Egyenáramú relé fémezett hegesztett kerámia ház: A hermetikus relécsomagolás alaptechnológiája

Az egyenáramú relé fémezett hegesztett kerámia ház a nagyfeszültségű egyenáramú relék kritikus szigetelő és hermetikus tömítő alkatrészeként szolgál. Kerámia fémezéssel és kerámia-fém keményforrasztással teljesen zárt ívoltó üreget hoz létre, elszigetelve a belső érintkezési rendszereket a nedvességtől, a portól és a külső környezettől. Ez a megoldás kiküszöböli a műanyag házak szűk keresztmetszeteit nagyfeszültségű és magas hőmérsékletű ciklusokban, és széles körben alkalmazzák az energiatárolásban, az elektromos járművek akkumulátorainak leválasztásában és az egyenáramú áramelosztó rendszerekben.

A kerámiák és a fémek nagymértékben eltérő fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek. A kerámia egy szervetlen nemfémes anyag, kiváló szigeteléssel és hőstabilitással, míg a fém kiváló elektromos vezetőképességgel és rugalmassággal rendelkezik. Az Al2O3-alumínium-oxid kerámia vákuumreléház erősségeik egyesítéséhez a kerámia fémezés az előkezelés elengedhetetlen lépésévé válik. Az eljárás során egy szilárdan kötött fém vékony filmréteg kerül fel a kerámia felületekre, így a kerámia hegeszthető a későbbi forrasztáshoz fémgyűrűkkel vagy zárókupakokkal. A fémezés minősége közvetlenül meghatározza a kész reléház légtömörségét és hosszú távú megbízhatóságát.

A kerámia és a fém összekapcsolása az Alumina Metallized Ceramic for Electrical Relays számára számos anyagi kihívást jelent.

• Nem megfelelő hőtágulási együttható. A kerámiák alacsony hőtágulást mutatnak, míg a fémek sokkal jobban tágulnak hő hatására, ami könnyen repedéseket okoz a tömítő illesztéseknél. A mérnököknek gondosan kell kezelniük a hőterhelést az egymáshoz illesztett köztes fémrétegek segítségével.
• A kerámiák alacsony hővezető képessége és gyenge hősokkállósága. A keményforrasztás során a hegesztési zóna körüli hőmérséklet-gradienseket minimálisra kell csökkenteni, az összeillesztés után szabályozott hűtési sebességgel.
• A legtöbb kerámia nem vezetőképes, kizárva a hagyományos elektromos hegesztési módszereket. A megbízható kötési felület létrehozásához kerámia fémezés vagy aktív fémforrasztás szükséges.
• A kerámia molekulákon belüli stabil elektronikus koordináció nagy akadályokat hoz létre a kerámia-fém közvetlen kötése előtt. Hegesztés előtt a felület módosítása kötelező.
• A kerámia kovalens kristályos anyag, korlátozott képlékeny alakváltozással. Az ízületeknél gyakran törékeny törések lépnek fel. A közbenső pufferrétegeket és a közvetett diffúziós hegesztést általában alacsonyabb csatlakozási hőmérsékletre alkalmazzák.
• Speciális tömítőszerkezetekre van szükség a reléházakhoz, amelyek a lapos tömítés, a hüvelytömítés, a csaptömítés és a tompatömítés kategóriába sorolhatók. A karmantyús tömítés a legjobb teljesítményt nyújtja, szigorú gyártási követelmények mellett minden kötéstípusra.

A fémezési mechanizmus fizikai diffúziós és kémiai reakciók összetett kombinációja, beleértve a képlékeny áramlást és a részecskék átrendeződését. A fémező pasztában lévő oxidkomponensek különböző szinterezési szakaszokban reagálnak és diffundálnak. A hőmérséklet emelkedésével a nyersanyagok közbenső vegyületeket képeznek, és eutektikus hőmérsékleten folyékony üvegfázissá alakulnak. A viszkózus üvegfázis képlékeny áramlást hoz létre; a részecskék kapilláris erő hatására átrendeződnek. A felületi energia hatására az atomok diffundálnak, a szemcsék nőnek, a pórusok összezsugorodnak és eltűnnek, végül sűrű fémezett réteget képezve a nagy pontosságú alumínium-oxid kerámia komponensek számára.

1. Aljzat előfeldolgozása. Szinterezett kerámia nyersdarabok polírozása optikai simaságig gyémánt csiszolópasztával, a felületi érdesség szabályozása 1,6 μm vagy annál kisebb. Ultrahangos tisztítás acetonban és alkoholban szobahőmérsékleten 20 percig.
2. Metalizálási zagy készítése. Mérjük le a nyersanyagokat a készítménynek megfelelően, majd golyósmalommal készítsük el a célzott viszkozitású zagyot.
3. Bevonás és szárítás. Szitanyomat fémezési iszap egyenletesen kerámia felületeken. A hígtrágya vastagsága pontos szabályozást igényel: a túl vékony keményforrasztóanyag áthatol a fémezett rétegen, míg a túlzott vastagság akadályozza az elemek migrációját. A bevont részeket kemencében szárítják.
4. Hőkezelés. Szinter szárított munkadarabok redukáló atmoszférában, hogy kialakítsák a kötött fémezett réteget.

Mo-Mn módszer

A Mo-Mn fémezés során tűzálló molibdénport használnak mangánporral keverve, Al2O3 kerámiára vonják be és szinterezik, hogy fémréteget képezzenek. A hagyományos Mo-Mn eljárás magas szinterezési hőmérsékletet igényel, és több energiát fogyaszt; aktivátorok nélkül a tömítési szilárdság viszonylag alacsony marad.

Aktivált Mo-Mn módszer

Az aktivált Mo-Mn a klasszikus Mo-Mn útvonalról van optimalizálva. A módosítások közé tartozik az aktivátorok hozzáadása vagy a fémpor molibdén/mangán-oxiddal vagy sóval való helyettesítése a szinterezési hőmérséklet csökkentése érdekében. Bár az eljárás bonyolult és költséges, erős kötést hoz létre, és javítja a nedvesítési teljesítményt. Továbbra is ez a legérettebb és legszélesebb körben alkalmazott fémezési megoldás a hermetikus relé-csomagolásokhoz.

Aktív fémforrasztás

Az aktív fémforrasztást széles körben használják kerámia-fém tömítéshez. A Mo-Mn technológiához képest nagyjából 10 évvel később fejlesztették ki. A teljes kerámia-fém kötés egy fűtési ciklus alatt elkészíthető. A keményforrasztó ötvözet olyan aktív elemeket tartalmaz, mint a Ti, Zr, Hf és Ta. Ezek az aktív elemek reagálnak az alumínium-oxid kerámiával, és fémes reakciórétegeket képeznek a határfelületen. Ez a folyamat egyszerűbb és költséghatékonyabb a tömeggyártásban. Korlátozása a korlátozott keményforrasztóanyag-választásban rejlik, így a folyamatos, nagy sebességű gyártás helyett alkalmasabb nagy alkatrészekhez vagy kis mennyiségű tételekhez.

Közvetlen kötésű réz (DBC)

A DBC a rézfóliát közvetlenül a kerámia felületekre, főleg az Al2O3-ra és az AlN-re köti. A COB chip-csomagolás mellett kifejlesztett DBC oxigént vezet be a réz és a kerámia közé. 1065-1083 fokon Cu-O eutektikus folyadék képződik és reakcióba lép a kerámia- és rézfóliával, CuAlO2 vagy Cu(AlO2)2 fázisokat hozva létre a szilárd kötés érdekében.

Magnetron porlasztás

A magnetronos porlasztás egy fizikai gőzfázisú leválasztási technika, amely többrétegű fémfilmeket von le kerámia hordozókra. Erős tapadást, alacsony szennyeződést és szabályozott szemcseszerkezetet biztosít a kiváló minőségű vékony fémbevonatokhoz. A kapott fémezett fólia ultravékony, és megtartja a szűk mérettűrést. Nem alkalmazható azonban hőérzékeny kerámiákra, például piezoelektromos kerámiákra vagy egykristályos anyagokra.

1. Metalizálási készítmény. A készítmény kialakítása megalapozza a minősített fémezési rétegeket.
2. Sintering temperature and holding time. Metallization sintering is classified into ultra-high temperature (>1600 fok), magas hőmérséklet (1450-1600 fok), közepes hőmérséklet (1300-1450 fok) és alacsony hőmérséklet (<1300°C). Insufficient temperature stops glass phase diffusion; overheating weakens bonding strength and causes metallization layer peeling and seal failure.
3. A fémes réteg mikroszerkezete. A fémezés mikroszerkezete határozza meg a végső tömítési teljesítményt. A kiváló minőségű fémezett bevonat sűrű, erős tapadású. Az átlátszó réteges szerkezet folyamatos rideg intermetallikus vegyületek nélkül csökkenti a repedések terjedését és a keményforrasztás behatolási kockázatát.

Egyéb befolyásoló tényezők közé tartozik a porszemcseméret és a fokozatosság. A finom por hajlamos agglomerálódni és tönkretenni a bevonat egyenletességét. A túl durva por növeli a szinterezési hőmérsékletet és rontja a minőséget. A bevonattechnika és a bevonat vastagsága szintén jelentős hatással van a fémezési eredményekre.

A fémezett alumínium-oxid relé kerámiák az érett kerámia fémezési és keményforrasztási technológiától függenek a megbízható hermetikus csomagolás elérése érdekében. Az anyagfeszültség illesztése, a fémezés kialakítása és a szinterezési paraméterek a nagyfeszültségű egyenáramú relék szigetelését, héliumszivárgási sebességét és élettartamát meghatározó fő változók. Az energiatároló és az elektromos járművek piacának bővülésével a precíz kerámia-fém tömítési technológia folyamatosan fejlődik, hogy megfeleljen a nagyobb feszültséggel, a miniatürizálással és a teljesítményrelé alkatrészekkel szembeni hosszú élettartamra vonatkozó követelményeknek.

Forduljon most mérnöki csapatunkhoz prototípus-érvényesítésért és tömeges árajánlatértDC relé fémezett hegesztett kerámia ház, amelyet házon belüli kerámia fémezés és hermetikus hegesztés gyártósoraink támogatnak.