DC-rele metalloitu hitsattu keraaminen kotelo: hermeettisen relepakkauksen ydintekniikka

DC-relemetallisoitu hitsattu keraaminen kotelo toimii kriittisenä eristävänä ja hermeettisenä tiivistyskomponenttina suurjännitteisille tasavirtareleille. Se käyttää keraamista metallointia ja keraami-metallijuottoa luodakseen täysin tiiviin valokaaren sammutusontelon, joka eristää sisäiset kosketusjärjestelmät kosteudelta, pölyltä ja ulkopuolelta. Tämä ratkaisu korjaa muovikoteloiden pullonkauloja korkean jännitteen ja korkean lämpötilan kierrossa, ja sitä käytetään laajalti energian varastoinnissa, sähköajoneuvojen akkujen katkaisujärjestelmissä ja DC-virranjakelujärjestelmissä.

Keramiikalla ja metalleilla on hyvin erilaiset fysikaaliset ominaisuudet. Keramiikka on epäorgaaninen ei-metallinen materiaali, jolla on erinomainen eristys ja lämmönkestävyys, kun taas metallilla on erinomainen sähkönjohtavuus ja sitkeys. Keraamisesta metalloinnista tulee välttämätön esikäsittelyvaihe yhdistääkseen vahvuutensa Al2O3-alumiinioksidikeraamisessa tyhjiörelekotelossa. Prosessissa keraamisille pinnoille kerrostetaan lujasti sidottu metalliohut kalvo, mikä tekee keraamisesta hitsattavan myöhempää juotoskokoonpanoa varten metallirenkailla tai päätykappaleilla. Metallisoinnin laatu määrää suoraan valmiin relekotelon ilmatiiviyden ja pitkäaikaisen luotettavuuden.

Keramiikan ja metallin yhdistäminen Alumina Metallized Ceramic for Electrical Relays -releille tuo mukanaan useita materiaaliin liittyviä haasteita.

• Väärä lämpölaajenemiskerroin. Keramiikassa on alhainen lämpölaajeneminen, kun taas metallit laajenevat paljon enemmän lämmön vaikutuksesta, mikä aiheuttaa helposti halkeamia tiivistysliitoksissa. Insinöörien on hallittava lämpöjännitystä huolellisesti sovitettujen metallivälikerrosten avulla.
• Keramiikan alhainen lämmönjohtavuus ja huono lämpöiskunkestävyys. Juottamisen aikana lämpötilagradientit hitsausvyöhykkeen ympärillä on minimoitava, ja jäähdytysnopeudet on ohjattava liittämisen jälkeen.
• Suurin osa keramiikasta on johtamatonta, mikä sulkee pois tavanomaiset sähköhitsausmenetelmät. Keraaminen metallointi tai aktiivinen metallijuotto tarvitaan luotettavan liitosrajapinnan luomiseksi.
• Vakaa elektroninen koordinaatio keraamisten molekyylien sisällä luo korkeat esteet suoralle keraami-metallisidokselle. Pinnan muokkaus on pakollista ennen hitsausta.
• Keramiikka on kovalenttisia kiteisiä materiaaleja, joilla on rajoitettu plastinen muodonmuutos. Nivelissä esiintyy usein hauraita murtumia. Välipuskurikerroksia ja epäsuoraa diffuusiohitsausta käytetään yleisesti alhaisempaan liitoslämpötilaan.
• Relekoteloihin tarvitaan erityisiä tiivisterakenteita, jotka luokitellaan litteiksi tiivisteiksi, holkkitiivisteiksi, tappitiivisteiksi ja puskutiivisteiksi. Holkkitiivistys tarjoaa parhaan suorituskyvyn, ja kaikille liitostyypeille on asetettu tiukat valmistusvaatimukset.

Metallisointimekanismi on monimutkainen yhdistelmä fysikaalisia diffuusio- ja kemiallisia reaktioita, mukaan lukien muovivirtaus ja hiukkasten uudelleenjärjestely. Metallisointitahnan sisällä olevat oksidikomponentit reagoivat ja diffundoituvat eri sintrausvaiheissa. Lämpötilan noustessa raaka-aineet muodostavat väliyhdisteitä ja muuttuvat nestemäiseksi lasifaasiksi eutektisessa lämpötilassa. Viskoosi lasifaasi synnyttää muovivirtauksen; hiukkaset järjestäytyvät uudelleen kapillaarivoiman vaikutuksesta. Pintaenergian ohjaamana atomit diffundoituvat ja rakeet kasvavat, huokoset kutistuvat ja katoavat muodostaen lopulta tiheän metalloidun kerroksen High Precision Alumina Ceramic Components -komponenteille.

1. Alustan esikäsittely. Sintrattujen keraamisten aihioiden kiillotus optiseen tasaisuuteen timanttihiontatahnalla, pinnan karheuden hallinta Alle tai yhtä suuri kuin 1,6 μm. Ultraäänipuhdistus asetonissa ja alkoholissa huoneenlämmössä 20 minuuttia.
2. Metallointilietteen valmistus. Punnitse raaka-aineet koostumuksen mukaan, sitten kuulamylly valmistaaksesi lietteen, jonka viskositeetti on tavoiteltu.
3. Päällystys ja kuivaus. Silkkipainatusmetallointiliete tasaisesti keraamisille alustoille. Lietteen paksuus vaatii tarkan hallinnan: liian ohut päästää juotostäyteaineen tunkeutumaan metalloidun kerroksen läpi, kun taas liiallinen paksuus estää alkuaineiden kulkeutumisen. Pinnoitetut osat kuivataan uunissa.
4. Lämpökäsittely. Sintrakuivataan työkappaleita pelkistävässä ilmakehässä sidotun metalloidun kerroksen muodostamiseksi.

Mo-Mn -menetelmä

Mo-Mn-metallointi käyttää tulenkestävää molybdeenijauhetta, joka on sekoitettu mangaanijauheen kanssa, pinnoitettu Al2O3-keraamilla ja sintrattu muodostamaan metallikerroksen. Perinteinen Mo-Mn-prosessi vaatii korkeita sintrauslämpötiloja ja kuluttaa enemmän energiaa; ilman aktivaattoreita tiivistyslujuus pysyy suhteellisen alhaisena.

Aktivoitu Mo-Mn-menetelmä

Aktivoitu Mo-Mn on optimoitu klassisesta Mo-Mn-reitistä. Muokkauksiin kuuluu aktivaattorien lisääminen tai metallijauheen korvaaminen molybdeeni/mangaanioksideilla tai -suoloilla sintrauslämpötilan alentamiseksi. Vaikka prosessi on monimutkainen ja kallis, se luo vahvan sidoksen ja parantaa kostutuskykyä. Se on edelleen kypsin ja laajimmin käytetty metallointiratkaisu hermeettisille relepakkauksille.

Aktiivinen metallijuotto

Aktiivista metallijuottoa käytetään laajalti keraami-metallitiivistykseen. Mo-Mn-teknologiaan verrattuna se kehitettiin noin 10 vuotta myöhemmin. Koko keramiikka-metalliliitos voidaan tehdä yhdellä lämmitysjaksolla. Juotosseos sisältää aktiivisia elementtejä, kuten Ti, Zr, Hf ja Ta. Nämä aktiiviset elementit reagoivat alumiinioksidikeramiikan kanssa ja muodostavat metallisia reaktiokerroksia rajapinnalle. Tämä prosessi on yksinkertaisempi ja kustannustehokas massatuotannossa. Sen rajoituksena on rajoitettu juotosmateriaalien valinta, mikä tekee siitä sopivamman suurille osille tai pienille erille jatkuvan nopean tuotannon sijaan.

Suorasidottu kupari (DBC)

DBC sitoo kuparifoliota suoraan keraamisille alustoille, pääasiassa Al2O3 ja AlN. COB-sirupakkauksen rinnalla kehitetty DBC tuo happea kuparin ja keramiikan väliin. 1065-1083 asteessa Cu-O eutektinen neste muodostuu ja reagoi keraamisen ja kuparikalvon kanssa muodostaen CuAlO2- tai Cu(AlO2)2-faaseja kiinteän sidoksen saavuttamiseksi.

Magnetronin sputterointi

Magnetronisputterointi on fysikaalinen höyrypinnoitustekniikka, jolla kerrostetaan monikerroksisia metallikalvoja keraamisille alustoille. Se tarjoaa vahvan tarttuvuuden, vähäisen kontaminoitumisen ja hallitun raerakenteen korkealaatuisille ohuille metallipinnoitteille. Tuloksena oleva metalloitu kalvo on erittäin ohut ja säilyttää tiukan mittatoleranssin. Sitä ei kuitenkaan voida soveltaa lämpöherkkään keramiikkaan, kuten pietsosähköiseen keramiikkaan tai yksikidemateriaaleihin.

1. Metallisointiformulaatio. Formulaatiosuunnittelu luo perustan päteville metallointikerroksille.
2. Sintering temperature and holding time. Metallization sintering is classified into ultra-high temperature (>1600 astetta), korkea lämpötila (1450-1600 astetta), keskilämpötila (1300-1450 astetta) ja matala lämpötila (<1300°C). Insufficient temperature stops glass phase diffusion; overheating weakens bonding strength and causes metallization layer peeling and seal failure.
3. Metallointikerroksen mikrorakenne. Metallisoinnin mikrorakenne määrää lopullisen tiivistyskyvyn. Laadukas metalloitu pinnoite on tiheä ja vahvasti tarttuva. Kirkas kerrosrakenne ilman jatkuvia hauraita metallien välisiä yhdisteitä vähentää halkeamien leviämistä ja juottamisen tunkeutumisriskiä.

Muita vaikuttavia tekijöitä ovat jauheen hiukkaskoko ja asteikko. Hienolla jauheella on taipumus agglomeroitua ja pilata pinnoitteen tasaisuus. Liian karkea jauhe nostaa sintrauslämpötilaa ja huonontaa laatua. Päällystystekniikalla ja pinnoitteen paksuudella on myös merkittävä vaikutus metallointituloksiin.

Metalloitu alumiinioksidirelekeramiikka riippuu kypsästä keraamisesta metalloinnista ja juotosteknologiasta luotettavan hermeettisen pakkauksen saavuttamiseksi. Materiaalin jännityssovitus, metalloinnin formulointi ja sintrausparametrit ovat keskeisiä muuttujia, jotka määrittävät korkeajännitteisten tasavirtareleiden eristyksen, heliumin vuodon ja käyttöiän. Energian varastointi- ja sähköajoneuvojen markkinoiden laajentuessa tarkka keramiikka-metallitiivistystekniikka kehittyy jatkuvasti vastaamaan tehoreleen komponenttien korkeampaa jännitettä, pienentämistä ja pitkäikäisyyttä.

Ota yhteyttä suunnittelutiimiimme nyt prototyypin validointia ja joukkotarjouksia vartenDC-rele metalloitu hitsattu keraaminen kotelo, jota tukevat omat keraamisen metalloinnin ja hermeettisen hitsauksen tuotantolinjamme.