(コバールからアルミナへのパートプロデュースウィントラステック)
I. コバールの概要
コバールは鉄-ニッケル-コバルトベースの膨張合金であり、その主な特徴は、その熱膨張係数が特定の温度範囲全体にわたって一部の硬質ガラスやセラミック（アルミナなど）の熱膨張係数と一致することです。この特徴により、電子パッケージング、航空宇宙、レーザー、その他の産業において不可欠なシール材となっています。これは通常、ガラスまたはセラミックで気密封止するための金属コンポーネントを製造するために利用されます。
中国の国家規格 (GB) に基づく精密合金の「4J」という名称は、特定の値 (J) に「近づく」膨張特性を持つ合金を表します。
II. 3 つのコバール グレードの詳細な分析
共通点: 3 つはすべて Fe-Ni-Co をベースにしており、硬質ガラスやセラミックと同様の膨張特性を持っています。熱膨張曲線、キュリー温度、および機械的特性は、わずかな組成変化の結果として大きく変化します。
1. 4J29 (the most classic and widely used Kovar)
典型的な構成:Fe-29Ni-17Co。マンガンやシリコンなどの脱酸元素が少量添加されています。
拡張特性: 平均線膨張係数は、20 ～ 450°C の範囲にわたって DM-308 モリブデン系ガラスおよび 92 ～ 96% のアルミナ セラミックと非常に一致しています。
主要なパラメータ:
キュリー温度: 約 430°C (この温度を超えると強磁性が失われます)。
適合材質：高アルミナセラミックス、モリブデン系ガラス。
表面処理: 通常、ろう付け性と耐食性を高めるためにニッケルまたは金メッキが必要です。
主な用途: マイクロ波管、レーザー、集積回路ハウジング、高信頼性リレー、航空宇宙用密閉コネクタ。
2. 4J33 および 4J34 (改良型コバール)
これらの合金は、4J29 の欠点 (低温膨張係数の上昇など) に対処するために開発されたバリアントであり、より高いキュリー温度を特徴としています。
構成の違い:
4J33: Fe-33Ni-14Co (reduced cobalt, increased nickel).
4J34: Fe-31Ni-15Co (composition intermediate between the two).
拡張特性:室温から約 300°C までの温度では、膨張係数は 4J29 よりわずかに低く、特定の特殊ガラスやセラミックとの適合性が向上します。
主な利点 - 高いキュリー温度:
4J29: ~430°C
4J33: ~500°C
4J34: ~480°C
重要性:キュリー温度が高いと、高温の動作温度でも材料が非磁性を維持し、高周波、高精度機器との磁気干渉が防止されます。
用途の選択: 高温環境や磁気に敏感な用途に適しているか、特定のシール材を使用した膨張曲線一致テストに基づいて選択されます。
Ⅲ．コバールとアルミナセラミックをろう付けすることの主な利点
ろう付けによるコバールおよびアルミナ セラミックの気密ハーメチック シールは、最新の電子パッケージングにおいて不可欠な技術であり、次のような主な利点があります。
1. 優れた熱膨張のマッチング (基本的な利点)
ろう付けから室温まで冷却すると、両方の材料の同じ収縮率により、接合部の残留熱応力が大幅に減少します。これにより、セラミックの亀裂やろう付け継ぎ目の破損が排除され、最大限の信頼性が得られます。
2. 高い気密性の実現
成熟したシステムのヘリウム漏洩率は、密封されたコンポーネントでは 1×10-8 Pa・m3/s を下回ることが多く、外部の湿気と酸素を効果的に隔離します。これは、航空宇宙、軍事、その他の需要の高いアプリケーションの厳しい信頼性要件を満たします。
3. 優れた機械的強度と構造的完全性
コバールpr強力な機械的サポートと靭性を提供し、アルミナセラミックは優れた絶縁性と硬度を与えます。これらの材料をろう付けすると、保護機能と機能機能の両方を備えた堅牢な複合構造が得られます。
4. 成熟したプロセスと高い信頼性
セラミックメタライゼーション（モリブデンマンガン技術）、ニッケルめっき、コバール部品との組み立て、真空/保護環境ろう付けなどの一貫したプロセスチェーンが構築されています。このプロセスは高度に制御可能で大量生産に適しており、安定した品質で高い収率を実現します。
IV.比較と選択に関する推奨事項の概要
特徴 | 4J29 | 4J33 | 4J34 | アルミナろう付けの主な利点 セラミック |
コア機能 | クラシックで多用途、最高のコストパフォーマンスを実現 | キュリー点が高く、低温膨張がわずかに低い | パフォーマンスのトレードオフ | 1. 正確な熱膨張のマッチング |
最適なマッチング | 92-96% Al2O3 ceramics | 特殊なガラス/セラミック、磁場には不向き | 特定のガラス/セラミック | 2. 極めて低い残留応力 |
キュリー温度 | ~430°C | ~500°C | ~480°C | 3. 高い気密性 |
選択の推奨事項 | ほとんどの従来のアルミナセラミックのシールに推奨される選択肢 | 高い動作温度、磁気の影響を受けやすい、特殊なマッチング要件 | 要件に適合する比熱膨張 | 4. 優れた機械的強度と信頼性 |
成熟した製造プロセス | 最高 | 高 | 高 | 5. 標準化されたプロセスシステム |
Ⅴ． 結論
コバール ファミリの中で、4J29 は高アルミナ セラミックのろう付けに推奨される標準材料であり、性能、コスト、信頼性のバランスが優れています。 4J33/34 は、より高い動作温度または厳密な非磁性特性を必要とする特定のアプリケーション向けの性能向上です。コバールとアルミナセラミックスのロウ付け熱膨張の一致によってサポートされており、信頼性の高い電子および光電子部品の気密パッケージングの業界標準となっています。
