En los sistemas eléctricos de corriente continua (HVDC) de alto-voltaje, particularmente en vehículos de nueva energía, infraestructura de carga y almacenamiento de energía, se imponen exigencias sin precedentes a la confiabilidad y la vida útil de los dispositivos de conmutación centrales, como los contactores HVDC.
El cuello de botella en el rendimiento de estos dispositivos a menudo no surge del diseño electromagnético en sí, sino de la interfaz crítica dentro de ellos que maneja las conexiones eléctricas, el aislamiento de alto-voltaje y los gabinetes sellados herméticamente: el área de unión permanente entre el aislante cerámico y el conductor metálico.
El simple ensamblaje mecánico o la unión de materiales orgánicos mediante procesos tradicionales es muy susceptible a fallas bajo estrés electrotérmico a largo plazo-y condiciones ambientales adversas.
Por lo tanto, la sofisticación de la tecnología de empaquetado de cerámica-a-metal determina directamente el rendimiento final de los semiconductores de potencia y los módulos de contactores.
El punto de partida para lograr envases de cerámica-de cerámica-a-metal de alto-rendimiento radica en una comprensión profunda y una selección precisa de los sistemas de materiales. En su núcleo se encuentra una estructura de cerámica metalizada de precisión, normalmente compuesta de tres partes:
Sustrato cerámico de alúmina de alta-pureza (p. ej., 95 % de alúmina): Como principal componente aislante y estructural, su valor radica en su excelente rigidez dieléctrica, alta conductividad térmica, estabilidad térmica superior y resistencia mecánica. Proporciona una plataforma física y química estable para componentes cerámicos metalizados.
Capa de metalización de precisión: Este es el logro principal del proceso de metalización cerámica. Al formar una delgada película metálica (a menudo una aleación a base de molibdeno o tungsteno-) firmemente unida al sustrato en la superficie cerámica, esta capa logra una transformación funcional de aislante a conductor, proporcionando una superficie de unión metalúrgica ideal para soldaduras posteriores. Las cerámicas metalizadas de alta-calidad requieren que la capa de metalización tenga una excelente fuerza de adhesión, soldabilidad y un coeficiente de expansión térmica que coincida con la cerámica.
Conductores metálicos (como cobre libre de oxígeno-conductividad-o aleación Kovar): como portadores de corriente o conectores estructurales, se sueldan a altas temperaturas para formar una unión metalúrgica hermética y de alta-resistencia con la capa de metalización, lo que en última instancia constituye un conjunto completo de cerámica metalizada con alúmina.
La tecnología principal para unir cerámicas y metales de manera confiable es la soldadura fuerte-de metales activos a alta temperatura. Este proceso está lejos de la soldadura ordinaria; Es un proceso metalúrgico de precisión que se realiza al vacío o en una atmósfera protectora utilizando metales de aportación especiales para soldadura fuerte que contienen elementos activos como titanio y circonio.
A altas temperaturas, estos elementos activos humedecen eficazmente la superficie cerámica, reaccionando químicamente para formar una capa de transición, logrando así una unión de nivel atómico-entre el metal de aportación de soldadura fuerte, la capa metalizada y la cerámica.
Este proceso es crucial para fabricar componentes cerámicos metalizados de alta-resistencia, determinando la hermeticidad, la resistencia mecánica y la confiabilidad del ciclo térmico a largo plazo-del producto final.
Los componentes cerámicos de alúmina metalizada de precisión producidos mediante este proceso logran tasas de fuga extremadamente altas, lo que garantiza la estabilidad a largo plazo-del medio interno.
Por lo tanto, estas cerámicas metalizadas avanzadas para componentes eléctricos se han convertido en la solución preferida para campos con requisitos de confiabilidad extremadamente estrictos, como relés de carga rápida-para plataformas de 800 V en vehículos de nueva energía, disyuntores de CC para sistemas de almacenamiento de energía y convertidores de frecuencia industriales-de alta gama.
No sólo son opciones ideales paraCarcasa de cerámica metalizada para semiconductores de potencia, sino también componentes fundamentales clave que impulsan los sistemas eléctricos de alto-voltaje hacia una mayor densidad de potencia y una vida útil más larga.
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