ภูมิหลังทางเทคโนโลยีและจุดเจ็บปวดของอุตสาหกรรม

โลหะผสมเชื่อมประสานที่มีการขยายตัวคงที่ของเหล็ก-นิกเกิล (เช่น เกรด 4J29, 4J42 เป็นต้น) เป็นวัสดุหลักในสาขาการบรรจุอิเล็กทรอนิกส์, อวกาศและอุปกรณ์ความแม่นยำ คุณสมบัติหลักคือความสอดคล้องสูงของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนกับวัสดุพื้นฐานเช่นแก้ว เซรามิก เป็นต้น สามารถหลีกเลี่ยงความล้มเหลวของการบรรจุที่เกิดจากความเครียดจากความร้อน อย่างไรก็ตาม กระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมมีปัญหาเช่น ความไม่สม่ำเสมอขององค์ประกอบ การทำให้เม็ดเล็กๆ ขนาดใหญ่ขึ้น และความไม่แน่นหนาของการเชื่อมประสาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานการณ์การสื่อสารความถี่สูง การบรรจุเซมิคอนดักเตอร์ เป็นต้น มีความต้องการสูงขึ้นสำหรับความบริสุทธิ์ของโลหะผสม ความเสถียรของขนาด และความต้านทานต่อความเหนื่อยล้า

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของ Qingchuan New Materials

บริษัท ชิงชวน นิวแมททีเรียล (เจ้อเจียง) จำกัด ได้พึ่งพาความได้เปรียบทางยุทธศาสตร์ในการตั้งอยู่ของเขตเทคโนโลยีสูงเจ้อเจียง สร้างการจัดวางเครือข่ายอุตสาหกรรมครบวงจรตั้งแต่การกลั่นโลหะความบริสุทธิ์สูงจนถึงการแปรรูปโลหะผสมพิเศษอย่างละเอียด สายการผลิตโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลที่มีอัตราการขยายตัวคงที่ของบริษัท ใช้กระบวนการผสมผสานระหว่างการหลอมแบบอินดักชันสูญญากาศ (VIM) + การหลอมซ้ำด้วยเศษไฟฟ้า (ESR) เพื่อควบคุมความคลาดเคลื่อนขององค์ประกอบโลหะผสมให้อยู่ภายใน ±0.02% และปริมาณออกซิเจน ≤15 ppm ซึ่งดีกว่ามาตรฐานอุตสาหกรรมอย่างเห็นได้ชัด (โดยปกติจะเป็น ±0.05%, ≤30 ppm) ด้วยการนำเทคโนโลยีการควบคุมแบบบูรณาการการรีดเย็น-การอบอ่อนตัวเข้ามาใช้ ทำให้ขนาดเม็ดโลหะของวัสดุสามารถบรรลุระดับ ASTM 8-10 และมีการผันผวนของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นในช่วงอุณหภูมิห้องถึง 300℃ ไม่เกิน ±1×10⁻⁷/℃ ซึ่งตอบสนองความต้องการในสถานการณ์ที่เข้มงวด เช่น ตัวกรองการสื่อสาร 5G และการบรรจุเลเซอร์ เป็นต้น

การวิเคราะห์พารามิเตอร์กระบวนการหลัก

1. กระบวนการหลอม: เตา VIM มีความจุ 150 กก. ความดันสูญญากาศ ≤1×10⁻² Pa อุณหภูมิการหลอม 1600-1650℃ เพื่อให้แน่ใจว่าธาตุต่าง ๆ กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ เตา ESR ใช้แก๊สเฉื่อยป้องกัน ความเร็วในการหลอมซ้ำ 8-10 กก./นาที สามารถกำจัดสิ่งสกปรกที่มีจุดหลอมเหลวต่ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ
2. ระบบการอบร้อน: อุณหภูมิการบำบัดด้วยการละลายตัวเป็นหนึ่งเดียว 1020-1050℃ รักษาความร้อนเป็นเวลา 2-4 ชั่วโมง แล้วทำการดับน้ำ; อุณหภูมิการบำบัดด้วยการเสื่อมสภาพ 320-350℃ รักษาความร้อนเป็นเวลา 8-12 ชั่วโมง เพิ่มความแข็งแรงของการยอมให้วัสดุโดยการตกตะกอนให้ถึง ≥380MPa
3. การแปรรูปที่แม่นยำ: ปริมาณการเปลี่ยนรูปรวมจากการรีดเย็น ≥ 70% ปริมาณการเปลี่ยนรูปต่อรอบควบคุมที่ 15%-20% ร่วมกับการอบอ่อนกลาง (750℃/2 ชม.) เพื่อขจัดการแข็งตัวจากการขึ้นรูป ความคลาดเคลื่อนของความหนาของผลิตภัณฑ์สุดท้าย ±0.01 มม. ความตรง ≤0.5 มม./ม.

กรณีศึกษาการประยุกต์ใช้ที่เป็นตัวอย่าง: การเพิ่มประสิทธิภาพการปิดผนึกอากาศของบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์

ในโครงการบรรจุหีบห่อโมดูล IGBT ของผู้ผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์รายหนึ่ง โลหะผสม 4J29 แบบดั้งเดิมมีขนาดเม็ดโลหะที่หยาบทำให้เกิดรอยแตกเล็ก ๆ บนชั้นเชื่อมต่อ อัตราการรั่วไหลของการทดสอบความกําบังตนถึง 1×10⁻⁸ Pa·m³/s (มาตรฐานกำหนด ≤1×10⁻⁹) บริษัท Qingchuan New Materials ได้ปรับปรุงพารามิเตอร์กระบวนการ ESR เพื่อลดขนาดเม็ดโลหะให้เล็กลงถึงระดับ ASTM 9 และร่วมกับการเคลือบผิวด้วยพลาสม่าสเปรย์ ทำให้อัตราการรั่วไหลของชั้นเชื่อมต่อลดลงถึง 5×10⁻¹⁰ Pa·m³/s และอายุการใช้งานของโมดูลเพิ่มขึ้น 3 เท่า โครงการนี้ส่งมอบแถบโลหะผสมรวม 12 ตัน ใช้ในการผลิตโมดูล IGBT กว่า 500,000 ตัว

ระบบการควบคุมคุณภาพและการวางแผนเทคโนโลยี

Qingchuan New Materials มีห้องปฏิบัติการที่ได้รับการรับรองจาก CNAS พร้อมอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องวัดสเปกตรัมแบบอ่านค่าตรง, เครื่องตรวจสอบด้วยโพรบอิเล็กทรอนิกส์, เครื่องวัดการขยายตัวจากความร้อน เป็นต้น เพื่อดำเนินการตรวจสอบคุณภาพ 12 ขั้นตอนตั้งแต่วัตถุดิบจนถึงผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ทีมเทคโนโลยีของบริษัทได้ดำเนินการวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์รุ่นใหม่อย่างต่อเนื่อง เช่น โลหะผสมเกรเดียนต์ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ำ, โลหะผสมที่เสริมความแข็งแรงด้วยการเกิดอนุภาคนาโน เป็นต้น ได้ยื่นขอสิทธิบัตรการประดิษฐ์คิดค้น 5 รายการ และได้สร้างความร่วมมือทางด้านการผลิต การศึกษา และการวิจัยกับหน่วยงานต่างๆ เช่น มหาวิทยาลัยเจิ้งโจว, สถาบัน 13 ของ China Electronics Technology Group Corporation เป็นต้น เพื่อส่งเสริมการนำโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลไปใช้ในด้านเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น การสื่อสารด้วยแสง, การคำนวณเชิงควอนตัม เป็นต้น

คำถามที่พบบ่อย: คำตอบเกี่ยวกับจุดยากลำบากทางเทคนิค

Q1: เหตุใดจึงเกิดการบวมขึ้นหลังจากการปิดผนึกโลหะผสมเหล็กนิเกิล?
A: ส่วนใหญ่เกิดจากความไม่สอดคล้องกันของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนหรือความเครียดที่เหลืออยู่ ชิงชวนควบคุมองค์ประกอบโลหะผสมอย่างแม่นยำ (เช่น ปรับเนื้อหาของ Ni ให้อยู่ที่ 42%-42.5%) และปรับปรุงกระบวนการอบอ่อน (ใช้การลดอุณหภูมิแบบขั้นบันได) เพื่อเพิ่มความสอดคล้องของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนให้สูงขึ้นกว่า 98% ลดความเสี่ยงของการบวมพองได้อย่างมีประสิทธิภาพ
Q2: จะปรับปรุงสมรรถนะการแปรรูปของโลหะผสมได้อย่างไร
A: ด้วยการควบคุมปริมาณการเปลี่ยนรูปรวมจากการรีดเย็น (แนะนำให้อยู่ที่ 60%-75%) และอุณหภูมิการอบอ่อนกลาง (720-760℃) สามารถลดแรงต้านต่อการเปลี่ยนรูปได้อย่างชัดเจน กระบวนการรีดแบบหล่อลื่นที่พัฒนาโดย Qingchuan ช่วยลดแรงรีดลง 20% และความขรุขระของพื้นผิวแผ่น Ra ≤ 0.4μm