DC relej metalizirano zavareno keramičko kućište: osnovna tehnologija hermetičkog pakiranja releja

Metalizirano zavareno keramičko kućište DC releja služi kao kritična izolacijska i hermetički zaptivna komponenta za visokonaponske DC releje. Koristi metalizaciju keramike i keramičko-metalno lemljenje za stvaranje potpuno zatvorene šupljine za gašenje luka, izolujući unutrašnje kontaktne sisteme od vlage, prašine i spoljašnjeg okruženja. Ovo rješenje rješava uska grla plastičnih kućišta pod visokim naponom i visokim temperaturama, i široko je prihvaćeno u skladištenju energije, isključivanju baterija EV-a i sistemima distribucije jednosmjerne struje.

Keramika i metali imaju znatno različita fizička svojstva. Keramika je neorganski nemetalni materijal sa izvanrednom izolacijom i termičkom stabilnošću, dok metal pruža odličnu električnu provodljivost i duktilnost. Kako bi spojili njihove snage za Al2O3 Al2O3 Alumina alumina keramičko kućište vakuumskog releja, metalizacija keramike postaje nezamjenjiv korak prije tretmana. Postupkom se na keramičke površine nanosi čvrsto vezani metalni tanki film, čineći keramiku zavarljivom za naknadno lemljenje sa metalnim prstenovima ili završnim poklopcima. Kvaliteta metalizacije direktno određuje nepropusnost zraka i dugoročnu pouzdanost gotovog kućišta releja.

Spajanje keramike i metala za metaliziranu aluminijsku keramiku za električne releje donosi nekoliko inherentnih izazova materijala.

• Neusklađen koeficijent termičkog širenja. Keramika ima nisko termičko širenje, dok se metali mnogo više šire pod toplinom, što lako izaziva pukotine na zaptivnim spojevima. Inženjeri moraju pažljivo upravljati termičkim naprezanjem putem odgovarajućih međuslojeva metala.
• Niska toplotna provodljivost i slaba otpornost na termički udar keramike. Tokom lemljenja, temperaturni gradijenti oko zone zavara moraju biti svedeni na minimum, sa kontrolisanim brzinama hlađenja nakon spajanja.
• Većina keramike je neprovodljiva, što isključuje konvencionalne metode električnog zavarivanja. Metalizacija keramike ili aktivno lemljenje metala je potrebna da bi se stvorio pouzdan interfejs za spajanje.
• Stabilna elektronska koordinacija unutar keramičkih molekula stvara visoke barijere za direktno spajanje keramike i metala. Izmjena površine je obavezna prije zavarivanja.
• Keramika je kovalentni kristalni materijal sa ograničenom plastičnom deformacijom. Krhki prijelomi se često javljaju na zglobovima. Srednji tampon slojevi i indirektno difuzijsko zavarivanje se obično primjenjuju na nižim temperaturama spajanja.
• Za kućišta releja potrebne su specijalizirane zaptivne strukture, kategorizirane kao ravna zaptivka, zaptivka rukava, zaptivka iglica. Zaptivanje rukava daje najbolje performanse, uz stroge proizvodne zahtjeve za sve tipove spojeva.

Mehanizam metalizacije je složena kombinacija fizičke difuzije i hemijskih reakcija, uključujući plastično strujanje i preuređivanje čestica. Oksidne komponente unutar paste za metalizaciju reaguju i difundiraju u različitim fazama sinterovanja. Kako temperatura raste, sirovine formiraju intermedijarne spojeve i prelaze u fazu tekućeg stakla na eutektičkoj temperaturi. Viskozna staklena faza stvara plastični protok; čestice se preuređuju pod kapilarnom silom. Pokrenuti površinskom energijom, atomi se difundiraju i zrna rastu, pore se skupljaju i nestaju, konačno formirajući gusti metalizirani sloj za visokoprecizne keramičke komponente glinice.

1. Prethodna obrada supstrata. Poliranje sinterovanih keramičkih obradaka do optičke glatkoće dijamantskom abrazivnom pastom, kontrola hrapavosti površine manja ili jednaka 1,6 μm. Ultrazvučno čišćenje u acetonu i alkoholu na sobnoj temperaturi 20 minuta.
2. Priprema suspenzije za metalizaciju. Izvagati sirovine prema formulaciji, a zatim mlin za pripremu kaše ciljanog viskoziteta.
3. Premazivanje i sušenje. Sitotisak metalizacija suspenzije ravnomerno na keramičkim podlogama. Za debljinu kaše potrebna je precizna kontrola: pretanak omogućava prodiranju punila za lemljenje u metalizirani sloj, dok prevelika debljina ometa migraciju elemenata. Obloženi dijelovi se suše u pećnici.
4. Termička obrada. Sinter sušeni radni komadi u redukcionoj atmosferi da bi se formirao vezani metalizirani sloj.

Mo-Mn metoda

Mo-Mn metalizacija koristi vatrostalni prah molibdena pomiješan sa prahom mangana, obložen na Al₂O₃ keramiku i sinteriran da bi se formirao metalni sloj. Tradicionalni Mo-Mn proces zahtijeva visoke temperature sinterovanja i troši više energije; bez aktivatora, čvrstoća zaptivanja ostaje relativno niska.

Aktivirana metoda Mo-Mn

Aktivirani Mo-Mn je optimiziran sa klasične rute Mo-Mn. Modifikacije uključuju dodavanje aktivatora ili zamjenu metalnog praha oksidima ili solima molibdena/mangana, s ciljem smanjenja temperature sinteriranja. Iako je proces komplikovan i skup, stvara snažno vezivanje i poboljšava performanse vlaženja. Ostaje najzrelije i najšire prihvaćeno rješenje za metalizaciju za hermetičko relejno pakovanje.

Aktivno lemljenje metala

Aktivno lemljenje metala se široko koristi za zaptivanje metalokeramike. U poređenju sa Mo-Mn tehnologijom, razvijena je otprilike 10 godina kasnije. Cijeli spoj keramike i metala može se završiti unutar jednog ciklusa grijanja. Legura lemljenja sadrži aktivne elemente kao što su Ti, Zr, Hf i Ta. Ovi aktivni elementi reaguju sa glinicom keramikom i formiraju metalne reakcione slojeve na interfejsu. Ovaj proces je jednostavniji i isplativiji za masovnu proizvodnju. Njegovo ograničenje leži u ograničenom odabiru materijala za lemljenje, što ga čini pogodnijim za velike dijelove ili serije male količine umjesto kontinuirane proizvodnje velikom brzinom.

Direktno vezani bakar (DBC)

DBC vezuje bakarnu foliju direktno na keramičke podloge, uglavnom Al₂O₃ i AlN. Razvijen zajedno sa COB pakiranjem čipova, DBC uvodi kisik između bakra i keramike. Na 1065~1083 stepena, Cu-O eutektička tečnost se formira i reaguje sa keramičkom i bakarnom folijom, stvarajući CuAlO₂ ili Cu(AlO₂)₂ faze kako bi se postigla čvrsta veza.

Magnetron sputtering

Magnetronsko raspršivanje je tehnika fizičkog taloženja parom koja nanosi višeslojne metalne filmove na keramičke podloge. Pruža snažno prianjanje, nisku kontaminaciju i kontroliranu strukturu zrna za visokokvalitetne tanke metalne premaze. Rezultirajući metalizirani film je ultra tanak i održava čvrstu toleranciju dimenzija. Međutim, ne može se primijeniti na keramiku osjetljivu na toplinu poput piezoelektrične keramike ili monokristalnih materijala.

1. Formulacija metalizacije. Dizajn formulacije postavlja temelj za kvalifikovane slojeve metalizacije.
2. Sintering temperature and holding time. Metallization sintering is classified into ultra-high temperature (>1600 stepeni), visoka temperatura (1450~1600 stepeni), srednja temperatura (1300~1450 stepeni) i niska temperatura (<1300°C). Insufficient temperature stops glass phase diffusion; overheating weakens bonding strength and causes metallization layer peeling and seal failure.
3. Mikrostruktura metalizacionog sloja. Mikrostruktura metalizacije određuje konačni učinak zaptivanja. Visokokvalitetni metalizirani premaz je gust sa jakim prianjanjem. Jasna slojevita struktura bez kontinuiranih krhkih intermetalnih spojeva smanjuje širenje pukotina i rizik od prodiranja lemljenja.

Ostali uticajni faktori uključuju veličinu čestica praha i gradaciju. Fini prah ima tendenciju da se aglomerira i uništi ujednačenost premaza. Previše grubi prah povećava temperaturu sinterovanja i pogoršava kvalitet. Tehnika nanošenja premaza i debljina premaza također imaju značajan utjecaj na rezultate metalizacije.

Metalizirana aluminijska relejna keramika ovisi o zreloj metalizaciji keramike i tehnologiji lemljenja kako bi se postiglo pouzdano hermetičko pakovanje. Usklađivanje naprezanja materijala, formulacija metalizacije i parametri sinterovanja su ključne varijable koje određuju izolaciju, brzinu curenja helijuma i vijek trajanja za visokonaponske DC releje. Kako se tržišta skladištenja energije i električnih vozila šire, precizna tehnologija zaptivanja od keramike do metala nastavlja da se razvija kako bi zadovoljila zahtjeve većeg napona, minijaturizacije i dugog vijeka trajanja komponenti energetskih releja.

Obratite se našem inženjerskom timu sada za validaciju prototipa i masovnu ponuduDC relej metalizirano zavareno keramičko kućište, podržan od strane naših proizvodnih linija za metalizaciju keramike i hermetičkog zavarivanja.