Les boîtiers en céramique soudés métallisés nécessitent une ingénierie précise pour assembler des céramiques à haute -diélectrique avec des métaux conducteurs, formant ainsi le noyau structurel des contacteurs CC haute tension-de véhicules électriques et des systèmes d'alimentation aérospatiaux. En utilisant des techniques avancées de brasage sous vide et de brasage avec métal actif (AMB), les fabricants obtiennent des joints hermétiques avec des résistances au cisaillement supérieures à 120 MPa, garantissant ainsi la stabilité thermique et électrique sous des charges opérationnelles extrêmes.
Pourquoi la métallisation céramique est conçue pour l'électronique de puissance
Les céramiques techniques brutes telles que Al₂O₃ et AlN offrent une isolation électrique exceptionnelle et des tensions de claquage élevées, mais leur fragilité inhérente et leur conductivité électrique nulle empêchent un assemblage direct avec des composants métalliques. La métallisation applique un film métallique uniforme et étroitement adhérent au substrat céramique, comblant ainsi l'écart physique entre des matériaux différents.
| Propriété/Paramètre | Céramique non transformée (Al₂O₃) | Substrat céramique métallisé |
|---|---|---|
| Résistivité volumique | >10¹⁴ Ω·cm | Variable à l'interface |
| Conductivité thermique | 25 - 30 W/m·K | Dissipation thermique améliorée |
| Résistance au pelage/cisaillement | N/A | Supérieur ou égal à 120 MPa |
| Taux de fuite hermétique | Dépend du corps | < 1 × 10⁻⁹ Pa·m³/s |
La mécanique de la technologie de brasage pour les éléments de relais CC Céramique métallisée
Le brasage fonctionne fondamentalement différemment du soudage par fusion en utilisant un métal d'apport avec une température de liquidus supérieure à 450 degrés mais strictement inférieure à la température de solidus des matériaux de base. L'action capillaire attire l'alliage de charge fondu dans des espaces microscopiques serrés (0,02 mm - 0.05 mm), créant un joint continu et distribué sous contrainte-sans faire fondre les composants céramiques ou métalliques d'origine.
Deux modes de fonctionnement dans l'assemblage de céramiques
Mode 1 :Brasage traditionnel pour les céramiques pré-métallisées
Dans les assemblages conventionnels, les céramiques métallisées de précision subissent une métallisation préalable via des méthodes de -film mince (telles que la pulvérisation magnétron) ou des méthodes de film-épais (telles que le procédé molybdène-manganèse/Mo-Mn).
- Préparation de l'interface :La surface céramique reçoit une couche de Mo-Mn cuite suivie d'une couche de nickel électrolytique (supérieure ou égale à 3 μm) pour agir comme base mouillante.
- Application de remplissage :Les alliages de remplissage à base d'Ag-Cu (par exemple, Ag72Cu28) sont positionnés entre la céramique recouverte de nickel-et le matériel en cuivre ou en Kovar.
- Cycle thermique :Le traitement a lieu dans un four sous vide contrôlé (10⁻³ Pa) à des températures allant de 780 degrés à 850 degrés.
Mode 2 :Le brasage actif des métaux (AMB) comme solution intégrée
Le brasage actif des métaux élimine le besoin d'étapes de pré-métallisation séparées en introduisant des éléments réactifs actifs directement dans l'alliage d'apport.
- Composition de l'alliage :Les métaux d'apport argent-cuivre sont alliés à des éléments de transition actifs, le plus souvent du titane (Ti) à raison de 2 % à 4 %.
- Mécanisme de réaction :Lors du chauffage sous vide à haute -température, les atomes de titane se séparent de l'interface céramique et réagissent chimiquement avec Al₂O₃ ou AlN pour former une couche continue de produit de réaction en titane.
- Avantage en termes de performances :Cette zone de réaction monolithique offre une résistance exceptionnelle aux chocs thermiques, ce qui rend l'AMB indispensable pour les modules de transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) à haute-puissance-et les substrats d'onduleurs EV haute-haute fréquence.
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Pourquoi le brasage reste irremplaçable dans les composants en céramique métallisée à haute résistance-
Intégrité des joints mécaniques :Le remplissage capillaire contrôlé répartit les charges mécaniques uniformément sur la zone du joint, évitant ainsi les concentrations de contraintes qui provoquent des micro-fractures pendant le cycle thermique (-55 degrés à +150 degrés selon la norme CEI 60068-2-14).
Continuité Thermique et Électrique :Les joints brasés en cuivre-argent-de haute pureté maintiennent une faible résistance de contact électrique (inférieure ou égale à 0,1 mΩ) et des voies thermiques efficaces pour la dissipation thermique.
Étanchéité hermétique :Les joints brasés céramique-métal atteignent des taux de fuite d'hélium inférieurs à 1 × 10⁻⁹ Pa·m³/s, protégeant les composants internes sensibles de l'humidité, de l'oxydation et de la pénétration de particules, conformément aux indices IP67/IP69K.
Précision dimensionnelle :Les températures de traitement inférieures aux points de fusion des parents limitent la distorsion thermique, maintenant les tolérances dimensionnelles à ± 0,02 mm.
Écosystème d'application industrielle du boîtier en céramique d'alumine EV
Véhicules à énergies nouvelles (EV/HVDC) :Chambres à arc pour contacteurs CC haute tension-, boîtiers de commutateurs en céramique et substrats de modules d'alimentation à charge rapide- fonctionnant jusqu'à 1 000 V CC.
Aéronautique et Défense :Composants de distribution d'énergie par satellite, tubes à vide radar et traversées hermétiques nécessitant une résistance extrême aux vibrations et aux chocs thermiques.
Semi-conducteurs de puissance :Substrats en cuivre à liaison directe (DBC) et céramique AMB pour onduleurs d'éoliennes et entraînements de moteurs industriels.
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