（陶瓷金属组装件制作者：稳信科技)

一、陶瓷金属焊接件概述

陶瓷与金属焊接部件是有用的结构部件，使用复杂的焊接工艺在陶瓷和金属材料之间提供高强度、高气密性和可靠的电/热连接。它们通常用于需要耐受高温、高压或真空条件的应用。

二.活性金属钎焊技术

1. 关键技术原理

活性金属钎焊利用钎料中的活性元素（钛、锆、铪、钒等）与陶瓷发生化学反应，在陶瓷-金属界面形成化学结合层。这些活性元素对氧、氮、碳有很大的吸引力。在真空或惰性气氛中加热会在陶瓷表面形成纳米级反应层（例如 TiO2、TiN、TiC）。这允许熔化的填充金属浸泡，从而形成可靠的“陶瓷反应层-钎焊缝-金属”结合。

2. 关键工艺参数

2.1 钎焊填充金属系统：

• Ag-Cu-Ti：行业标准，综合性能优异

• Cu-Ti：成本较低，耐高温

• Au-Ni-Ti：高可靠性，航空航天应用

• 无银焊料：用于需要防止银迁移的电子设备

2.2 过程控制：

• 环境要求：高真空（

• 温度控制：焊料液相线以上 20–50°C（Ag-Cu-Ti 系统为 800–900°C）

• 时间控制：几分钟至二十分钟，平衡反应完全性和界面层厚度

2.3 流程：

• 前处理：陶瓷精密清洗及金属化处理；去除金属部件上的氧化层

• 组装：陶瓷、金属元件和活性焊锡箔的精确组装（0.05-0.2 毫米）

• 真空钎焊：抽真空→程序加热→保温→控制冷却

• 后处理：清洁和初步检查

三． 氦质谱检漏技术

1.泄漏检测的必要性

陶瓷金属焊接部件用于高要求的应用，例如真空系统和航空航天设备。验证它们是否满足接近“绝对密封”的标准（泄漏率

2.检测原理

该方法使用氦气作为示踪气体，利用其分子尺寸小、惰性和背景浓度低的优点。氦气通过泄漏进入质谱仪，被电离，被磁场分离，并由专门的检测器检测。信号强度与氦含量成正比，从而可以精确计算泄漏率。

三、主要检测方法

方法一： 嗅探法（局部泄漏检测）

程序：

• 工件内部被抽空并连接至检漏仪。

• 使用氦喷枪扫描外部焊接区域。

• 实时监测信号以精确定位泄漏点。

特点：适合小型元件的泄漏定位，灵敏度高。

方法二：氦气罩/外壳方法（整体密封完整性评估）

程序：

• 工件充满氦气并放置在真空罩内，或使用外部罩/吸枪进行检测。

• 检测到累积或逸出的氦气。

特点：测量总 l平均利率；适用于结构复杂的部件。

4.操作流程（以嗅探方式为例）

4.1 准备阶段：

工件清洗、设备标定、环境氦本底确认。

4.2 检测实现：

• 工件连接至泄漏检测系统并抽空至工作压力。

• 当系统压力≤0.1Pa时开始氦气喷射（喷枪距离：1~2cm，压力：0.1~0.2MPa）。

• 沿着焊缝进行系统扫描，重点关注热应力集中的区域。

4.3 数据分析：

• 如果泄漏率超过阈值（例如1×10⁻⁹ Pa·m3/s），则会触发警报。

• 标记泄漏点，记录检测条件和数据。

4.4 复检及报告：

修复后重新测试，然后生成完整的测试报告。

5.特殊注意事项和标准

• 陶瓷特定的适应性：重点检测由热膨胀失配引起的微裂纹区域。

• 灵敏度等级：根据应用领域选择；航空级要求可能达到 10⁻12 Pa·m3/s 的严格水平。

• 标准合规性：遵守国家/军事标准、ASTM 或行业特定规范。

• 失效分析：对超出标准的泄漏点进行微观结构分析，例如金相切片和扫描电子显微镜 (SEM)。

Wintrustek将对每个陶瓷到金属零件进行氦气泄漏测试。请查看以下链接以参考我们的泄漏率测试：

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

四．典型应用场景

• 电力电子封装：IGBT 模块中陶瓷基板 (AlN/Al2O₃) 和铜层之间的连接。

• 真空系统组件：粒子加速器和半导体设备中的陶瓷金属密封件。

• 航空航天：发动机传感器和航天器密封窗。

• 能源和光电子学：燃料电池互连和高功率激光封装。

五、总结

活性金属钎焊是生产可靠产品的基本方法陶瓷到金属连接处，氦质谱仪泄漏检测作为确认其气密性的金标准。这两种技术的结合保证了焊接部件在恶劣条件下的长期可靠性。在实际应用中，根据工件结构、材料属性和应用需求，优化钎焊工艺参数并选择合适的检漏方法和灵敏度水平至关重要。这种方法开发了一个从制造到验证的闭环质量控制系统。