I.セラミックと金属の溶接部品の概要
セラミックと金属の溶接部品は、高度な溶接手順を使用して、セラミックと金属材料の間に高強度、高気密性、および信頼性の高い電気/熱接続を提供する有用な構造部品です。これらは、高温、圧力、真空条件に対する耐性が必要な用途によく使用されます。
II.活性金属ろう付け技術
1. 主要な技術原則
活性金属ろう付けでは、ろう材内の反応性元素 (チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウムなど) を使用してセラミックと化学反応させ、セラミックと金属の界面に化学結合層を形成します。これらの活性元素は、酸素、窒素、炭素に対して大きな吸引力を持っています。真空または不活性雰囲気中で加熱すると、セラミック表面にナノスケールの反応層 (TiO2、TiN、TiC など) が形成されます。これにより、溶融した金属フィラーによる浸漬が可能になり、信頼性の高い「セラミック反応層 - ろう付け接合 - 金属」接合が実現します。
2. 主要なプロセスパラメータ
2.1 ろう材システム:
Ag-Cu-Ti: 業界標準、優れた総合性能
Cu-Ti: 低コスト、高温耐性
Au-Ni-Ti: 高信頼性、航空宇宙用途
銀フリーはんだ：銀移行防止が必要な電子機器向け
2.2 プロセス制御:
環境要件: 高真空 (
温度制御: はんだ液相線より 20 ～ 50 °C (Ag-Cu-Ti システムの場合は 800 ～ 900 °C)
時間制御: 反応の完了と界面層の厚さのバランスをとりながら、数分から 20 分
2.3 プロセス:
前処理：セラミックスの精密洗浄、メタライズ処理。金属部品からの酸化層の除去
組み立て: セラミック、金属部品、および活性はんだ箔の正確な組み立て (0.05 ～ 0.2 mm)
真空ろう付け：真空→プログラム加熱→保持温度→制御冷却
後処理：洗浄と予備検査
Ⅲ． ヘリウム質量分析計のリーク検出技術
1. 漏れ検知の必要性
セラミック金属溶接部品は、真空システムや航空宇宙機器などの需要の高い用途に使用されています。ほぼ「絶対シール」基準 (漏れ率
2. 検出原理
このアプローチでは、ヘリウムをトレーサー ガスとして使用し、その小さな分子サイズ、不活性な性質、および低いバックグラウンド濃度を利用します。ヘリウムはリークを通じて質量分析計に入り、イオン化され、磁場によって分離され、専用の検出器によって検出されます。信号強度はヘリウム含有量に比例するため、正確なリーク率の計算が可能になります。
3. 主な検出方法
方法 1: スニッフィング方式（局所漏洩検知）
手順:
ワークピースの内部は真空にされ、リークディテクタに接続されます。
外部溶接領域はヘリウム スプレー ガンでスキャンされます。
信号はリアルタイムで監視され、漏れ箇所を正確に特定します。
特徴:小型コンポーネントの漏れの位置を高感度で特定するのに適しています。
方法 2:ヘリウムフード/エンクロージャ法 (全体的なシール完全性評価)
手順:
ワークピースはヘリウムで満たされ、真空フード内に配置されるか、外部フード/スニファーが検出に使用されます。
ヘリウムの蓄積または漏れが検出されます。
特徴:合計 l を測定しますイークレート。複雑な構造コンポーネントに適しています。
4. 運用ワークフロー (例としてスニッフィング手法を使用)
4.1 準備段階:
ワークピースの洗浄、装置の校正、および環境ヘリウムのバックグラウンドの確認。
4.2 検出の実装:
ワークピースは漏れ検出システムに接続され、動作圧力まで排気されます。
システム圧力が 0.1 Pa 以下に達すると、ヘリウムのスプレーが開始されます (スプレーガンの距離: 1 ～ 2 cm、圧力: 0.1 ～ 0.2 MPa)。
熱応力が集中している領域に焦点を当てて、溶接シームに沿って体系的にスキャンします。
4.3 データ分析:
漏れ量がしきい値 (例: 1×10⁻⁹ Pa・m3/s) を超えると、アラームがトリガーされます。
リーク箇所をマーキングし、検出条件とデータを記録します。
4.4 再検査と報告:
修理後に再テストし、完全なテストレポートを作成します。
5. 特別な考慮事項と基準
セラミック特有の適応: 熱膨張の不一致によって引き起こされる微小亀裂領域の検出に重点を置きます。
感度グレーディング: アプリケーション分野に基づいて選択されます。航空宇宙グレードの要件は、10⁻¹² Pa・m3/s という厳しいレベルに達する場合があります。
規格への準拠: 国家/軍事規格、ASTM、または業界固有の仕様への準拠。
故障解析: 金属組織断面や走査型電子顕微鏡 (SEM) など、基準を超える漏れ箇所の微細構造解析。
Wintrustek は、あらゆるセラミック部品から金属部品までヘリウム漏れテストを実施します。当社の漏れ率テストについては、以下のリンクをご確認ください。
https://youtu.be/Et3cTV9yD_U?si=Yl8l7eBH5rON7I_f
IV.典型的なアプリケーションシナリオ
パワー エレクトロニクス パッケージング: IGBT モジュールのセラミック基板 (AlN/Al₂O₃) と銅層の間の接続。
真空システムコンポーネント: 粒子加速器および半導体装置におけるセラミックと金属のシール。
航空宇宙: エンジンのセンサーと宇宙船の密閉窓。
エネルギーとオプトエレクトロニクス: 燃料電池相互接続と高出力レーザーのパッケージング。
V. まとめ
活性金属ろう付けは、信頼性の高い製品を製造するための基本的な方法です。セラミックから金属へヘリウム質量分析計の漏れ検出は、接合部の気密性を確認するためのゴールドスタンダードとして機能します。これら 2 つのテクノロジーを組み合わせることで、過酷な状況における溶接コンポーネントの長期的な信頼性が保証されます。実際の用途では、ろう付けプロセスパラメータを最適化し、ワークピースの構造、材料特性、用途のニーズに応じて適切な漏れ検出方法と感度レベルを選択することが重要です。このアプローチでは、製造から検証までを実行する閉ループの品質管理システムが開発されます。
