【請求項11】
前記絶縁材料（３０）は、前記基体（２０）の前記第２の側（２４）の前記第２の表面（３４）の位置において接触圧力（ＣＰ２）下にあり、ＣＰ２は、正の接触圧力であるか、またはＣＰ２は、３０ＭＰａ未満、好適には２０ＭＰａ未満、特に好適には１０ＭＰａ未満、または５ＭＰａ未満の絶対値を有する負の接触圧力であり、かつ／または
前記絶縁材料（３０）は、前記基体（２０）の前記第１の側（２２）の前記第１の表面（３２）の位置において接触圧力（ＣＰ１）下にあり、ＣＰ１は、１ＭＰａ超、好適には５ＭＰａ超、特に好適には１０ＭＰａ超の絶対値を有する負の接触圧力である、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
前記絶縁材料（３０）は、前記基体（２０）の前記第１の側（２２）の前記第１の表面（３２）の位置において接触圧力（ＣＰ１）下にあり、ＣＰ１は、１ＭＰａ超、好適には５ＭＰａ超、特に好適には１０ＭＰａ超の絶対値を有する負の接触圧力である、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
【請求項12】
前記絶縁材料（３０）は、１５５ＭＰａ未満、好適には７０ＭＰａ未満、より好適には５０ＭＰａ未満、より好適には４０ＭＰａ未満、特に好適には２０ＭＰａ未満の絶対値を有する正の最高接触圧力（ＣＰ３）下にある、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
請求項１から１１までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
【請求項13】
前記基体（２０）は、５×１０－６Ｋ－１～２５×１０－６Ｋ－１、好適には５×１０－６Ｋ－１～２０×１０－６Ｋ－１の熱膨張係数を有しており、かつ／または
前記絶縁材料（３０）は、３×１０－６Ｋ－１～１５×１０－６Ｋ－１、好適には５×１０－６Ｋ－１～１２×１０－６Ｋ－１の熱膨張係数を有しており、かつ／または
前記電気導体（４０）は、３×１０－６Ｋ－１～２５×１０－６Ｋ－１、好適には５×１０－６Ｋ－１～２０×１０－６Ｋ－１の熱膨張係数を有しており、かつ／または
前記基体（２０）は、以下の材料、すなわち：金属、オーステナイト系ステンレス鋼、特にＡＩＳＩ３００系列、フェライト系ステンレス鋼、特にＡＩＳＩ４００系列、チタン、インコネル、二相系ステンレス鋼、ニオブ、上述した金属のうちの１つの合金、例えばチタン合金、セラミックのうちの少なくとも１つを含んでおり、かつ／または
前記絶縁材料（３０）は、以下の材料、すなわち：ガラス、ガラスセラミック、セラミックのうちの少なくとも１つを含んでおり、かつ／または
前記電気導体（４０）は、以下の材料、すなわち：金属、金属合金、ステンレス鋼３００系列、ステンレス鋼４００系列、チタン、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ合金、ニオブ、銅、タングステン、モリブデン、白金、上述した金属のうちの１つの合金、例えばチタン合金または銅合金のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
前記絶縁材料（３０）は、３×１０－６Ｋ－１～１５×１０－６Ｋ－１、好適には５×１０－６Ｋ－１～１２×１０－６Ｋ－１の熱膨張係数を有しており、かつ／または
前記電気導体（４０）は、３×１０－６Ｋ－１～２５×１０－６Ｋ－１、好適には５×１０－６Ｋ－１～２０×１０－６Ｋ－１の熱膨張係数を有しており、かつ／または
前記基体（２０）は、以下の材料、すなわち：金属、オーステナイト系ステンレス鋼、特にＡＩＳＩ３００系列、フェライト系ステンレス鋼、特にＡＩＳＩ４００系列、チタン、インコネル、二相系ステンレス鋼、ニオブ、上述した金属のうちの１つの合金、例えばチタン合金、セラミックのうちの少なくとも１つを含んでおり、かつ／または
前記絶縁材料（３０）は、以下の材料、すなわち：ガラス、ガラスセラミック、セラミックのうちの少なくとも１つを含んでおり、かつ／または
前記電気導体（４０）は、以下の材料、すなわち：金属、金属合金、ステンレス鋼３００系列、ステンレス鋼４００系列、チタン、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ合金、ニオブ、銅、タングステン、モリブデン、白金、上述した金属のうちの１つの合金、例えばチタン合金または銅合金のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
【請求項14】
前記基体（２０）および前記電気導体（４０）は、非アレルギー性材料のみを含んでおり、
前記基体（２０）および前記電気導体（４０）から好適にはニッケルが浸出しない、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
前記基体（２０）および前記電気導体（４０）から好適にはニッケルが浸出しない、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）。
【請求項15】
請求項１から１４までのいずれか１項記載の電気フィードスルー（１０）を有する、電子装置、特にウェアラブル用の充電ポートまたは医療用ポート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも１つのスルーホールを備えた外側基体と、スルーホール内に収容された絶縁材料と、絶縁材料を貫通して延びる内側電気導体と、を含む電気フィードスルーに関する。
【背景技術】
【0002】
電気フィードスルーは、気密封止された環境またはハウジング内へ電気導体をガイドするために使用することができる。この目的のために、外側基体と、絶縁材料と、絶縁された内側電気導体と、の間に、封止接続部が設けられている。このようなフィードスルーは、例えばガラス金属シール（ＧＴＭＳ）として設計することができ、この場合、絶縁材料はガラスから製造され、基体および電気導体は金属から製造される。
【0003】
電気フィードスルー、特にＧＴＭＳは、例えば、エレクトロニクスおよび電気工学における広範な用途をカバーする。用途の幾つかの例は、コネクタ、例えばウェアラブル用の充電ポート、コンシューマエレクトロニクスデバイス、プラットフォーム用途、医療装置、例えば、ペースメーカーだけでなく、オイルおよびガス用コンポーネントなどの、過酷な環境のためのコンポーネントである。
【0004】
電気フィードスルー、特にＧＴＭＳの所望の封止特性は、特に、腐食性物質、振動または温度変動に対するような特定の環境において効果的な電気絶縁、気密性、長期信頼性および／または耐性である。
【0005】
これらの特性を十分な品質で達成することは、電気導体がフィードスルーの全体寸法に対して比較的大きな直径を有することが望まれる設計および／または電気導体が高密度に配置される設計では困難になる可能性がある。エレクトロニクス用途において、このことは例えば、小さな寸法のフィードスルーが所望される一方で、同時に特定の接続基準が満たされねばならない場合である。別の例は、電気導体が比較的大きな着床面積および／または高密度を提供することが望まれる充電ポートであってよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
したがって、本発明の課題は、スルーホールおよび／または基体の寸法に関して比較的大きな直径を有しかつ／または高密度に配置された電気導体のための電気フィードスルーを提供する一方で、同時に、電気絶縁、気密性および長期信頼性などの封止特性を最適化することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この課題を解決するために、本発明は、電気フィードスルーであって、第１の側と、反対側の第２の側と、第１の側から前記第２の側へ貫通して延びる少なくとも１つのスルーホールとを有する基体と、少なくとも１つのスルーホール内に収容されており、基体の第１の側の第１の表面と、反対側の基体の第２の側の第２の表面とを有する絶縁材料と、絶縁材料を貫通して延びており、絶縁材料の第１の表面の位置における第１の直径と、絶縁材料の第２の表面の位置における第２の直径とを有する電気導体とを有しており、電気導体の第１の直径は、電気導体の第２の直径よりも大きくなっている、電気フィードスルーを提供する。
【0008】
換言すると、電気導体の直径は、基体の第１の側においてより大きくなっており、基体の第２の側においてより小さくなっている。これにより、所望の導体寸法に関して大径側を最適化することが可能となる一方で、小径側および２つの直径の間の電気導体のプロファイルを、絶縁性、気密性、長期信頼性および／または物理的もしくは化学的影響に対する耐性などの封止特性に関して最適化することができる。
【0009】
電気導体は、基体の第１の側において、絶縁材料の第１の表面と同一平面で終端していてよいか、または絶縁材料の第１の表面から５００μｍ未満、好適には２５０μｍ未満、特に好適には１００μｍ未満だけずらされていてよく、これにより特に、絶縁材料の第１の表面は、電気導体と同一平面になるように研削されているか、または好適には電気導体と同一平面になるように移行するメニスカスを形成している。ずらされている場合、電気導体は絶縁材料の第１の表面に対して突出しているか、または凹んでいてよい。
【0010】
追加的または択一的に、電気導体は、基体の第２の側において絶縁材料の第２の表面から突出していてもよく、この場合、突出は、好適には５００μｍ超、特に好適には１ｍｍ超、または２ｍｍ超である。
【0011】
電気導体は、基体の第１の側における第１の直径、基体の第２の側における第２の直径、および／またはこれら２つの直径の間の直径プロファイルを含む電気導体のプロファイルを規定する１つ以上の別個のセクションを有していてよい。
【0012】
例えば、電気導体は、第１の直径の位置を含みかつ絶縁材料の第１の表面から絶縁材料内に延びる第１のセクションを有していてよく、この場合、電気導体の第１のセクションは、好適には一定の直径を有している。
【0013】
追加的または択一的に、電気導体は、第２の直径の位置を含みかつ絶縁材料の第２の表面から絶縁材料内に延びる第２のセクションを有していてよく、この場合、電気導体の第２のセクションは、好適には一定の直径を有している。
【0014】
追加的または択一的に、電気導体は、第１の直径の位置と第２の直径の位置との間に先細セクションを有していてよく、この場合、先細セクションは、先細になる直径を有しており、先細セクションは、好適には絶縁材料内で第１のセクションと第２のセクションとの間に位置している。
【0015】
上述した第１のセクション、第２のセクションおよび先細セクションは、個別に存在しているか、または任意に組み合わせられて存在していてよい。例えば電気導体は、段状の移行部を備える、すなわち、間に先細セクションを有さない、第１および第２のセクションを有していてよい。別の例では、電気導体は、一定の直径を有する第１のセクションを有していてよく、第１のセクションには先細セクションが続いている。さらに別の例では、電気導体は先細セクションを有していてよく、この先細セクションには一定の直径を有する第２のセクションが続いており、これはダイレクトテーパードケースと呼ばれることもある。導体が先細セクションのみを備えることも可能であり、これはフルテーパードケースと呼ばれることもある。好適には、基体の第１の側から基体の第２の側へ電気導体の直径が減少することにより、周囲の絶縁材料の量が第１の側から第２の側に向かって増加し得る。
【0016】
電気導体は、第１の直径の位置と第２の直径の位置との間の長さＬを有していてよく、この場合、長さＬは、好適には０.２ｍｍ～１０ｍｍの範囲、特に好適には０.３ｍｍ～５ｍｍの範囲、さらにより好適には１ｍｍ～３ｍｍの範囲にある。
【0017】
以下に提供する、電気導体および／またはそのセクションの長さと直径との関係は、試験およびコンピュータシミュレーションにおいて、本発明の課題を達成するために特に適している、ということが示された。特に、以下ではコンピュータシミュレーション結果を参照する。
【0018】
電気導体が、上述のような第１のセクションおよび／または先細セクションを有している場合、電気導体の第１のセクションは長さＬ１を有していてよく、かつ／または電気導体の先細セクションは長さＬ３を有していてよく、この場合、長さＬ１、長さＬ３または長さＬ１＋長さＬ３は、少なくとも０.１ｍｍ、好適には少なくとも０.３ｍｍ、特に好適には少なくとも０.６ｍｍである。
【0019】
電気導体が、上述のような第１のセクションおよび／または先細セクションを有している場合、電気導体の第１のセクションは長さＬ１を有していてよく、かつ／または電気導体の先細セクションは長さＬ３を有しており、この場合、比Ｌ１／Ｌ、比Ｌ３／Ｌまたは比（Ｌ１＋Ｌ３）／Ｌは、０.７より小さく、好適には０.５より小さく、特に好適には０.３５より小さい。
【0020】
電気導体が、上述のような第２のセクションを有している場合、電気導体の第２のセクションは長さＬ２を有していてよく、この場合、比Ｌ２／Ｌは、０.３より大きく、好適には０.５より大きく、特に好適には０.６５より大きい。
【0021】
電気導体が、上述のような第１のセクションおよび先細セクションを有している場合、電気導体の先細セクションは長さＬ３を有していてよく、この場合、比Ｌ３／Ｌ１は、１.２５～３.０、好適には１.５～２.５、特に好適には１.７５～２.２５である。
【0022】
電気導体の第１の直径と第２の直径との比は、１.１～１０、好適には１.２５～３.５、より好適には１.５～３.０、特に好適には１.７５～２.７５であってよい。
【0023】
第１の直径は、少なくとも０.８ｍｍ、好適には少なくとも１ｍｍ、特に好適には少なくとも１.５ｍｍであってよい。
【0024】
第２の直径は、最大１ｍｍ、好適には最大０.８ｍｍ、特に好適には最大０.５ｍｍであってよい。
【0025】
電気導体が、上述したような先細セクションを有している場合、電気導体の先細セクションは、第１の直径から第２の直径に先細になる直径を有していてよい。追加的または択一的に、電気導体の先細セクションは、線形に先細になる直径であってよい。
【0026】
電気導体と絶縁材料との機械的結合を高めるために、電気導体は溝を有していてよく、この場合、溝は、好適には電気導体の第２のセクションに配置されている。
【0027】
本発明はさらに、電気フィードスルーであって、少なくとも２つのスルーホールが貫通して延びている基体を有しており、基体は、第１の側と、反対側の第２の側と、を有しており、少なくとも２つのスルーホールの各々に絶縁材料が収容されており、各絶縁材料は、基体の第１の側の第１の表面と、反対側の基体の第２の側の第２の表面と、を有しており、少なくとも２つのスルーホールのそれぞれの中で、少なくとも１つの電気導体が各絶縁材料を貫通して延びている、電気フィードスルーを提供する。フィードスルーの各電気導体は、上述した特徴のうちの１つ以上に基づき設計されてよい。フィードスルーの電気導体は、好適にはそれぞれ同一に設計されている。ただし、用途に応じて、導体はそれぞれ異なるように設計されてもよい。
【0028】
一般に、フィードスルーは、絶縁材料または各絶縁材料を貫通して延びる少なくとも２つの電気導体を有していてよい。用途に応じて２つ以上の導体が、例えば充電ポートまたはデータ伝送アプリケーションにおいて使用され得る。
【0029】
一般に、２つの電気導体の間の距離は、５０ｍｍ未満、好適には１０ｍｍ未満、特に好適には５ｍｍ未満であってよい。このような距離は、第２の直径の位置、好適には第１の直径の位置に存在し得る。
【0030】
一般に、２つの電気導体の間の距離は、１００μｍ超、好適には１５０μｍ超、特に好適には２００μｍ超であってよい。このような距離は、第１の直径の位置、好適には第２の直径の位置に存在し得る。
【0031】
一般に、１つの電気導体と基体との間の距離は、５ｍｍ未満、好適には２ｍｍ未満、特に好適には１ｍｍ未満であってよい。このような距離は、第２の直径の位置、好適には第１の直径の位置に存在し得る。
【0032】
一般に、１つの電気導体と基体との間の距離は、１００μｍ超、好適には１５０μｍ超、特に好適には２００μｍ超であってよい。このような距離は、第１の直径の位置、好適には第２の直径の位置に存在し得る。このような距離は、絶縁材料、例えばガラスの流動用の十分なギャップを有するために有利であり得る。
【0033】
特に上述した距離は、特に偏心的な導体、中心から外れた導体位置および／または不均一なスルーホール直径の場合における２つの導体の間または導体と基体との間の最小距離を意味していてよい。
【0034】
いくつかの実施形態では、基体の少なくとも一方の側、例えば第１の側における、１つのスルーホール内に収容された絶縁材料の表面積と、各スルーホール内の１つまたは複数の電気導体の表面積との比は、１５未満、好適には１０未満、特に好適には５未満または４未満であってよい。
【0035】
一般に、上述したように電気導体または各電気導体は、各絶縁材料の第１の表面の位置において第１の直径ＤＥＣ１を有しており、かつ各絶縁材料の第２の表面の位置において第２の直径ＤＥＣ２を有していてよく、この場合、各導体の直径は異なっていてよい。さらに、スルーホールまたは各スルーホールは、好適には基体全体にわたり一定の直径ＤＴＨを有していてよいか、または好適には２°～１０°の範囲内で先細になって最大直径ＤＴＨを有しており、この場合、各スルーホールの直径ＤＴＨは異なっていてよい。
【0036】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのスルーホールの比ＤＴＨ／ＤＥＣ１は、最大１.５、好適には最大１.３、特に好適には最大１.２、または最大１.１１である。
【0037】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのスルーホールの比ＤＴＨ／ＤＥＣ２は、最大１０、好適には最大５、特に好適には最大２.５である。
【0038】
ここで留意すべきは、スルーホールまたは各スルーホールは、好適には２°～１０°の範囲の先細角度でもって先細になる直径を有していてよい、という点であり、この場合はいずれの方向に先細になっていてもよい、すなわち、スルーホール直径は、基体の第２の側に向かって先細になっていてよいか、または基体の第１の側に向かって先細になっていてよい。先細になったスルーホールの利点は特に、より高い耐圧性および／または射出成形プロセス後のより簡単な部品放出などの改善された加工であり得る。
【0039】
２つ以上のスルーホールの場合、少なくとも２つのスルーホールはそれぞれ、直径ＤＴＨを有していてよく、かつ少なくとも２つのスルーホールはそれぞれ、半間隔直径ＤＢＢを規定していてよく、半間隔直径ＤＢＢは、隣り合うスルーホールの間の基体における間隔ΔΤΗに各スルーホールの直径ＤＴＨを加算したものであり、この場合、少なくとも１つのスルーホールの比ＤＢＢ／ＤＴＨは、２.０より小さく、好適には１.８より小さく、特に好適には１.７より小さく、または１.６より小さく、または１.５より小さく、または１.４より小さく、または１.３より小さく、または１.２より小さく、または１.１より小さい。
【0040】
先細になっているスルーホールの場合、上述したこれらの直径ＤＴＨおよびＤＢＢは、好適には基体の第１の側において測定され得る。ただし択一的に、それらは基体の第２の側において測定されてもよい。
【0041】
上述した距離、表面比および直径比は、試験およびコンピュータシミュレーションに基づき、本発明の課題を達成するために特に有利であることが証明された。特に、引き続き以下でコンピュータシミュレーション結果を参照する。
【0042】
追加的に、絶縁材料における接触圧力に関して、試験およびコンピュータシミュレーションが行われ、この場合、負の接触圧力は、接触張力を意味する。
【0043】
いくつかの実施形態では、絶縁材料は、基体の第２の側の第２の表面の位置において接触圧力ＣＰ２下にあってよく、この場合、ＣＰ２は、正の接触圧力であるか、またはＣＰ２は、３０ＭＰａ未満、好適には２０ＭＰａ未満、特に好適には１０ＭＰａ未満、または５ＭＰａ未満の絶対値を有する負の接触圧力である。
【0044】
いくつかの実施形態では、絶縁材料は、基体の第１の側の第１の表面の位置において接触圧力ＣＰ１下にあってよく、この場合、ＣＰ１は、１ＭＰａ超、好適には５ＭＰａ超、特に好適には１０ＭＰａ超の絶対値を有する負の接触圧力である。
【0045】
いくつかの実施形態では、絶縁材料は、１５５ＭＰａ未満、好適には７０ＭＰａ未満、より好適には５０ＭＰａ未満、より好適には４０ＭＰａ未満、特に好適には２０ＭＰａ未満の絶対値を有する正の最高接触圧力下にある。
【0046】
一般に、フィードスルーの基体は、５×１０－６Ｋ－１～２５×１０－６Ｋ－１、好適には５×１０－６Ｋ－１～２０×１０－６Ｋ－１の熱膨張係数を有し得る。
【0047】
一般に、フィードスルーの絶縁材料は、３×１０－６Ｋ－１～１５×１０－６Ｋ－１、好適には５×１０－６Ｋ－１～１２×１０－６Ｋ－１の熱膨張係数を有し得る。
【0048】
一般に、フィードスルーの電気導体は、３×１０－６Ｋ－１～２５×１０－６Ｋ－１、好適には５×１０－６Ｋ－１～２０×１０－６Ｋ－１の熱膨張係数を有し得る。
【0049】
基体は、以下の材料、すなわち：金属、オーステナイト系ステンレス鋼、特にＡＩＳＩ３００系列、フェライト系ステンレス鋼、特にＡＩＳＩ４００系列、チタン、インコネル、二相系ステンレス鋼、ニオブ、上述した金属のうちの１つの合金、例えばチタン合金、セラミックのうちの少なくとも１つを含んでいてよい。基体が金属を含み、絶縁材料がガラスを含む場合、フィードスルーはガラス金属シールと呼ばれてもよい。基体がセラミックを含み、絶縁材料がガラスを含む場合、フィードスルーは、ガラスセラミックシールと呼ばれてもよい。
【0050】
絶縁材料は、以下の材料、すなわち：ガラス、ガラスセラミック、セラミックのうちの少なくとも１つを含んでいてよい。
【0051】
電気導体は、以下の材料、すなわち：金属、金属合金、ステンレス鋼３００系列、ステンレス鋼４００系列、チタン、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ合金、ニオブ、銅、タングステン、モリブデン、白金、上述した金属のうちの１つの合金、例えばチタン合金または銅合金のうちの少なくとも１つを含んでいてよい。
【0052】
いくつかの実施形態では、基体および電気導体は、非アレルギー性材料のみを含んでいてよく、この場合、基体および電気導体から、好適にはニッケルが浸出しない。
【0053】
特に、本発明は上述したような電気フィードスルーを有する、電子装置、特にウェアラブル用の充電ポートまたは医療用ポートに関する。
【0054】
以下に、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0055】
【図1】４つのスルーホールを備える電気フィードスルーの上面図であり、電気導体が各スルーホールを貫通して延在している。
【図5】５つの異なる電気導体の側面図である。
【図6】１つのスルーホールを備える４つの異なる電気フィードスルーを示す側面図であり、電気導体がスルーホールを貫通して延在している。
【図8】スルーホール内の２つの異なる電気導体の斜視図である。
【図9】図８に示した２つの異なる電気導体用の基体の塑性変形のレベルおよび絶縁材料における接触圧力についてのコンピュータシミュレーション結果と、異なる隔壁距離を用いた場合の対応する結果とを示す図である。
【図10】図８に示した２つの異なる電気導体用の基体の塑性変形のレベルおよび絶縁材料における接触圧力についてのコンピュータシミュレーション結果と、異なる隔壁距離を用いた場合の対応する結果とを示す図である。
【図11】図８に示した２つの異なる電気導体用の基体の塑性変形のレベルおよび絶縁材料における接触圧力についてのコンピュータシミュレーション結果と、異なる隔壁距離を用いた場合の対応する結果とを示す図である。
【図12】図８に示した２つの異なる電気導体用の基体の塑性変形のレベルおよび絶縁材料における接触圧力についてのコンピュータシミュレーション結果と、異なる隔壁距離を用いた場合の対応する結果とを示す図である。
【図13】図８に示した２つの異なる電気導体用の基体の塑性変形のレベルおよび絶縁材料における接触圧力についてのコンピュータシミュレーション結果と、異なる隔壁距離を用いた場合の対応する結果とを示す図である。
【図14】図８に示した２つの異なる電気導体用の基体の塑性変形のレベルおよび絶縁材料における接触圧力についてのコンピュータシミュレーション結果と、異なる隔壁距離を用いた場合の対応する結果とを示す図である。
【図15】図８に示した２つの異なる電気導体用の基体の塑性変形のレベルおよび絶縁材料における接触圧力についてのコンピュータシミュレーション結果と、異なる隔壁距離を用いた場合の対応する結果とを示す図である。
【図16】図８に示した２つの異なる電気導体用の基体の塑性変形のレベルおよび絶縁材料における接触圧力についてのコンピュータシミュレーション結果と、異なる隔壁距離を用いた場合の対応する結果とを示す図である。
【図17】３つの電気導体を備えた２つの異なる電気フィードスルーの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0056】
図１～図５を参照すると、基体２０を有する電気フィードスルー１０は、１つ以上のスルーホール２６を有していてよく、スルーホール２６内には絶縁材料３０と、少なくとも１つの電気導体４０とが収容されている。電気導体は、電気ピンと呼ばれることもある。
【0057】
いくつかの実際の用途に関して、フィードスルー１０に、スルーホールの直径ＤＴＨに関して、隣り合うスルーホール間の間隔ΔＴＨに関して、かつ／または半間隔直径ＤＢＢ＝ＤＴＨ＋ΔＴＨに関して、比較的太い電気導体４０を提供することが望ましい場合がある一方で、同時に気密性、導体４０同士の間および／または導体４０と基体２０との間の電気絶縁またはその他の封止特性が、特定の品質要件を満たすことが望ましい。
【0058】
この目的のために複数のアプローチが考えられる。特に、一定の直径ＤＥＣ１＝ＤＥＣ２を有する電気導体４０（図２）を使用する代わりに、基体２０の第１の側２２のより大きな直径ＤＥＣ１と、基体２０の第２の側２４のより小さな直径ＤＥＣ２と、を有する導体４０を使用することができる（図３～図５）。
【0059】
例えば、電気導体４０がより大きな直径ＤＥＣ１を有するフィードスルー１０の第１の側２２は、装置の外側に向いていてよいのに対し、電気導体４０がより小さな直径ＤＥＣ２を有するフィードスルー１０の第２の側２４は、装置の内側に向いていてよい。
【0060】
このような（例えば外側と内側とで）非対称のピン直径は、フィードスルー１０の性能を高めかつ／または所望の寸法比を最適化し得る。一方では、より大きな外側のピン直径ＤＥＣ１は、より大きな接触領域を提供することができ、これは嵌合接触領域に有利であり得る。このことは、ポゴピンであってよい嵌合コンポーネントに公差がある場合に特に役立つことがある。他方では、より小さな内側のピン直径ＤＥＣ２は、比較的小さな曲げ輪郭を可能にし得る。内側のピン端部は、ろう接などの様々な手段によって別のコンポーネントに嵌合させられてもよい。
【0061】
１つの実施形態によれば、非対称のピン直径ＤＥＣ１＞ＤＥＣ２は、段設計により実現され得る（図３）。この場合、電気導体４０は、第１の直径ＤＥＣ１が絶縁材料３０の第１の表面３２から絶縁材料３０内に延在する第１のセクション４２と、第２の直径ＤＥＣ２が絶縁材料３０の第２の表面３４から絶縁材料内に延在する第２のセクション４４と、これら２つのセクション４２、４４の間の鉛直方向段部と、を有している。
【0062】
絶縁材料３０がガラスであるＧＴＭＳのいくつかのケースでは、フィードスルー１０のコンポーネントの寸法および使用されるプロセスに応じて、このような段設計は、ガラス封止プロセス中に、これによりガラス流がキャビティ全体を覆うには不十分であるという状況につながる場合がある。このような場合には、結果的に気泡またはギャップが特定の位置に生じ、これにより漏れのリスクが生じることがある。また、ＧＴＭＳのいくつかのケースでは、段付きピン設計の鋭利な角隅部により高応力領域がもたらされることがあり、この高応力領域は、ガラスに亀裂を生ぜしめる傾向がある場合があり、このことも漏れのリスクにつながり得る。
【0063】
しかしながら、このような問題は、フィードスルー１０のコンポーネントの特定の条件および／または寸法の下でのみ予想され、以下でさらに詳述するように、適切なプロセスおよび／または材料によって解決することができる。
【0064】
択一的または追加的に、先細ピンの設計が有利であり得る（図４～図５）。この場合、電気導体４０は、第１の直径ＤＥＣ１が第１の表面３２から絶縁材料３０内に延在する第１のセクション４２と、第２の直径ＤＥＣ２が第２の表面３４から絶縁材料内に延在する第２のセクション４４と、これらの２つのセクション４２，４４の間の先細セクション４６と、を有していてよい（図４、図５ａ、図５ｂ）。
【0065】
ただし電気導体４０は、第１の直径ＤＥＣ１を有する先細セクション４６と、それに続く、第２の直径ＤＥＣ２を有する第２のセクション４４とを備えるように設計されてもよい（図５ｃ）。逆に、電気導体４０は、第１の直径ＤＥＣ１を有する第１のセクション４２と、それに続く、第２の直径ＤＥＣ２を有する先細セクション４６とを備えるように設計されてもよい（図５ｄ）。さらに、電気導体４０が、絶縁材料３０の第１の表面３２における第１の直径ＤＥＣ１から第２の表面３４における第２の直径ＤＥＣ２まで先細になっていることも可能である（図５ｅ）。図５ｄおよび図５ｅでは、第２の直径ＤＥＣ２は、絶縁材料３０の第２の表面３４が位置する場所に応じて、先細セクション４６内の任意の位置または先細セクション４６の端部にあってよい、ということに留意されたい。
【0066】
加えて、絶縁材料３０（例えばガラス）と導体４０との間のより強力な機械的結合を可能にするために、１つ以上の溝４８が導体４０に形成されてよく、これにより、絶縁材料３０が導体に流入して、例えばベルクロ結合を生ぜしめることができる。
【0067】
電気導体４０は、特に先細設計の場合には、例えばＣＮＣ、ＭＩＭおよび／または鍛造により製造され得る。
【0068】
概して、非対称のピン設計は、特にガラス金属シールシステムにおけるろう接領域に関して、ＧＴＭＳ性能、例えば機械的な堅牢性および／または気密性の向上を示した。先細ピン設計は、製品内での絶縁材料の流れ（より少ない圧縮領域）を改善することができ、したがって、特にガラス絶縁材料（ＧＴＭＳ）に関して、気泡、亀裂のリスクを低減し、かつ／または比較的鋭利でない角隅部に基づき応力を低下させることができる。
【0069】
図６～図１６を参照すると、非対称の導体設計（ＤＥＣ１＞ＤＥＣ２）、特に先細設計では、フィードスルーのコンポーネントに対する接触圧力条件が改善され、これにより、例えばろう接プロセスに関してより良好な気密性および／または機械的な堅牢性がもたらされる、ということが示されている。接触圧力は、フィードスルーの機械的な堅牢性およびシール完全性に直接関係する。
【0070】
ピン／ガラスシステムの４つの変化形を構築し、ピン太さと、ガラス厚さと、ガラス金属シールシステムの堅牢性と、の間の関係を示すために分析した：第１の変化形は、典型的な設計ガイドライン、すなわち基準ギャップを有するガラスを用いたガラス／ピンシステムに関する（図６ａ）。第２の変化形は、増大されたピン直径を有するシステム、すなわち、太いピンと、狭いガラスギャップと、を有するシステムに関する（図６ｂ）。第３の変化形は、減じられたピン直径と狭いガラスギャップ、すなわち細いピンと狭いガラスギャップとを有するシステムに関する（図６ｃ）。第４の変化形は、接触用の外側のより大きな着床領域と、より小さなろう接輪郭用のより小さな内側直径と、を有する非対称のピン設計、すなわち「釘頭」ピン設計に関する（図６ｄ）。
【0071】
これら４つの変化形について、絶縁材料（ガラス）における接触圧力のコンピュータシミュレーション結果を図７に示す。上述した第１の変化形（基準ギャップを有するガラス）は曲線１００であり、第２の変化形（太いピンおよび狭いガラスギャップ）は曲線１０２であり、第３の変化形（細いピンおよび狭いガラスギャップ）は曲線１０３であり、第４の変化形（釘頭設計）は曲線１０１である。フィードスルー（図４参照）の厚さＬは２であり、ｘ軸の０の値は、基体の第１の側２２（例えば外側領域）に対応し、ｘ軸の２の値は、第２の側２４（例えばろう接用の突出部を有する内側領域）に対応する。
【0072】
第１の変化形１００の場合、絶縁材料が負の接触圧力（すなわち接触張力）下にある第２および第３の変化形１０２，１０３と比較して、絶縁材料がその表面（ｘ＝０、ｘ＝２）において優れた接触歪みを有することが判った。しかしながら第４の変化形１０１の場合も、第２および第３の変化形１０２，１０３に比べて、絶縁材料が優れた接触歪みを有している。特に第２の表面（ｘ＝２）上で、絶縁材料は、第２および第３の変化形１０２，１０３と比較して低い絶対値を有する負の接触圧力ＣＰ２下にあるか、または正の接触圧力ＣＰ２下にある。
【0073】
ガラスにおけるこのような接触圧力、特に正の接触圧力は、より堅牢なガラス封止システムを示すものであり、このことも、第２の側（例えばろう接側）のピンの機械的な堅牢性に役立つ。このことは特に有利であり得る。それというのも、ろう接側のピンは、ろう接プロセス中に熱／機械的応力に曝されるからである。
【0074】
釘頭設計では、釘頭ピンシステムにわたり圧力が上昇することはない。さらに釘頭ピンシステムでは、絶縁材料は、４５ＭＰａ未満、または３５ＭＰａ未満の絶対値を有する正の最高接触圧力ＣＰ３下にあり得る。
【0075】
上述した調査結果を裏付けるために、図８～図１６は、異なる隔壁距離、すなわち２.２１ｍｍ；２.１１ｍｍ；２.０１ｍｍ；および１.８１ｍｍに対する、基体の塑性変形のレベル（図９、図１１、図１３、図１５）および絶縁材料における接触圧力（図１０、図１２、図１４、図１６）に関して、釘頭ピン設計（ａ）およびストレートピン設計（ｂ）の別のコンピュータシミュレーション結果を示している。
【0076】
図１７を参照すると、複数の電気導体４０を含む電気フィードスルーは、各導体４０用の個別のスルーホール２６を有していてよい（図１７ａ）か、または同じスルーホール２６を貫通して延びる複数の電気導体４０を有していてよい（図１７ｂ）。
【0077】
両方のケースにおいて、上述したピン設計は、最適化された封止特性を有するシステムを可能にする一方で、同時に２つの電気導体の間の距離ΔΕＣおよび／または電気導体と基体との間の距離ΔΕＣＢＢが低減され得、これにより特に、高密度のピン構成が可能になる（典型的には、所与の面積に関して、より短いピッチ距離は、より高密度のピンに相当する）。
【0078】
追加的または択一的に、ＤＴＨ、ΔΤΗおよび／またはＤＢＢ（図１）に関して所望の電気導体直径を可能にする一方で、同時に封止特性は高い品質基準を満たす、減少したΔΕＣ、減少したΔΕＣＢＢを有するフィードスルーを提供することは、材料選択および／または熱膨張係数（ＣＴＥ）の選択により達成され得る。
【0079】
例えば、金属ハウジングの選択は、ピンからピンへの（ピッチ）間隔に影響を与える場合がある。高レベルの耐食性および信頼性性能を達成するためには、ステンレス鋼またはＴｉなどの金属が使用され得る。ＣＴＥが大きな金属、例えば３１６Ｌに関して、ピッチ間隔は、ステンレス鋼４００系列やＴｉなどの金属と比較して大きくなり得る。基体および／またはピンの材料として、低重量、高信頼性、高密度のガラス金属シールおよび／または生体適合性のためにはＴｉが選択されてよい。基体および／またはピンは、好適には非Ｎｉ材料またはニッケルが浸出しないものであってよい。
【0080】
１つの例示的な実施形態では、基体はＳＳ３１６Ｌを含んでいてよく、ＤＢＢ／ＤＴＨは１.６であってよい。別の例示的な実施形態では、基体はＳＳ４００系列／Ｔｉを含んでいてよく、ＤＢＢ／ＤＴＨは１.３であってよい。
【0081】
１つの例示的な実施形態では、基体はＳＳ３１６Ｌを含んでいてよく、導体もＳＳ３１６Ｌを含んでいてよい。別の例示的な実施形態では、基体はＳＳ４００系列／Ｔｉを含んでいてよく、導体もＳＳ４００系列を含んでいてよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【外国語明細書】