In elektrischen Hochspannungs-Gleichstromsystemen (HGÜ), insbesondere in Fahrzeugen mit neuer Energie, Ladeinfrastruktur und Energiespeicherung, werden beispiellose Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Kernschaltgeräten wie HGÜ-Schützen gestellt.
Der Leistungsengpass dieser Geräte ist oft nicht auf das elektromagnetische Design selbst zurückzuführen, sondern auf die kritische Schnittstelle in ihnen, die für elektrische Verbindungen, Hochspannungsisolierung und hermetisch dichte Gehäuse zuständig ist: der permanente Verbindungsbereich zwischen dem Keramikisolator und dem Metallleiter.
Der einfache mechanische Zusammenbau oder die Verbindung organischer Materialien mit herkömmlichen Verfahren ist bei langfristiger elektrothermischer Belastung und rauen Umgebungsbedingungen sehr anfällig für Fehler.
Daher bestimmt die Ausgereiftheit der Keramik--auf--Gehäusetechnologie direkt die endgültige Leistung von Leistungshalbleitern und Schützmodulen.
Der Ausgangspunkt für die Erzielung hochleistungsfähiger Keramik--zu---Verpackungen liegt in einem tiefen Verständnis und einer präzisen Auswahl der Materialsysteme. Das Herzstück ist eine präzisionsmetallisierte Keramikstruktur, die typischerweise aus drei Teilen besteht:
Keramiksubstrat aus hochreinem Aluminiumoxid (z. B. 95 % Aluminiumoxid): Als wichtigste Isolier- und Strukturkomponente liegt sein Wert in seiner hervorragenden Durchschlagsfestigkeit, hohen Wärmeleitfähigkeit, überlegenen thermischen Stabilität und mechanischen Festigkeit. Es bietet eine stabile physikalische und chemische Plattform für metallisierte Keramikkomponenten.
Präzise Metallisierungsschicht: Dies ist die Kernleistung des keramischen Metallisierungsprozesses. Durch die Bildung eines dünnen Metallfilms (häufig eine Legierung auf Molybdän- oder Wolframbasis), der fest mit dem Substrat auf der Keramikoberfläche verbunden ist, erreicht diese Schicht eine funktionelle Umwandlung vom Isolator zum Leiter und bietet eine ideale metallurgische Verbindungsoberfläche für das anschließende Löten. Hochwertige metallisierte Keramiken erfordern, dass die Metallisierungsschicht eine hervorragende Haftfestigkeit, Lötbarkeit und einen zur Keramik passenden Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
Metallleiter (z. B. sauerstofffreies-Kupfer mit hoher -Leitfähigkeit oder eine Kovar-Legierung): Als Stromträger oder Strukturverbinder werden sie bei hohen Temperaturen verlötet, um eine luftdichte, hoch{0}feste metallurgische Verbindung mit der Metallisierungsschicht zu bilden, die letztendlich eine vollständige Baugruppe aus metallisierter Aluminiumoxidkeramik bildet.
Die Kerntechnologie für die zuverlässige Verbindung von Keramik und Metallen ist das Hochtemperatur-Aktivlöten von Metallen. Dieser Prozess ist weit vom gewöhnlichen Schweißen entfernt; Dabei handelt es sich um einen präzisionsmetallurgischen Prozess, der im Vakuum oder in einer Schutzatmosphäre unter Verwendung spezieller Hartlote durchgeführt wird, die aktive Elemente wie Titan und Zirkonium enthalten.
Bei hohen Temperaturen benetzen diese aktiven Elemente effektiv die Keramikoberfläche, reagieren chemisch und bilden eine Übergangsschicht, wodurch eine Bindung auf atomarer Ebene zwischen dem Hartlot, der metallisierten Schicht und der Keramik erreicht wird.
Dieser Prozess ist für die Herstellung hochfester metallisierter Keramikkomponenten von entscheidender Bedeutung und bestimmt die Dichtheit, mechanische Festigkeit und langfristige Zuverlässigkeit des Endprodukts bei thermischen Zyklen.
Präzisionsmetallisierte Aluminiumoxid-Keramikkomponenten, die mit diesem Verfahren hergestellt werden, erreichen extrem hohe Leckraten und gewährleisten so eine langfristige Stabilität des internen Mediums.
Daher sind diese fortschrittlichen metallisierten Keramiken für elektrische Komponenten zur bevorzugten Lösung für Bereiche mit extrem strengen Zuverlässigkeitsanforderungen geworden, wie z. B. Schnellladerelais für 800-V-Plattformen in Fahrzeugen mit neuer Energie, Gleichstrom-Leistungsschalter für Energiespeichersysteme und hochwertige industrielle Frequenzumrichter.
Sie sind nicht nur die ideale Wahl fürMetallisiertes Keramikgehäuse für Leistungshalbleiter, aber auch wichtige Grundkomponenten, die elektrische Hochspannungssysteme zu höherer Leistungsdichte und längerer Lebensdauer führen.
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