(Kovar ถึงชิ้นส่วนอลูมินาผลิตโดยวินทรัสเทค)

I. ภาพรวมของ Kovar

Kovar เป็นโลหะผสมส่วนขยายที่มีเหล็ก นิกเกิล โคบอลต์ ซึ่งมีคุณสมบัติหลักคือค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนตรงกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของแก้วแข็งและเซรามิกบางชนิด (เช่น อลูมินา) ตลอดช่วงอุณหภูมิที่กำหนด คุณลักษณะนี้ทำให้เป็นวัสดุปิดผนึกที่จำเป็นในบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ การบินและอวกาศ เลเซอร์ และอุตสาหกรรมอื่นๆ โดยทั่วไปจะใช้ในการผลิตส่วนประกอบโลหะสำหรับการปิดผนึกสุญญากาศด้วยแก้วหรือเซรามิก

การกำหนด "4J" สำหรับโลหะผสมที่มีความแม่นยำภายใต้มาตรฐานแห่งชาติของจีน (GB) แสดงถึงโลหะผสมที่มีลักษณะการขยายตัว "เข้าใกล้" (J) ที่มีค่าที่แน่นอน

ครั้งที่สอง การวิเคราะห์รายละเอียดของสามเกรด Kovar

ลักษณะที่เหมือนกัน: ทั้งสามมีพื้นฐานจาก Fe-Ni-Co และมีคุณสมบัติการขยายตัวคล้ายกับแก้วแข็งและเซรามิก เส้นโค้งการขยายตัวเนื่องจากความร้อน อุณหภูมิคูรี และคุณลักษณะทางกลจะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญอันเป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบเล็กน้อย

1. 4J29 (the most classic and widely used Kovar)

องค์ประกอบทั่วไป:Fe-29Ni-17Co มีการเติมองค์ประกอบกำจัดออกซิไดซ์เล็กน้อย เช่น แมงกานีสและซิลิคอน

ลักษณะการขยายตัว: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นเฉลี่ยเข้ากันได้สูงกับแก้วกลุ่มโมลิบดีนัม DM-308 และเซรามิกอลูมินา 92-96% ในช่วงอุณหภูมิ 20-450°C

พารามิเตอร์ที่สำคัญ:

• อุณหภูมิกูรี: ประมาณ 430°C (สูญเสียคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่สูงกว่าอุณหภูมินี้)

• วัสดุที่เข้ากัน: เซรามิกอลูมินาสูง, แก้วที่มีกลุ่มโมลิบดีนัม

• การรักษาพื้นผิว: โดยทั่วไปต้องใช้การชุบนิกเกิลหรือทองเพื่อเพิ่มความสามารถในการขัดสีและความต้านทานการกัดกร่อน

• การใช้งานหลัก: หลอดไมโครเวฟ เลเซอร์ โครงสร้างวงจรรวม รีเลย์ความน่าเชื่อถือสูง ตัวเชื่อมต่อแบบปิดผนึกสำหรับการบินและอวกาศ

2. 4J33 และ 4J34 (ปรับปรุง Kovar)

โลหะผสมเหล่านี้เป็นตัวแปรที่พัฒนาขึ้นเพื่อแก้ไขข้อบกพร่องของ 4J29 (เช่น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวที่อุณหภูมิต่ำที่สูงขึ้น) โดยมีอุณหภูมิคูรีสูงขึ้น

ความแตกต่างขององค์ประกอบ:

• 4J33: Fe-33Ni-14Co (reduced cobalt, increased nickel).

• 4J34: Fe-31Ni-15Co (composition intermediate between the two).

ลักษณะการขยายตัว:ที่อุณหภูมิห้องประมาณ 300°C ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจะต่ำกว่า 4J29 เล็กน้อย ทำให้เข้ากันได้ดีกว่ากับแก้วหรือเซรามิกชนิดพิเศษบางชนิด

ข้อได้เปรียบหลัก—อุณหภูมิคูรีสูง:

• 4J29: ~430°C

• 4J33: ~500°C

• 4J34: ~480°C

ความสำคัญ:อุณหภูมิ Curie ที่สูงขึ้นทำให้มั่นใจได้ว่าวัสดุจะไม่เป็นแม่เหล็กที่อุณหภูมิการทำงานที่สูงขึ้น ป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กกับเครื่องมือความถี่สูงและมีความแม่นยำสูง

การเลือกการใช้งาน: เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงหรือการใช้งานที่ไวต่อสนามแม่เหล็ก หรือเลือกตามการทดสอบการจับคู่เส้นโค้งการขยายตัวกับวัสดุปิดผนึกเฉพาะ

III. ข้อได้เปรียบหลักของการประสาน Kovar กับเซรามิกอลูมินา

การปิดผนึกสุญญากาศของแก๊สสำหรับเซรามิก Kovar และอลูมินาผ่านการบัดกรีเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญในบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ โดยมีคุณประโยชน์หลักดังต่อไปนี้:

1. การจับคู่การขยายตัวทางความร้อนที่ยอดเยี่ยม (ข้อได้เปรียบพื้นฐาน)

เมื่อระบายความร้อนจากการบัดกรีจนถึงอุณหภูมิห้อง อัตราการหดตัวที่เท่ากันของวัสดุทั้งสองจะช่วยลดความเครียดจากความร้อนที่ตกค้างที่ข้อต่อได้อย่างมาก วิธีนี้ช่วยขจัดปัญหาการแตกร้าวของเซรามิกและการแตกหักของตะเข็บประสานได้สำเร็จ ส่งผลให้มีความน่าเชื่อถือสูงสุด

2. บรรลุความหนาแน่นของก๊าซสูง

อัตราการรั่วไหลของฮีเลียมในระบบที่เติบโตเต็มที่มักจะต่ำกว่า 1×10⁻⁸ Pa·m³/s สำหรับส่วนประกอบที่ปิดผนึก ซึ่งแยกความชื้นและออกซิเจนภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือที่เข้มงวดสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ การทหาร และการใช้งานที่มีความต้องการสูงอื่นๆ

3. ความแข็งแกร่งทางกลที่เหนือกว่าและความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

โควาร์พีอาร์มีการรองรับทางกลและความเหนียวที่แข็งแกร่ง ในขณะที่เซรามิกอลูมินาให้ฉนวนและความแข็งที่ดีเยี่ยม การประสานวัสดุเหล่านี้ส่งผลให้ได้โครงสร้างคอมโพสิตที่แข็งแกร่งพร้อมคุณสมบัติทั้งการป้องกันและการใช้งาน

4. กระบวนการที่สมบูรณ์และความน่าเชื่อถือสูง

มีการสร้างห่วงโซ่กระบวนการที่สอดคล้องกัน ซึ่งรวมถึงการเคลือบโลหะด้วยเซรามิก (เทคนิคโมลิบดีนัม-แมงกานีส) การชุบนิกเกิล การประกอบชิ้นส่วน Kovar และการประสานสภาพแวดล้อมแบบสุญญากาศ/การป้องกัน กระบวนการนี้สามารถควบคุมได้สูง เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก และให้ผลตอบแทนสูงโดยมีคุณภาพสม่ำเสมอ

IV. การเปรียบเทียบโดยสรุปและข้อเสนอแนะในการคัดเลือก

Ⅴ. บทสรุป

ภายในตระกูล Kovar นั้น 4J29 เป็นวัสดุมาตรฐานและแนะนำสำหรับการบัดกรีเซรามิกอลูมินาสูง ให้ความสมดุลที่ดีระหว่างประสิทธิภาพ ต้นทุน และความน่าเชื่อถือ 4J33/34 เป็นการปรับปรุงประสิทธิภาพสำหรับการใช้งานเฉพาะที่ต้องการอุณหภูมิในการทำงานที่สูงขึ้นหรือคุณลักษณะที่ไม่ใช่แม่เหล็กที่เข้มงวดการประสาน Kovar ด้วยเซรามิกอลูมินาซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยการจับคู่การขยายตามความร้อน ได้กลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับบรรจุภัณฑ์สุญญากาศของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความน่าเชื่อถือสูง