(Piesă asamblată din ceramică pe metalProdus deWintrustek)
I. Prezentare generală a componentelor sudate ceramică-metal
Componente sudate ceramică pe metalsunt piese structurale utile care utilizează proceduri de sudare sofisticate pentru a oferi rezistență ridicată, etanșeitate ridicată la gaz și conexiuni electrice/termice de încredere între materialele ceramice și metalice. Ele sunt utilizate în mod obișnuit în aplicații care necesită rezistență la temperaturi ridicate, presiuni sau condiții de vid.
II. Tehnologie activă de lipire a metalelor
1. Principii tehnice cheie
Brazarea metalului activ folosește elemente reactive (titan, zirconiu, hafniu, vanadiu etc.) în umplutura de lipire pentru a reacționa chimic cu ceramica, rezultând un strat legat chimic la interfața ceramică-metal. Aceste elemente active au o mare atracție pentru oxigen, azot și carbon. Încălzirea în vid sau atmosferă inertă creează straturi de reacție la scară nanometrică (de exemplu, TiO₂, TiN, TiC) pe suprafețele ceramice. Acest lucru permite înmuierea cu metalul de umplutură topit, rezultând o legătură fiabilă „de reacție ceramică-strat-brazare îmbinare-metal”.
2. Parametrii cheie ai procesului
2.1 Sistem de lipire cu metal de umplutură:
Ag-Cu-Ti: standard industrial, performanță excelentă cuprinzătoare
Cu-Ti: cost mai mic, rezistență la temperaturi ridicate
Au-Ni-Ti: Fiabilitate ridicată, aplicații aerospațiale
Lipire fără argint: pentru dispozitive electronice care necesită prevenirea migrării argintului
2.2 Controlul procesului:
Cerințe de mediu: vid înalt (
Controlul temperaturii: 20–50°C peste lichidul de lipit (800–900°C pentru sistemul Ag-Cu-Ti)
Controlul timpului: Câteva minute până la douăzeci de minute, echilibrând completitatea reacției și grosimea stratului de interfață
2.3 Proces:
Pretratare: Curățarea de precizie a ceramicii și tratarea metalizării; îndepărtarea straturilor de oxid de pe componentele metalice
Asamblare: asamblare precisă a ceramicii, a componentelor metalice și a foliei de lipire activă (0,05-0,2 mm)
Brazare în vid: Evacuare → Încălzire programată → Temperatura de menținere → Răcire controlată
Post-tratare: Curățare și inspecție preliminară
III. Tehnologia de detectare a scurgerilor din spectrometrul de masă cu heliu
1. Necesitatea detectării scurgerilor
Componentele sudate ceramică-metal sunt folosite în aplicații cu cerere mare, cum ar fi sistemele de vid și echipamentele aerospațiale. Verificați dacă îndeplinesc criteriile aproape de „etanșare absolută” (rate de scurgere
2. Principiul detectării
Folosind heliu ca gaz trasor, abordarea profită de dimensiunea moleculară mică, natura inertă și concentrațiile scăzute de fond. Heliul intră în spectrometrul de masă printr-o scurgere, este ionizat, separat de un câmp magnetic și detectat de un detector specializat. Puterea semnalului este proporțională cu conținutul de heliu, permițând calcule exacte ale ratei de scurgere.
3. Principalele metode de detectare
Metoda 1: Metoda de adulmecare (detecție locală a scurgerilor)
Procedura:
Interiorul piesei de prelucrat este evacuat și conectat la detectorul de scurgeri.
Zona exterioară de sudură este scanată cu un pistol de pulverizare cu heliu.
Semnalele sunt monitorizate în timp real pentru a localiza cu precizie punctele de scurgere.
Caracteristici:Potrivit pentru localizarea scurgerilor în componente mici, sensibilitate ridicată.
Metoda 2:Metoda capotei/incintei cu heliu (evaluarea globală a integrității sigiliului)
Procedura:
Caracteristici:Măsoară totalul lrata de scurgere; potrivite pentru componente structurale complexe.
4. Fluxul de lucru operațional (folosind metoda sniffing ca exemplu)
4.1 Faza de pregătire:
Curățarea piesei de prelucrat, calibrarea echipamentului și confirmarea fondului de heliu din mediu.
4.2 Implementarea detectării:
Piesa de prelucrat este conectată la sistemul de detectare a scurgerilor și evacuată la presiunea de lucru.
Pulverizarea cu heliu începe când presiunea sistemului atinge ≤0,1 Pa (distanța pistolului de pulverizare: 1–2 cm, presiune: 0,1–0,2 MPa).
Scanare sistematică de-a lungul cordonului de sudură, cu accent pe zonele de stres termic concentrat.
4.3 Analiza datelor:
Se declanșează o alarmă dacă rata de scurgere depășește pragul (de exemplu, 1×10⁻⁹ Pa·m³/s).
Punctele de scurgere sunt marcate, iar condițiile și datele de detectare sunt înregistrate.
4.4 Reinspecție și raportare:
Re-testare după reparații, urmată de generarea unui raport de testare complet.
5. Considerații și standarde speciale
Adaptări specifice ceramicii: concentrați-vă pe detectarea regiunilor de microfisuri cauzate de nepotrivirea expansiunii termice.
Gradul de sensibilitate: Selectat pe baza domeniului de aplicare; cerințele de calitate aerospațială pot atinge niveluri la fel de stricte ca 10⁻¹² Pa·m³/s.
Conformitate cu standardele: respectarea standardelor naționale/militare, ASTM sau specificațiilor specifice industriei.
Analiza defecțiunilor: Analiza microstructurală, cum ar fi secționarea metalografică și microscopia electronică cu scanare (SEM), pentru punctele de scurgere care depășesc standardele.
Wintrustek va efectua teste de scurgere de heliu pentru fiecare piesă ceramică pe metal. Vă rugăm să verificați linkul de mai jos pentru a vă referi la testul nostru pentru rata de scurgere:
https://youtu.be/Et3cTV9yD_U?si=Yl8l7eBH5rON7I_f
IV. Scenarii tipice de aplicare
Ambalaj electronice de putere: Conexiune între substraturi ceramice (AlN/Al₂O₃) și straturi de cupru în modulele IGBT.
Componente ale sistemului de vid: Garnituri ceramice-metal în acceleratoarele de particule și echipamentele semiconductoare.
Aerospațial: Senzori de motor și ferestre de etanșare a navelor spațiale.
Energie și optoelectronică: interconexiuni cu celule de combustie și ambalare cu laser de mare putere.
V. Rezumat
Lipirea metalică activă este metoda de bază pentru producerea de încredereceramică-metaljoncțiuni, cu detectarea scurgerilor din spectrometrul de masă cu heliu servind drept standard de aur pentru confirmarea ermeticității lor. Combinația acestor două tehnologii garantează fiabilitatea pe termen lung a componentelor sudate în situații grele. În aplicațiile reale, este esențial să se optimizeze parametrii procesului de lipire și să se aleagă metode adecvate de detectare a scurgerilor și niveluri de sensibilitate în funcție de structura piesei de prelucrat, atributele materialului și nevoile aplicației. Această abordare dezvoltă un sistem de control al calității în buclă închisă, care merge de la fabricare până la verificare.
