（陶瓷金屬組裝件製作者：穩信科技)

一、陶瓷金屬焊接件概述

陶瓷與金屬焊接部件是有用的結構部件，使用複雜的焊接工藝在陶瓷和金屬材料之間提供高強度、高氣密性和可靠的電/熱連接。它們通常用於需要耐受高溫、高壓或真空條件的應用。

二.活性金屬釬焊技術

1. 關鍵技術原理

活性金屬釬焊利用釬料中的活性元素（鈦、鋯、鉿、釩等）與陶瓷產生化學反應，在陶瓷-金屬界面形成化學結合層。這些活性元素對氧、氮、碳有很大的吸引力。在真空或惰性氣氛中加熱會在陶瓷表面形成奈米級反應層（例如 TiO2、TiN、TiC）。這允許熔化的填充金屬浸泡，從而形成可靠的“陶瓷反應層-釬焊縫-金屬”結合。

2. 關鍵製程參數

2.1 釬焊填充金屬系統：

• Ag-Cu-Ti：業界標準，綜合性能優異

• Cu-Ti：成本較低，耐高溫

• Au-Ni-Ti：高可靠性，航太應用

• 無銀焊料：用於需要防止銀遷移的電子設備

2.2 過程控制：

• 環境需求：高真空（

• 溫度控制：焊料液相線以上 20–50°C（Ag-Cu-Ti 系統為 800–900°C）

• 時間控制：幾分鐘至二十分鐘，平衡反應完全性與界面層厚度

2.3 流程：

• 前處理：陶瓷精密清洗及金屬化處理；去除金屬零件上的氧化層

• 組裝：陶瓷、金屬元件和活性焊錫箔的精確組裝（0.05-0.2 毫米）

• 真空釬焊：抽真空→程序加熱→保溫→控製冷卻

• 後處理：清潔和初步檢查

三． 氦質譜檢漏技術

1.洩漏檢測的必要性

陶瓷金屬焊接部件用於高要求的應用，例如真空系統和航空航天設備。驗證它們是否符合接近「絕對密封」的標準（洩漏率

2.檢測原理

此方法使用氦氣作為示蹤氣體，利用其分子尺寸小、惰性和背景濃度低的優點。氦氣經由洩漏進入質譜儀，被電離，被磁場分離，並由專門的偵測器偵測。訊號強度與氦含量成正比，從而可以精確計算洩漏率。

三、主要檢測方法

方法一： 嗅探法（局部洩漏檢測）

程序：

• 工件內部被抽空並連接至檢漏儀。

• 使用氦噴槍掃描外部焊接區域。

• 即時監測訊號以精確定位洩漏點。

特點：適合小型元件的洩漏定位，靈敏度高。

方法二：氦氣罩/外殼方法（整體密封完整性評估）

程序：

• 工件充滿氦氣並放置在真空罩內，或使用外部罩/吸槍進行檢測。

• 偵測到累積或逸出的氦氣。

特點：測量總 l平均利率；適用於結構複雜的部件。

4.操作流程（以嗅探方式為例）

4.1 準備階段：

工件清洗、設備標定、環境氦本底確認。

4.2 檢測實作：

• 工件連接至洩漏檢測系統並抽空至工作壓力。

• 當系統壓力≤0.1Pa時開始氦氣噴射（噴槍距離：1~2cm，壓力：0.1~0.2MPa）。

• 沿著焊接處進行系統掃描，重點關注熱應力集中的區域。

4.3 數據分析：

• 如果洩漏率超過閾值（例如1×10⁻⁹ Pa·m3/s），則會觸發警報。

• 標記洩漏點，記錄檢測條件和資料。

4.4 複檢及報告：

修復後重新測試，然後產生完整的測試報告。

5.特殊注意事項與標準

• 陶瓷特定的適應性：重點檢測由熱膨脹不配引起的微裂紋區域。

• 靈敏度等級：根據應用領域選擇；航空級要求可能達到 10⁻12 Pa·m3/s 的嚴格水準。

• 標準合規性：遵守國家/軍事標準、ASTM 或行業特定規範。

• 失效分析：對超出標準的洩漏點進行微觀結構分析，例如金相切片和掃描電子顯微鏡 (SEM)。

Wintrustek將對每個陶瓷到金屬零件進行氦氣洩漏測試。請查看以下連結以參考我們的洩漏率測試：

https://youtu.be/Et3cTV9yD_U?si=Yl8l7eBH5rON7I_f

四．典型應用場景

• 電力電子封裝：IGBT 模組中陶瓷基板 (AlN/Al2O₃) 和銅層之間的連接。

• 真空系統組件：粒子加速器和半導體設備中的陶瓷金屬密封件。

• 航空航太：引擎感知器和太空船密封窗。

• 能源和光電子學：燃料電池互連和高功率雷射封裝。

五、總結

活性金屬釬焊是生產可靠產品的基本方法陶瓷到金屬連接處，氦質譜儀洩漏檢測作為確認其氣密性的黃金標準。這兩種技術的結合保證了焊接部件在惡劣條件下的長期可靠性。在實際應用中，根據工件結構、材料屬性和應用需求，優化釬焊製程參數並選擇合適的檢漏方法和靈敏度等級至關重要。這種方法開發了一個從製造到驗證的閉環品質控制系統。