DC relé metalizované svařované keramické pouzdro: základní technologie hermetického balení relé

Pokovené svařované keramické pouzdro DC relé slouží jako kritická izolační a hermeticky těsnící součást pro vysokonapěťová DC relé. Využívá keramickou metalizaci a keramicko-kovové pájení k vytvoření plně utěsněné dutiny pro zhášení oblouku, která izoluje vnitřní kontaktní systémy od vlhkosti, prachu a vnějšího prostředí. Toto řešení řeší úzká místa plastových krytů pod vysokým napětím a vysokoteplotním cyklováním a je široce používáno v systémech skladování energie, odpojování baterií EV a distribučních systémů stejnosměrného proudu.

Keramika a kovy mají výrazně odlišné fyzikální vlastnosti. Keramika je anorganický nekovový materiál s vynikající izolací a tepelnou stabilitou, zatímco kov poskytuje vynikající elektrickou vodivost a tažnost. Aby se spojily jejich přednosti pro keramické vakuové relé Al2O3 Alumina, stala se keramická metalizace nezbytným krokem předúpravy. Proces nanáší na keramické povrchy pevně spojený kovový tenký film, díky čemuž je keramika svařitelná pro následnou pájenou montáž s kovovými kroužky nebo koncovkami. Kvalita pokovení přímo určuje vzduchotěsnost a dlouhodobou spolehlivost hotového pouzdra relé.

Spojení keramiky a kovu pro hliníkovou metalizovanou keramiku pro elektrická relé přináší několik inherentních materiálových problémů.

• Neodpovídající koeficient tepelné roztažnosti. Keramika se vyznačuje nízkou tepelnou roztažností, zatímco kovy se za tepla roztahují mnohem více, což snadno způsobuje praskliny v těsnicích spojích. Inženýři musí pečlivě zvládat tepelné namáhání prostřednictvím přizpůsobených mezilehlých kovových vrstev.
• Nízká tepelná vodivost a špatná odolnost keramiky proti tepelným šokům. Během pájení musí být teplotní gradienty kolem svarové zóny minimalizovány s řízenou rychlostí ochlazování po spojení.
• Většina keramiky je nevodivá, což vylučuje konvenční metody elektrického svařování. K vytvoření spolehlivého spojovacího rozhraní je vyžadována keramická metalizace nebo aktivní kovové pájení.
• Stabilní elektronická koordinace uvnitř keramických molekul vytváří vysoké bariéry pro přímé spojení keramika-kov. Úprava povrchu je povinná před svařováním.
• Keramika jsou kovalentní krystalické materiály s omezenou plastickou deformací. V kloubech se často vyskytuje křehká zlomenina. Mezilehlé nárazníkové vrstvy a nepřímé difúzní svařování se běžně používají pro nižší teplotu spojování.
• Pro pouzdra relé jsou vyžadovány speciální těsnící struktury, které jsou kategorizovány jako ploché těsnění, těsnění manžety, těsnění čepu a těsnění na tupo. Těsnění manžety poskytuje nejlepší výkon s přísnými výrobními požadavky pro všechny typy spojů.

Mechanismus pokovování je komplexní kombinací fyzikální difúze a chemických reakcí, včetně plastového toku a přeskupování částic. Oxidové složky uvnitř metalizační pasty reagují a difundují v různých fázích slinování. Jak teplota stoupá, suroviny tvoří meziprodukty a při eutektické teplotě se mění v kapalnou skleněnou fázi. Viskózní skleněná fáze vytváří plastický tok; částice se přeskupují působením kapilární síly. Atomy, poháněné povrchovou energií, difundují a zrna rostou, póry se zmenšují a mizí a nakonec tvoří hustou metalizovanou vrstvu pro vysoce přesné keramické komponenty z oxidu hlinitého.

1. Předzpracování substrátu. Leštění slinutých keramických polotovarů do optické hladkosti pomocí diamantové brusné pasty, kontrola drsnosti povrchu 1,6 μm nebo menší. Ultrazvukové čištění v acetonu a alkoholu při pokojové teplotě po dobu 20 minut.
2. Příprava metalizační suspenze. Zvažte suroviny podle receptury, poté kulový mlýn pro přípravu kaše s cílenou viskozitou.
3. Potahování a sušení. Sítotisková metalizační kaše rovnoměrně na keramické podklady. Tloušťka kaše vyžaduje přesnou kontrolu: příliš tenká umožňuje pájecímu plnivu proniknout do metalizované vrstvy, zatímco nadměrná tloušťka brání migraci prvků. Potažené části se suší v peci.
4. Tepelné zpracování. Slinováním vysušené obrobky v redukční atmosféře za účelem vytvoření spojené metalizované vrstvy.

Metoda Mo-Mn

Mo-Mn metalizace využívá žáruvzdorný molybdenový prášek smíchaný s manganovým práškem, nanesený na Al203 keramiku a sintrovaný za vzniku kovové vrstvy. Tradiční Mo-Mn proces vyžaduje vysoké slinovací teploty a spotřebuje více energie; bez aktivátorů zůstává pevnost těsnění relativně nízká.

Aktivovaná metoda Mo-Mn

Aktivovaný Mo-Mn je optimalizován z klasické Mo-Mn trasy. Úpravy zahrnují přidání aktivátorů nebo nahrazení kovového prášku oxidy nebo solemi molybdenu/manganu s cílem snížit teplotu slinování. Přestože je tento proces komplikovaný a nákladný, vytváří silné spojení a zlepšuje smáčivost. Zůstává nejvyspělejším a nejrozšířenějším řešením metalizace pro hermetické reléové balení.

Aktivní pájení kovů

Aktivní kovové pájení je široce používáno pro keramicko-kovové těsnění. Ve srovnání s technologií Mo-Mn byla vyvinuta zhruba o 10 let později. Celý keramicko-kovový spoj lze dokončit během jednoho topného cyklu. Slitina tvrdé pájky obsahuje aktivní prvky jako Ti, Zr, Hf a Ta. Tyto aktivní prvky reagují s aluminovou keramikou a vytvářejí na rozhraní kovové reakční vrstvy. Tento proces je jednodušší a nákladově efektivní pro hromadnou výrobu. Jeho omezení spočívá v omezeném výběru pájecího materiálu, takže je vhodnější pro velké díly nebo maloobjemové šarže namísto kontinuální vysokorychlostní výroby.

Přímá lepená měď (DBC)

DBC lepí měděnou fólii přímo na keramické substráty, zejména Al₂O3 a AlN. DBC, vyvinutý společně s COB čipovým obalem, zavádí kyslík mezi měď a keramiku. Při 1065~1083 stupních se tvoří eutektická kapalina Cu-O a reaguje s keramickou a měděnou fólií, přičemž se vytvářejí fáze CuAlO2 nebo Cu(AlO2)2, aby se dosáhlo pevného spojení.

Magnetronové naprašování

Magnetronové naprašování je technika fyzikálního napařování, která nanáší vícevrstvé kovové filmy na keramické substráty. Poskytuje silnou přilnavost, nízkou kontaminaci a řízenou strukturu zrna pro vysoce kvalitní tenké kovové povlaky. Výsledný metalizovaný film je ultratenký a zachovává si těsnou rozměrovou toleranci. Nelze jej však aplikovat na keramiku citlivou na teplo, jako je piezoelektrická keramika nebo monokrystalické materiály.

1. Metalizační formulace. Návrh receptury pokládá základ pro kvalifikované metalizační vrstvy.
2. Sintering temperature and holding time. Metallization sintering is classified into ultra-high temperature (>1600 stupňů), vysoká teplota (1450~1600 stupňů), střední teplota (1300~1450 stupňů) a nízká teplota (<1300°C). Insufficient temperature stops glass phase diffusion; overheating weakens bonding strength and causes metallization layer peeling and seal failure.
3. Mikrostruktura metalizační vrstvy. Metalizační mikrostruktura určuje konečný těsnicí výkon. Vysoce kvalitní metalizovaný povlak je hustý se silnou přilnavostí. Čirá vrstvená struktura bez souvislých křehkých intermetalických sloučenin snižuje šíření trhlin a riziko průniku tvrdé pájky.

Mezi další ovlivňující faktory patří velikost částic prášku a gradace. Jemný prášek má tendenci shlukovat se a ničit stejnoměrnost povlaku. Příliš hrubý prášek zvyšuje slinovací teplotu a zhoršuje kvalitu. Technika povlakování a tloušťka povlaku mají také významný vliv na výsledky metalizace.

Reléová keramika metalizovaného oxidu hlinitého závisí na vyzrálé technologii pokovování keramiky a pájení, aby bylo dosaženo spolehlivého hermetického balení. Základními proměnnými určujícími izolaci, rychlost úniku helia a životnost vysokonapěťových stejnosměrných relé jsou přizpůsobení namáhání materiálu, složení pokovování a parametry slinování. Jak se rozšiřují trhy s úložištěm energie a elektrickými vozidly, přesná technologie těsnění keramika na kov se neustále vyvíjí, aby splnila požadavky na vyšší napětí, miniaturizaci a dlouhou životnost komponent výkonových relé.

Obraťte se nyní na náš technický tým pro ověření prototypu a hromadnou cenovou nabídkuPokovené svařované keramické pouzdro DC relé, podporované našimi vlastními výrobními linkami na keramickou metalizaci a hermetické svařování.