DC relės metalizuotas suvirintas keraminis korpusas: pagrindinė hermetiškos relės pakuotės technologija

Nuolatinės srovės relės metalizuotas suvirintas keraminis korpusas yra pagrindinis aukštos įtampos nuolatinės srovės relių izoliacinis ir hermetiškas sandarinimo komponentas. Jame naudojama keraminė metalizacija ir keraminis-metalinis litavimas, kad būtų sukurta visiškai sandari lanko gesinimo ertmė, izoliuojant vidines kontaktines sistemas nuo drėgmės, dulkių ir išorinės aplinkos. Šis sprendimas sprendžia plastikinių korpusų kliūtis esant aukštai įtampai ir aukštai temperatūrai ir yra plačiai taikomas energijos kaupimo, EV baterijų atjungimo ir nuolatinės srovės paskirstymo sistemose.

Keramika ir metalai turi labai skirtingas fizines savybes. Keramika yra neorganinė nemetalinė medžiaga, pasižyminti puikia izoliacija ir terminiu stabilumu, o metalas užtikrina puikų elektros laidumą ir lankstumą. Norint sujungti Al2O3 aliuminio oksido keramikos vakuuminės relės korpuso stipriąsias puses, keraminis metalizavimas tampa nepakeičiamu išankstinio apdorojimo žingsniu. Proceso metu ant keraminių paviršių nusodinama tvirtai surišta metalinė plona plėvelė, todėl keramiką galima suvirinti, kad vėliau būtų galima suvirinti metaliniais žiedais arba galiniais dangteliais. Metalizacijos kokybė tiesiogiai lemia gatavo relės korpuso sandarumą ir ilgalaikį patikimumą.

Keramikos ir metalo sujungimas aliuminio oksido metalizuotos keramikos elektrinėms relėms kelia keletą būdingų medžiagų iššūkių.

• Neatitinkamas šiluminio plėtimosi koeficientas. Keramika pasižymi mažu šilumos plėtimu, o metalai daug labiau plečiasi veikiant karščiui, todėl sandarinimo jungtyse lengvai atsiranda įtrūkimų. Inžinieriai turi atidžiai valdyti šiluminį įtampą naudodami suderintus tarpinius metalo sluoksnius.
• Mažas šilumos laidumas ir prastas keramikos atsparumas šiluminiam smūgiui. Litavimo metu temperatūros gradientai aplink suvirinimo zoną turi būti kuo mažesni, o aušinimo greitis po sujungimo turi būti kontroliuojamas.
• Dauguma keramikos yra nelaidžios, atmetus įprastinius elektrinio suvirinimo būdus. Norint sukurti patikimą sujungimo sąsają, reikalinga keraminė metalizacija arba aktyvus metalinis litavimas.
• Stabilus elektroninis koordinavimas keraminių molekulių viduje sukuria dideles kliūtis tiesioginiam keramikos ir metalo sujungimui. Prieš suvirinimą būtina pakeisti paviršių.
• Keramika yra kovalentinės kristalinės medžiagos, turinčios ribotą plastinę deformaciją. Sąnariuose dažnai atsiranda trapūs lūžiai. Tarpiniai buferiniai sluoksniai ir netiesioginis difuzinis suvirinimas dažniausiai naudojami žemesnei sujungimo temperatūrai.
• Relių korpusams reikalingos specializuotos sandarinimo konstrukcijos, klasifikuojamos kaip plokščias sandariklis, movos sandariklis, kaiščio sandariklis ir užpakalinis sandariklis. Įvorių sandarinimas užtikrina geriausią našumą, laikantis griežtų visų tipų jungčių gamybos reikalavimų.

Metalizacijos mechanizmas yra sudėtingas fizinės difuzijos ir cheminių reakcijų derinys, įskaitant plastikinį srautą ir dalelių pertvarkymą. Metalizavimo pastos viduje esantys oksido komponentai reaguoja ir išsklaido skirtingose ​​sukepinimo stadijose. Kylant temperatūrai, žaliavos sudaro tarpinius junginius ir eutektinėje temperatūroje virsta skysto stiklo faze. Klampaus stiklo fazė sukuria plastiko srautą; dalelės persitvarko veikiamos kapiliarinės jėgos. Veikiami paviršiaus energijos, atomai difunduoja ir auga grūdeliai, poros susitraukia ir išnyksta, galiausiai suformuodamos tankų metalizuotą sluoksnį, skirtą didelio tikslumo aliuminio oksido keramikos komponentams.

1. Pagrindo išankstinis apdorojimas. Sukepintų keraminių ruošinių poliravimas iki optinio lygumo deimantine abrazyvine pasta, kontroliuojant paviršiaus šiurkštumą Mažiau arba lygus 1,6 μm. Ultragarsinis valymas acetone ir alkoholyje kambario temperatūroje 20 min.
2. Metalizavimo srutų paruošimas. Pasverkite žaliavas pagal formulę, tada rutuliniu malūnu paruošite tikslinės klampos srutą.
3. Dengimas ir džiovinimas. Ant keraminių pagrindų tolygiai atspausdinkite šilkografijos metalizavimo srutą. Srutų storį reikia tiksliai kontroliuoti: per plonas litavimo užpildas gali prasiskverbti į metalizuotą sluoksnį, o per didelis storis trukdo elementų migracijai. Dengtos dalys džiovinamos orkaitėje.
4. Terminis apdorojimas. Sukepinti ruošiniai džiovinami redukuojančioje atmosferoje, kad susidarytų surištas metalizuotas sluoksnis.

Mo-Mn metodas

Mo-Mn metalizavimui naudojami ugniai atsparūs molibdeno milteliai, sumaišyti su mangano milteliais, padengti Al2O3 keramika ir sukepinti, kad susidarytų metalo sluoksnis. Tradiciniam Mo-Mn procesui reikalinga aukšta sukepinimo temperatūra ir sunaudojama daugiau energijos; be aktyvatorių sandarinimo stipris išlieka palyginti mažas.

Aktyvuotas Mo-Mn metodas

Suaktyvintas Mo-Mn yra optimizuotas pagal klasikinį Mo-Mn maršrutą. Modifikacijos apima aktyvatorių pridėjimą arba metalo miltelių pakeitimą molibdeno/mangano oksidais arba druskomis, siekiant sumažinti sukepinimo temperatūrą. Nors procesas yra sudėtingas ir brangus, jis sukuria tvirtą sukibimą ir pagerina drėkinimo efektyvumą. Tai tebėra brandžiausias ir plačiausiai naudojamas hermetinių relių pakuočių metalizavimo sprendimas.

Aktyvus metalinis litavimas

Aktyvus metalinis litavimas plačiai naudojamas keraminiam-metaliniam sandarinimui. Palyginti su Mo-Mn technologija, ji buvo sukurta maždaug po 10 metų. Visą keramikos ir metalo jungtį galima užbaigti per vieną šildymo ciklą. Kietojo litavimo lydinyje yra aktyvių elementų, tokių kaip Ti, Zr, Hf ir Ta. Šie aktyvūs elementai reaguoja su aliuminio oksido keramika ir sąsajoje sudaro metalinius reakcijos sluoksnius. Šis procesas yra paprastesnis ir ekonomiškas masinei gamybai. Jo apribojimas yra ribotas litavimo medžiagų pasirinkimas, todėl jis labiau tinka didelėms dalims arba mažos apimties partijoms, o ne nuolatinei didelės spartos gamybai.

Tiesiogiai sujungtas varis (DBC)

DBC klijuoja vario foliją tiesiai ant keraminių pagrindų, daugiausia Al₂O3 ir AlN. Sukurta kartu su COB lustų pakuotėmis, DBC įveda deguonį tarp vario ir keramikos. Esant 1065–1083 laipsnių temperatūrai, susidaro Cu-O eutektinis skystis, kuris reaguoja su keramikos ir vario folija, generuodamas CuAlO₂ arba Cu(AlO2)2 fazes, kad būtų pasiektas kietas ryšys.

Magnetroninis purškimas

Magnetroninis purškimas yra fizinio nusodinimo garais metodas, kuriuo ant keraminių pagrindų nusodinamos daugiasluoksnės metalinės plėvelės. Jis užtikrina stiprų sukibimą, mažą užterštumą ir kontroliuojamą grūdėtumo struktūrą aukštos kokybės plonoms metalinėms dangoms. Gauta metalizuota plėvelė yra itin plona ir išlaiko griežtą matmenų toleranciją. Tačiau jis negali būti taikomas karščiui jautriai keramikai, pavyzdžiui, pjezoelektrinei keramikai ar vieno kristalo medžiagoms.

1. Metalizavimo formulė. Formulės dizainas sudaro pagrindą kvalifikuotiems metalizavimo sluoksniams.
2. Sintering temperature and holding time. Metallization sintering is classified into ultra-high temperature (>1600 laipsnių), aukšta temperatūra (1450–1600 laipsnių), vidutinė temperatūra (1300–1450 laipsnių) ir žema temperatūra (<1300°C). Insufficient temperature stops glass phase diffusion; overheating weakens bonding strength and causes metallization layer peeling and seal failure.
3. Metalizavimo sluoksnio mikrostruktūra. Metalizavimo mikrostruktūra lemia galutinį sandarinimo efektyvumą. Aukštos kokybės metalizuota danga yra tanki ir stipriai sukimba. Aiški sluoksninė struktūra be ištisinių trapių intermetalinių junginių sumažina įtrūkimų plitimą ir litavimo prasiskverbimo riziką.

Kiti įtakojantys veiksniai yra miltelių dalelių dydis ir gradacija. Smulkūs milteliai linkę aglomeruotis ir sugadinti dangos vienodumą. Per stambūs milteliai padidina sukepinimo temperatūrą ir pablogina kokybę. Dengimo technologija ir dangos storis taip pat daro didelę įtaką metalizacijos rezultatams.

Metalizuota aliuminio oksido relinė keramika priklauso nuo brandžios keramikos metalizacijos ir litavimo technologijos, kad būtų užtikrinta patikima hermetiška pakuotė. Medžiagos įtempių suderinimas, metalizavimo formuluotė ir sukepinimo parametrai yra pagrindiniai kintamieji, lemiantys aukštos įtampos nuolatinės srovės relių izoliaciją, helio nuotėkio greitį ir tarnavimo laiką. Plečiantis energijos kaupimo ir elektromobilių rinkoms, tikslios keramikos ir metalo sandarinimo technologijos toliau tobulėja, kad atitiktų aukštesnės įtampos, miniatiūrizavimo ir ilgaamžiškumo reikalavimus galios relių komponentams.

Susisiekite su mūsų inžinierių komanda dabar dėl prototipo patvirtinimo ir masinės kainos pasiūlymoDC relės metalizuotas suvirintas keraminis korpusas, paremta mūsų vidaus keramikos metalizavimo ir hermetiško suvirinimo gamybos linijomis.