專利名稱：形成連接式線圈布置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形成連接式線圈布置的方法，此類布置可用于超導(dǎo)磁體 中的超導(dǎo)線圈上。本發(fā)明還涉及一種超導(dǎo)焊料，此類超導(dǎo)焊料用于將第一線 圈的一根引線連接到第二線圈的一根引線上，還可將來自線圈一個(gè)區(qū)段的一 根引線連接到同一線圈另一區(qū)段的一根引線上。
背景技術(shù)：
在磁共振成像(MRI)領(lǐng)域中，人們知道提供超導(dǎo)磁體來產(chǎn)生稱為B0 場(chǎng)的勻強(qiáng)靜態(tài)磁場(chǎng)，以在待測(cè)物體中極化核自旋。
超導(dǎo)磁體通常包括線圈支撐結(jié)構(gòu)，其承載由一種在極低溫度下表現(xiàn)出超 導(dǎo)特性的合金構(gòu)成的超導(dǎo)導(dǎo)線的多個(gè)繞組。在此方面，許多線圈圍繞線圈支 撐結(jié)構(gòu)形成，且必須以串聯(lián)方式連接到線圈上。每個(gè)線圈具有各自的一對(duì)引 線，所迷引線尤其用于串聯(lián)連接線圈。對(duì)于一些超導(dǎo)磁體設(shè)計(jì)， 一個(gè)以上線 圈可包括串聯(lián)接合在 一 起的許多線圈區(qū)段，以形成給定線圈。
在線圈區(qū)段和/或線圈的串聯(lián)連接之前，將線圈封裝在樹脂中以防止繞 組移動(dòng)。然而，在樹脂中封裝線圈之后，需要清潔引線以便除去其上殘留的 樹脂。此清潔過程會(huì)損壞引線，使整個(gè)線圈或線圈區(qū)段報(bào)廢。因此需要在樹 脂中封裝線圈區(qū)段和/或線圈之前連接引線，并因此連接線圈。在此方面， 用于接合線圈區(qū)段和/或線圈的常用過程使用稱為"伍德合金"的超導(dǎo)合金 來接合來自各自線圈或線圈區(qū)段的兩根引線作為串聯(lián)連接的 一 部分。然而， 由于伍德合金的熔點(diǎn)相對(duì)較低，樹脂封裝過程將引起使用伍德合金形成的各 個(gè)焊料接合處的熔化，也就破壞了焊料接合處的完整性。因此，在封裝階段之后進(jìn)行接合處的釬焊，但引線并沒有封裝在樹脂中。替代地，限制經(jīng)封裝 引線以避免其在包括線圈的超導(dǎo)磁體的操作期間的移動(dòng)。另外，伍德合金含 有鎘，鎘對(duì)環(huán)境有害，因此在使用期間需要特殊預(yù)防措施以保護(hù)使用伍德合 金的人的健康。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種形成封裝連接式線圈布置的方法。該 方法包括使用超導(dǎo)接合合金，通過釬焊(solder)或熔接(infusion)將第 一線圈的第 一 引線連接到電路裝置的第二引線；以及在封裝材料中封裝第一 線圈、電路裝置以及接合到二者上的引線。接合合金的熔點(diǎn)高于封裝材料在 封裝過程中所經(jīng)歷的最高溫度。
為了避免混淆，本文對(duì)線圈、線圈區(qū)段和開關(guān)的參考是電路裝置的實(shí)例。
第一線圈的第一引線和電路裝置的第二引線的連接可能導(dǎo)致第一線圈 和電路裝置的串聯(lián)連接。
超導(dǎo)接合合金可為低溫下的超導(dǎo)體。其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度低于約10開爾文， 也可以低于約9.2開爾文，還可以低于約5開爾文，如大約4.2K。
電路裝置可為第二線圈。
電路裝置可為低溫開關(guān)。
超導(dǎo)接合合金可包括重量百分比從40%到56%的鉍、從44%到60% 的鉛，以及不可避免的雜質(zhì)的平衡。
超導(dǎo)接合合金可包括重量百分比從30%到55%的鉍、從30%到50% 的鉛和從15%到30%的錫，以及不可避免的雜質(zhì)的平衡。
超導(dǎo)接合合金可包括重量百分比從35%到45%的鉍，其可包括重量百 分比從35%到45%的鉛，其可包括重量百分比從17%到20%的錫。超導(dǎo)接合合金可包括重量百分比約為55.5%的Bi和約44.5%的Pb。 超導(dǎo)接合合金可包括重量百分比約52.5%的Bi、約32%的Pb和約15.5 0/0的Sn。
超導(dǎo)合金可呈條、棍、粉末、實(shí)心或帶芯導(dǎo)線、箔、預(yù)成型件或焊膏的 形式。
超導(dǎo)合金的熔點(diǎn)可高于約90°C。
超導(dǎo)合金可具有大約95。C的熔點(diǎn)，其也可具有高于約96'C的熔點(diǎn)。
超導(dǎo)合金可具有低于約137。C的熔點(diǎn)。
封裝材料可為熱固性材料。該熱固性材料可為樹脂。
封裝材料可為熱塑性材料。該熱塑性材料可為蠟或聚酯。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供 一 種用于X射線斷層攝影的超導(dǎo)磁體的形
成方法，該方法包括上文本發(fā)明第一方面提到的形成連接式線圈布置的方法。
因此可能提供一種將第一線圈的引線連接到第二線圏的引線的方法，使 包含連接式引線的線圈能夠被封裝而不損壞連接式引線的焊料接合處。因 此，引線不必經(jīng)過清潔階段，也不必被限制以避免引線在有效電磁場(chǎng)中的移 動(dòng)。使用超導(dǎo)接合合金與生產(chǎn)超導(dǎo)磁體的現(xiàn)有制造工藝良好的兼容，且避免 了鎘的使用。


參照附圖，僅借助實(shí)例來描迷本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例，附圖中 圖1是構(gòu)成本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例的形成連接式線圈布置的 一種方法的流 程圖；以及
圖2是采用圖1的方法所形成的一對(duì)連接式線圈的示意圖。以下整個(gè)描述中相同參考標(biāo)號(hào)表示相同的部件。 具《本實(shí)施方式
參看圖1和2，如在極低的溫度下，使用能表現(xiàn)出超導(dǎo)特性的各種合適 的合金，由第一組成線圈202和第二組成線圈204形成超導(dǎo)磁體線圈200 (步 驟IOO)。在此實(shí)例中，由鈮-鈦合金形成的導(dǎo)線嵌入銅或銅-鎳基質(zhì)中，并根 據(jù)該領(lǐng)域已知的各種合適的技術(shù)纏繞成線圈。第 一 線圈202包括第 一 引線206 和第二引線208,第二線圈204包括第三引線210和第四引線212。第一線圈 202串聯(lián)連接到第二線圈204上以形成超導(dǎo)磁體線圈200。
因此，在此實(shí)例中，第一線圈202的第二引線208需要連接到第二線圈 204的第三引線210。因此使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種合適的技術(shù)制備 第二引線208和第三引線210(步驟102),如現(xiàn)有的使用硝酸對(duì)第二引線208 和第三引線210的某些部分進(jìn)行蝕刻，隨后進(jìn)行氫氟酸蝕刻以使接合處持久 牢固。在氫氟酸蝕刻之后，在水中沖洗蝕刻過的導(dǎo)線。隨后，將待接合部分 交織在一起，并用銦鍍封。
一旦完成步驟102，就在高于約125。C的溫度下使用焊料合金將第二引 線208和第三引線210的上述部分釬焊(步驟104)在一起，以形成超導(dǎo)接 合處214;下文將描述超導(dǎo)合金的組成成分。
通過在鑄鐵坩堝或陶瓷坩堝中熔化重量百分比為55.5。/o (55.5 wt.%)的 鉍(Bi)來形成焊料合金。接著，在如約125。C的合金槽熔化溫度下將重量 百分比為44.5%的鉛(Pb)添加到熔化的鉍中。
上迷兩種金屬的相對(duì)比例也可如下金屬相只+比例
鉍重量百分比為40% - 56%
鉛重量百分比為44。/。 - 60%
溫度可在約124t:與126t:之間的范圍內(nèi)。
將上述合金鑄造成錠塊，當(dāng)將第二引線208和第三引線210釬焊到在一 起時(shí)再重新熔化。超導(dǎo)合金可形成為條、棍、粉末、實(shí)心或帶芯導(dǎo)線、箔、 預(yù)成型件或焊膏。
通過在鑄鐵坩堝或陶瓷坩堝中熔化重量百分比為52.5%的鉍(Bi)而形 成另一種合金。接著，在如96。C的合金槽熔化溫度下將重量百分比為32% 的鉛(Pb)和15.5%的錫(Sn)添加到熔化的鉍中。
三種金屬的相對(duì)比例也可如下
金屬相只于比例鉍重量百分比為30%-55%
鉛重量百分比為30D/。- 50%
錫重量百分比為15%-30%
溫度可在約96。C到37t之間的范圍內(nèi)。
將上述合金鑄造成錠塊，當(dāng)?shù)诙€208和第三引線210釬焊在一起時(shí) 再重新熔化。超導(dǎo)合金可形成為條、棍、粉末、實(shí)心或帶芯導(dǎo)線、箔、預(yù)成
型件或焊膏。
盡管上迷組成成分中沒有提到雜質(zhì)，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，合金會(huì) 含有不可避免的雜質(zhì)，但這些雜質(zhì)的重量百分比不會(huì)超過1%。
8在以上實(shí)施例中產(chǎn)生的各種焊料合金的熔點(diǎn)均高于95°C ，例如約在96°C 到13^C之間；這是固化熱固性材料的典型溫度范圍。因此所形成的接合處 能承受固化熱固性材料的溫度，使得接合處的完整性不因在熱固性固化期間 對(duì)接合處的加熱而受到損害。
接合處的性能經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)是持久牢固的，即，每一個(gè)接合處都有低電阻， 以在操作期間使流過接合處的電流衰減很小，例如小于O.l ppm/hr。此持久 度轉(zhuǎn)換成具有小于10-12Q電阻的接合處。事實(shí)上，人們發(fā)現(xiàn)流過由上迷合金 形成的接合處的電流在熱固性固化循環(huán)之后數(shù)量級(jí)上不會(huì)下降，即使在遠(yuǎn)遠(yuǎn) 超過如MRI系統(tǒng)的斷層攝影系統(tǒng)所需的電流和背景場(chǎng)的電流和背景場(chǎng)下也 是如此。
盡管在4妄合線圈形成超導(dǎo)磁體的上下文中描迷了上述實(shí)例，但本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)了解個(gè)別線圈可由線圈區(qū)段形成，因此超導(dǎo)磁體可由多個(gè)線圈形 成，每個(gè)線圈由多個(gè)串聯(lián)連接的線圈部分形成。然而，為了更好的解釋，本 文對(duì)接合線圈的參考應(yīng)理解為包含線圈部分的接合以形成一個(gè)給定線圈。此 外，還應(yīng)了解上述實(shí)例不局限于將線圈或線圈區(qū)段連接到其它線圈線圈區(qū) 段，還能將線圓或線團(tuán)區(qū)段連接到其它電路裝置中(如低溫開關(guān))。
在此方面， 一旦已將第二引線208和第三引線210釬焊(步驟104)在 一起，在此實(shí)例中由稱作"開關(guān)導(dǎo)線"形成的低溫開關(guān)就連接在第一引線206 與第四引線212之間。開關(guān)導(dǎo)線由上文提到的Nb-Ti合金導(dǎo)線或任何其它合 適的超導(dǎo)合金形成，所述Nb-Ti合金導(dǎo)線嵌入到銅或銅-鎳合金基質(zhì)中。在將 低溫開關(guān)連接在第一引線206與第四引線212之間的適當(dāng)位置之前，使用本 領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種合適的技術(shù)，與上文所述制備第二引線208和第三 引線210相同的方式來制備第一引線206、第四引線212以及低溫開關(guān)的引線。例如，第一引線206、第四引線212以及低溫開關(guān)的引線，它們的若干 部分通常使用硝酸來蝕刻，然后使用氫氟酸蝕刻，以使接合處牢固持久。在 氫氟酸蝕刻之后，在水中沖洗蝕刻過的導(dǎo)線。隨后，將待接合部分交織在一 起，并用銦鍍封。以各種合適的封裝材料(例如，比如樹脂的熱固性材料， 或比如蠟或聚酯的熱塑性材料)封裝第一線圈202、第二線圈204、低溫開 關(guān)及其相關(guān)聯(lián)引線、第一引線206、第二引線208、第三引線210和第四引線 212 (步驟106)。
BiPb合金和BiPbSn合金是共熔的，但它們有充分高的熔點(diǎn)以避免當(dāng)在 封裝階段(步驟106)加熱時(shí)熔化含有的封裝材料，如熔點(diǎn)高于約90t (如 約95。C)或高于約120。C (如約124。C或約125°C)，。
盡管已在接合由Nb-Ti合金形成的引線的上下文中描述了上述實(shí)例，但
(Nb3Sn)合金)形成的引線。
在另一實(shí)施例中，上述合金可用作經(jīng)蝕刻和熔接接合過程的一部分，以 便在兩種不同類型的超導(dǎo)材料(如鈮-錫(Nb3Sn)帶和Nb-Ti導(dǎo)線)之間形 成 一 個(gè)混合接合處。在此實(shí)例中，Nb3Sn帶包括夾在兩個(gè)銅箔層之間的Nb3Sn 薄層。Nb-Ti導(dǎo)線嵌入在銅基質(zhì)中，但也可使用Ni-Cu基質(zhì)。為了在形成超 導(dǎo)接合處之前制備所述兩種不同超導(dǎo)材料的末端部分，起初在約30(TC用錫 除去超導(dǎo)材料帶末端部分的銅箔和超導(dǎo)材料導(dǎo)線末端部分的銅基質(zhì)。接著在 約300t到400t之間熔接上述合金中的一種就形成了接合處。隨后用各種 合適的封裝材料(例如，比如樹脂的熱固性材料，或比如蠟或聚酯的熱塑性 材料)封裝所形成的接合處(步驟106)。
盡管在上述實(shí)例中使用了鈮-錫帶，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解所使用的鈮-錫超導(dǎo)合金可形成為導(dǎo)線并用于此處的連接。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng) 了解，盡管上述實(shí)例描迷鈮-錫帶到鈮-鈦導(dǎo)線的混合接合，但上述技術(shù)也可 用于鈮-鈦導(dǎo)線到鈮-鈦導(dǎo)線的接合。
盡管已在將線圏或線圈區(qū)段串聯(lián)連接到其它電路裝置的上下文中描述 了上迷實(shí)例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，該接合過程可用于實(shí)現(xiàn)線圏或線圈 區(qū)段到電路裝置的并聯(lián)連接。
權(quán)利要求
1.一種形成一種封裝的連接式線圈布置的方法，所述方法包括使用一種超導(dǎo)接合合金，通過釬焊或熔接將一個(gè)第一線圈的一根第一引線連接到一個(gè)電路裝置的一根第二引線；以及在封裝材料中封裝所述第一線圈、所述電路裝置以及所述第一線圈和所述電路裝置的接合引線，所述接合合金的熔點(diǎn)高于所述封裝材料在所述封裝過程中所經(jīng)歷的最高溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述超導(dǎo)接合合金的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度 低于約10開爾文。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度低于約9.2開爾文。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度低于約5開爾文。
5. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述電路裝置是一個(gè)第二線圈。
6. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述電路裝置是一個(gè)低溫開關(guān)。
7. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述超導(dǎo)接合合金包括 重量百分比從40%到56%的鉍；重量百分比從44到60%的鉛， 以及不可避免的雜質(zhì)的平衡。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l到6中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述超導(dǎo)接合 合金包括重量百分比從30%到55%的鉍；重量百分比從30%到50%的鉛； 重量百分比從15%到30%的錫， 以及不可避免的雜質(zhì)的平衡。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所迷超導(dǎo)接合合金包括重量百分比 為約55.5 %的Bi和約44.5%的Pb。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所迷超導(dǎo)接合合金包括重量百分比 為約52.5%的Bi、約32%的Pb和約15.5%的Sn。
11. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述超導(dǎo)合金呈條、棍、粉 末、實(shí)心或帶芯導(dǎo)線、箔、預(yù)成型件或焊膏的形式。
12. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所迷的方法，其中所迷超導(dǎo)合金的熔點(diǎn)高于約 90t。
13. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述封裝材料是一種熱固性 材料。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1到12中任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述封裝材料是一種熱塑性材料。
15. —種用于斷層攝影的超導(dǎo)磁體的形成方法，所述方法包括根據(jù)前述任 一權(quán)利要求所述的形成一種封裝的連接式線圈布置的方法。
全文摘要
一種形成連接式線圈布置的方法，包括將第一線圈(202)的引線(208)連接(104)到第二線圈(204)的引線(210)。采用超導(dǎo)接合合金(214)連接第一線圈(202)的引線(208)和第二線圈(204)的引線(210)，接合合金(214)能經(jīng)受住受熱后的封裝材料的溫度而不會(huì)熔化。
文檔編號(hào)H01F6/06GK101593598SQ20091013388
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者格雷厄姆·赫頓, 穆罕默德·拉克里米, 阿德里安·M·托馬斯 申請(qǐng)人:西門子磁體技術(shù)有限公司