Alalisvoolureleega metalliseeritud keevitatud keraamiline korpus: hermeetilise relee pakendi põhitehnoloogia

Alalisvoolureleega metalliseeritud keevitatud keraamiline korpus on kõrgepinge alalisvoolureleede jaoks oluline isoleeriv ja hermeetiline tihend. See kasutab keraamilist metalliseerimist ja keraamika-metalli jootmist, et luua täielikult suletud kaarekustutusõõnsus, mis isoleerib sisemised kontaktsüsteemid niiskuse, tolmu ja väliskeskkonna eest. See lahendus lahendab plastkorpuste kitsaskohad kõrgepinge ja kõrge temperatuuriga tsüklis ning seda kasutatakse laialdaselt energia salvestamisel, elektrisõidukite akude lahtiühendamisel ja alalisvoolu jaotussüsteemides.

Keraamikal ja metallidel on tohutult erinevad füüsikalised omadused. Keraamika on anorgaaniline mittemetallist materjal, millel on suurepärane isolatsioon ja termiline stabiilsus, samas kui metallil on suurepärane elektrijuhtivus ja elastsus. Al2O3 alumiiniumoksiidi keraamilise vaakumrelee korpuse tugevate külgede ühendamiseks muutub keraamiline metalliseerimine asendamatuks eeltöötlusetapiks. Protsessi käigus kantakse keraamilistele pindadele tugevalt seotud metallist õhuke kile, mis muudab keraamika keevitatavaks järgnevaks kõvajoodisega kokkupanemiseks metallrõngaste või otsakatetega. Metalliseerimise kvaliteet määrab otseselt valmis relee korpuse õhutiheduse ja pikaajalise töökindluse.

Keraamika ja metalli ühendamine elektrireleede alumiiniumoksiidi metallkeraamika jaoks toob kaasa mitmeid materiaalseid probleeme.

• Soojuspaisumise koefitsient ei sobi. Keraamikal on madal soojuspaisumine, samas kui metallid paisuvad kuumuse mõjul palju rohkem, mis tekitab tihendusvuukide juures kergesti pragusid. Insenerid peavad hoolikalt juhtima termilist pinget sobivate vahemetallikihtide kaudu.
• Keraamika madal soojusjuhtivus ja halb soojuslöögikindlus. Jootmise ajal tuleb keevistsooni ümbritsevad temperatuurigradiendid minimeerida ja jahutuskiirus on pärast ühendamist kontrollitud.
• Enamik keraamikat ei juhi elektrit, välistades tavapärased elektrikeevitusmeetodid. Usaldusväärse liimimisliidese loomiseks on vaja keraamilist metalliseerimist või aktiivset metalli jootmist.
• Stabiilne elektrooniline koordinatsioon keraamilistes molekulides loob kõrged tõkked otsesele keraamika-metalli sidumisele. Enne keevitamist on pinna muutmine kohustuslik.
• Keraamika on piiratud plastilise deformatsiooniga kovalentsed kristalsed materjalid. Liigestes tekivad sageli haprad luumurrud. Vahepealseid puhverkihte ja kaudset difusioonkeevitust rakendatakse tavaliselt madalamaks ühendustemperatuuriks.
• Releekorpuste jaoks on vaja spetsiaalseid tihendusstruktuure, mis jagunevad tasapinnalisteks, hülsitihenditeks, tihvtihenditeks ja põkktihenditeks. Hülsitihendus tagab parima jõudluse, järgides rangeid tootmisnõudeid kõikidele ühendustüüpidele.

Metalliseerimismehhanism on füüsikalise difusiooni ja keemiliste reaktsioonide, sealhulgas plastilise voolu ja osakeste ümberkorraldamise kompleksne kombinatsioon. Metalliseerimispasta sees olevad oksiidkomponendid reageerivad ja hajuvad erinevates paagutamisetappides. Temperatuuri tõustes moodustavad toorained vaheühendeid ja muutuvad eutektilisel temperatuuril vedelaks klaasfaasiks. Viskoosne klaasfaas tekitab plastilise voolu; osakesed paiknevad kapillaarjõu toimel ümber. Pinnaenergia toimel aatomid hajuvad ja terad kasvavad, poorid kahanevad ja kaovad, moodustades lõpuks tiheda metalliseeritud kihi ülitäpsete alumiiniumoksiidi keraamiliste komponentide jaoks.

1. Substraadi eeltöötlus. Paagutatud keraamiliste toorikute poleerimine teemant-abrasiivpastaga optilise sileduseni, kontrollides pinna karedust Vähem kui 1,6 μm või sellega võrdne. Ultraheli puhastamine atsetoonis ja alkoholis toatemperatuuril 20 minutit.
2. Metalliseerimislobri ettevalmistamine. Kaaluge toorained vastavalt koostisele ja seejärel kuulveski, et valmistada sihipärase viskoossusega läga.
3. Katmine ja kuivatamine. Siiditrüki metalliseerimispulber ühtlaselt keraamilistele aluspindadele. Pulbri paksus vajab täpset kontrolli: liiga õhuke laseb kõvajoodisega täiteainel läbi metalliseeritud kihti tungida, liigne paksus aga takistab elementide migratsiooni. Kaetud osad kuivatatakse ahjus.
4. Kuumtöötlus. Paagutage toorikud redutseerivas atmosfääris, et moodustada ühendatud metalliseeritud kiht.

Mo-Mn meetod

Mo-Mn metallistamisel kasutatakse tulekindlat molübdeenipulbrit, mis on segatud mangaanipulbriga, kaetud Al2O3 keraamikale ja paagutatud metallikihi moodustamiseks. Traditsiooniline Mo-Mn protsess nõuab kõrgeid paagutamistemperatuure ja kulutab rohkem energiat; ilma aktivaatoriteta jääb tihendustugevus suhteliselt madalaks.

Aktiveeritud Mo-Mn meetod

Aktiveeritud Mo-Mn on optimeeritud klassikalise Mo-Mn marsruudi järgi. Muudatused hõlmavad aktivaatorite lisamist või metallipulbri asendamist molübdeen/mangaanoksiidide või sooladega, et vähendada paagutamistemperatuuri. Kuigi protsess on keeruline ja kulukas, loob see tugeva sideme ja parandab niisutamist. See on hermeetilise releepakendite jaoks kõige küpsem ja laialdasemalt kasutusele võetud metalliseerimislahendus.

Aktiivne metalli jootmine

Aktiivset metalli jootmist kasutatakse laialdaselt keraamiliste metallide tihendamiseks. Võrreldes Mo-Mn tehnoloogiaga töötati see välja umbes 10 aastat hiljem. Kogu keraamika-metalli ühenduskoha saab valmis teha ühe küttetsükliga. Jootmissulam sisaldab aktiivseid elemente, nagu Ti, Zr, Hf ja Ta. Need aktiivsed elemendid reageerivad alumiiniumoksiidi keraamikaga ja moodustavad liidesel metallilised reaktsioonikihid. See protsess on masstootmise jaoks lihtsam ja kulutõhusam. Selle piirang seisneb piiratud kõvajoodismaterjali valikus, mistõttu on see pideva kiire tootmise asemel sobivam suurte osade või väikesemahuliste partiide jaoks.

Otseühendatud vask (DBC)

DBC seob vaskfooliumi otse keraamilistele aluspindadele, peamiselt Al₂O3 ja AlN. COB-kiibi pakendiga koos välja töötatud DBC lisab hapnikku vase ja keraamika vahele. Temperatuuril 1065–1083 kraadi moodustub Cu-O eutektiline vedelik, mis reageerib keraamilise ja vaskfooliumiga, tekitades tahke sideme saavutamiseks CuAlO₂ või Cu(AlO₂)₂ faasi.

Magnetroni pritsimine

Magnetron-pihustamine on füüsikaline aur-sadestamise tehnika, mille abil kantakse keraamilistele aluspindadele mitmekihilised metallkiled. See tagab kõrgekvaliteediliste õhukeste metallkatete jaoks tugeva nakkuvuse, vähese saastumise ja kontrollitud terastruktuuri. Saadud metalliseeritud kile on üliõhuke ja säilitab range mõõtmete tolerantsi. Seda ei saa aga kasutada kuumatundliku keraamika, nagu piesoelektrilise keraamika või ühekristallmaterjalide puhul.

1. Metalliseerimise koostis. Koostise disain loob aluse kvalifitseeritud metalliseerimiskihtidele.
2. Sintering temperature and holding time. Metallization sintering is classified into ultra-high temperature (>1600 kraadi), kõrge temperatuur (1450-1600 kraadi), keskmine temperatuur (1300-1450 kraadi) ja madal temperatuur (<1300°C). Insufficient temperature stops glass phase diffusion; overheating weakens bonding strength and causes metallization layer peeling and seal failure.
3. Metalliseerimiskihi mikrostruktuur. Metalliseerimise mikrostruktuur määrab lõpliku tihendusvõime. Kvaliteetne metalliseeritud kate on tihe ja tugeva nakkuvusega. Selge kihiline struktuur ilma pidevate rabedate intermetalliliste ühenditeta vähendab pragude levimist ja kõvajoodisjootmise läbitungimise ohtu.

Muud mõjutegurid hõlmavad pulbri osakeste suurust ja gradatsiooni. Peen pulber kipub aglomeerima ja rikkuma katte ühtlust. Liiga jäme pulber tõstab paagutamistemperatuuri ja halvendab kvaliteeti. Pindamistehnikal ja katte paksusel on oluline mõju ka metalliseerimise tulemustele.

Metalliseeritud alumiiniumoksiidi releekeraamika sõltub küpsest keraamilisest metalliseerimisest ja kõvajoodisega jootmistehnoloogiast, et saavutada usaldusväärne hermeetiline pakend. Materjali pinge sobitamine, metalliseerimise koostis ja paagutamise parameetrid on põhimuutujad, mis määravad kõrgepinge alalisvoolureleede isolatsiooni, heeliumi lekkekiiruse ja kasutusea. Kuna energiasalvestite ja elektrisõidukite turg laieneb, areneb täpne keraamika-metalli tihendustehnoloogia, et täita toiterelee komponentide kõrgema pinge, miniatuursuse ja pika kasutusea nõudeid.

Pöörduge meie insenerimeeskonna poole, et saada prototüübi valideerimine ja hulgipakkumineDC relee metalliseeritud keevitatud keraamiline korpus, mida toetavad meie ettevõttesisesed keraamilise metalliseerimise ja hermeetilise keevitamise tootmisliinid.