玻璃-金属密封技术详解：原理、应用与制造工艺
玻璃-金属密封技术详解：原理、应用与制造工艺
玻璃-金属密封（GTMS）在电子封装中起着不可或缺的作用。作为一种成熟的技术，它可为那些需要高性能、安全性和耐用性的应用提供气密封装。
作为玻璃-金属密封件的领先供应商，肖特提供广泛的产品组合，可满足各种苛刻的要求。80多年来，一直是全球客户的首选合作伙伴，提供满足客户特定需求的创新解决方案。
浏览此页面，详细了解玻璃-金属密封件、其主要应用、关键产品类型以及 GTMS 背后的技术和制造工艺。
什么是玻璃金属密封（GTMS）？
玻璃金属气密密封技术通过将金属和玻璃相结合，形成真空密封的电气连接器、封装件、馈通件或电子元件中的光学窗口和透镜。GTMS 气密密封件能满足恶劣环境和高性能的严格要求，具有无与伦比的可靠性。
玻璃金属密封应用
玻璃金属密封件广泛应用于各种产品和行业，包括：
- 高温传感器
- 石油和天然气应用
- 电池和电容器
- 核反应堆
- 可植入医疗设备
- 光电子封装
- 汽车安全气囊
玻璃金属密封件的主要目的是让电气或光学信号安全可靠地通过真空密封外壳或封装。同时，这些密封件也可防止水汽侵入或密封泄漏，避免封装内部的电气元件和系统、半导体、电镀化学品、引燃引药或其他物质损坏或发生故障。
GTMS 技术可在极端温度、湿度、高压或腐蚀性化学品等恶劣操作条件下可靠地运行，有助于延长使用寿命、提高性能和效率以及创新设计。玻璃金属密封的核心目的是要实现可靠的连接，为高质量和持久耐用的密封元件或设备的制造提供保护。GTMS 元件具有多功能、设计和尺寸，适用于各种应用。
优点：GTMS 为何与众不同
玻璃金属密封件用途广泛，可以专门设计定制的功能，以满足特定应用需求。示例包括：
- 气密密封，真空密封：氦气泄漏率优于 10−⁸ mbar*l/s，可防止水分和气体进入。
- 使用寿命长：使用寿命长达 60 年，有助于提高安全性并降低拥有成本。核电用贯穿件就是其中一例。
- 耐极高温：工作条件从 -200 ºC 到 +1000 ºC 以上 （例如液化天然气或高温尾气传感器馈通）。
- 耐高压：玻璃金属馈通件的设计可承受高达 400兆帕的压力。这一优点对于石油和天然气勘探非常有用。
- 强大的耐化学性：耐化学性设计，可耐受强酸或强碱、油、气甚至电解液。锂离子电池盖就属于此例。
- 推动新设计：GTMTS 可实现小型化、简单化和轻量化。可提供非磁性金属和定制金属。
- 高性能，高效率：例如散热、高功率、高速传输、射频透明度、或大批量成本效益。
玻璃金属密封的类型
气密玻璃密封组件可以设计为多种格式、尺寸、材料组合和复杂度。肖特的 GTMS 产品直径范围为 1.2 至 600 mm。金属包括不锈钢、铝和钛。我们的专家知道如何从数百种不同的玻璃和金属中选择合适的材料组合。
玻璃金属密封馈通件
馈通件穿过屏障或外壳并传输电源和电气或光学信号，同时还防止灰尘、湿气、气体或其他元素进入。
玻璃金属密封连接器
连接器为组件或系统之间建立电气或机械连接，使得电缆、电线或设备可以重复连接或断开。它们通常由一个公头和一个母头组成。
玻璃金属密封管座
管座是一个基板，上面安装电子和光学元件（如半导体、激光二极管和简单的电子电路）。它们具有各种引脚配置，可以表面安装或穿孔安装在印刷电路板上。
玻璃金属密封平窗和管帽
平窗和透镜管帽是气密接口，可实现高度有效和精确的光学信号发送和接收。
玻璃金属密封微电子封装
微电子封装可在极端恶劣的工作条件下保护电气组件和组件，同时实现可靠的电力和信号传输。它们通常被称为混合封装、多芯片模块外壳或集成电路 (IC) 封装。
玻璃金属密封盖
气密盖为原电池和工业级锂离子电池提供持久的气密保护。它们还用于密封铝电解液电容器和超级电容器。
玻璃金属密封技术
要打造高质量玻璃金属密封件，其中一个重要方面是将材料与最佳热膨胀系数 (CTE) 相结合。对金属和合适的密封玻璃进行专业选择和后续加工处理，这对于密封件的持久气密性至关重要。根据所用玻璃和金属及其相应热膨胀系数，GTMS 产品分为两种类型：
匹配密封
在匹配的密封件中，玻璃和金属的 CTE 得到平衡。这种密封件通常适用于存在高温变化或引脚间距或尺寸很小的（如微型化或非圆形）的应用。根据设计，匹配的玻璃金属密封件能够在数万次热冷循环中保持完整性，非常适合半导体和光电组件，因为结构完整性对被封装的电子元件精确制造至关重要。
压缩密封
在压缩密封件中，玻璃和金属的 CTE 差异极大。因此，外部金属基座（外壳）在生产过程中会牢固向那内部的密封玻璃方向收缩。这种压力形成了具有极高物理强度的密封。事实上, 向玻璃方向的压力是向外拉力的 10 到 20 倍。这就是压缩密封件通常用于高机械坚固性设计的原因。这种密封件适用于汽车和能源应用，其长期密封完整性对于电子元件在不稳定环境中的持续安全运行至关重要。
如何生产玻璃金属密封
玻璃金属密封采用复杂但极为高效的生产工艺，其中仅涉及三个组件：金属底板（外壳）、金属引脚（馈通件）和玻璃预成型件（密封材料）。为使最终装配具备卓越的可靠性，需要彻底了解基本细节。通过调整玻璃类型和配方，我们能最大程度地提高产品的坚固性和可靠性，特别是在定制元件领域。为了最大限度提高密封完整性，选择适合应用的金属和玻璃组合以及正确完成密封过程至关重要。肖特的内部开发能力强大，能够改变或设计全新的玻璃类型，以应对独特的挑战并适用于新应用。
玻璃金属密封件的生产过程可分为五个主要方面：
- 选择合适的密封玻璃
- 封装和馈通件的设计/验证
- 密封
- 电镀
- 系统集成
选择合适的密封玻璃
作为一家专业玻璃公司，玻璃专业知识和制造能力是让肖特在玻璃金属密封领域脱颖而出的“秘密武器”。从玻璃的开发、熔融、铣削到预成型制造，全部由我们世界领先的玻璃配方和气密密封专家在内部实施全面管理。
根据所用金属和工作条件选择正确的密封玻璃对于生产高耐用性玻璃金属密封件而言至关重要。肖特提供最广泛的标准玻璃，并不断开发可用于满足高级要求的新特种玻璃。这些功能使我们能够满足客户所需的确切规格。
为了生产玻璃预成型件，需要将特种玻璃熔体加工成碎片，研磨成细小的玻璃粉，然后压制并烧结成预成型件。肖特玻璃预制件具有极高的尺寸精度、机械稳定性、一致的重量和光滑的表面，所有这些方面对于打造坚固可靠的玻璃-金属气密密封件都起着决定性作用。
封装和馈通件的设计/验证
肖特的开发过程是一种协作：我们与客户密切合作，为当前应用提供卓越的组件。
直接工程支持、完全定制以及提供更具成本效益或复杂度更低的设计，这些都是玻璃-金属密封件设计和开发步骤的组成部分。通过利用经验和先进的验证措施来，肖特可以改进原始产品概念。
验证是 GTMS 的关键。肖特可以使用各种工具和支持系统进行模拟和测试，以验证密封件在应用中的成功实施，也可以使用客户的流程进行验证。我们提供熔焊、钎焊、热处理和各种其他方法来验证概念。最重要的是，我们帮助客户实现愿望！
密封
密封工艺将三个独立的部件转换为单个真空密封的玻璃-金属密封组件。为实现这一点，需要将玻璃预型件、金属底板和金属引脚组装到碳纤维夹具中，并采用高度受控和专业化的工艺将其送入熔炉中。材料的温度、炉温条件、气体成分和加热/冷却行为都会根据组装要求进行专业优化。
GTMS 玻璃金属密封工艺成功完成后，最终会得到坚固耐用的部件，并且符合既定的精确设计规格。
电镀
电镀是生产玻璃金属密封件的最后一步，它涉及在密封过程完成后进行各种表面处理。这些处理可实现各种功能，例如防腐蚀保护或实现电气互连。镍、金和锌等电镀金属通常仅应用于引脚，以节省贵金属。
肖特在内部执行所有电镀工艺。这是我们和许多将此流程外包的 GTMS 制造商的重要区别，外包会延长交货期并且可能引入潜在的质量问题。
肖特的内部电镀设施经过优化，可满足原型数量要求，实现大批量、质量稳定的连续生产。我们可以就材料类型和厚度提供建议，帮助优化最终组装的效率和性能。
系统集成
玻璃金属密封件通过肖特的最终质量检验后，就会交付给客户，然后客户将馈通件和连接器安装到密封组件中。
例如，客户在管座和微电子封装安装芯片或 PCB。电极或激光焊接用于连接导线和封闭外壳。
这同样适用于电池和电容器：在装入电解液后，客户将肖特盖焊接到电池或电容器罐上。
客户可自行将密封组件集成到其产品中，或委托加工商进行此项工作。
了解近期应用示例
我们与客户合作，不断开发创新产品，以提高大批量生产的密封组件以及定制产品的性能、安全性和耐用性。
为电动汽车空调压缩机提供可靠连接
高电压应用和48伏系统的最佳密封和电力传输可更好地为电动压缩机供电。肖特为大批量系列产品确保高品质。
全球第一艘液化氢运输船采用肖特的贯通件
全球第一艘液化氢运输船 SUISO Frontier 上安装了许多玻璃密封 Eternaloc® 贯通件，提高安全性。肖特与川崎重工共同开发了为后者量身定制的双层玻璃密封真空气密贯通件，用于为船舶的监控系统传输电气和光学信号。
玻璃密封连接器有助于延长医疗设备的使用寿命
现代医疗设备内的电子元件需要受到保护，以免受到高压灭菌器等恶劣条件的影响。连接器是此过程中最重要的组件之一，它为设备部分之间建立电气和数据连接。这些连接由玻璃的完整性加固。
相关产品
肖特是玻璃金属气密密封 (GTMS) 领域的全球领导者，可提供多种应用支持，服务于我们日常生活的方方面面。在下方探索我们的明星产品，或转到产品选择器查看所有产品。
常见问题
什么情况下需要使用气密密封？
了解气密密封的优势及如何提高电子元件性能和效率
什么情况下才能确保真正的气密性？
详细了解气密密封及其如何保护敏感电子元件免受湿气和气体渗入。