밀폐 포장은 어떻게 이루어지나요? — GTMS(Glass-to-Metal Seal)의 안정적인 연결 솔루션

4. GTMS의 기본 원리: 고온 용융, 냉각 및 밀봉

유리-금속 밀봉(GTMS)의 원리는 간단합니다. 유리를 용융 상태로 가열하고, 금속 표면을 흐르게 하고 적시며, 경계면에서 화학 결합 또는 미세 기계적 연동을 형성하고, 냉각 후 조밀한 밀봉 경계면을 얻습니다.

이 기술은 20세기 초 진공관 제조에서 유래되었으며 이후 항공우주, 군사 전자, 센서, 광전자 부품 패키징 및 기타 분야에서 널리 사용되었습니다. 장기간의 개발을 거쳐 밀폐 포장 분야에서 가장 널리 사용되고 기술적으로 성숙한 주류 솔루션 중 하나가 되었습니다.

그러나 단순한 원칙이 단순한 실행을 의미하는 것은 아닙니다. 그 과정에서 가장 어려웠던 문제는 무엇이었나요?

5. 가장 큰 과제: 열팽창 계수가 일치해야 합니다.

밀봉은 900~1100℃에서 수행됩니다. 실온으로 냉각했을 때 유리와 금속 사이의 수축 차이가 너무 크면 부서지기 쉬운 유리가 직접 깨집니다.

정확한 치수 설계와 열역학적 매칭 계산을 통해 다음 두 가지 솔루션이 있습니다.

일치하는 밀봉: 열팽창 계수가 비슷한 유리와 금속 쌍을 선택합니다. 고전적인 조합은 냉각 후 응력이 최소화되는 붕규산 유리를 포함하는 Kovar(CTE≒5.3×10⁻⁶/°C)입니다.

압축 씰: 유리보다 팽창 계수가 상당히 높은 금속(스테인리스강 등)을 선택하고 유리와 결합합니다. 냉각 후 금속은 더 수축되어 외부에서 유리에 일정한 압축 응력을 가합니다. 미세 균열이 있더라도 팽창하지 않아 누출이 발생합니다.

일치하는 씰은 응력이 낮습니다. 압축 씰은 응력이 높습니다. 각각에는 적용 가능한 시나리오가 있습니다.

물질적인 문제는 해결됐는데, 실제 제품에서 GTMS는 어떤 모습일까요?

6. 일반적인 제품 형태: 피드스루

가장 일반적인 GTMS 애플리케이션은 밀봉된 피드스루입니다. 금속 핀은 금속 하우징에 미리 ​​뚫은 구멍을 통과하고 유리 절연체는 핀과 하우징 사이의 간격을 채웁니다. 고온에서 녹이고 냉각된 후 세 부분이 하나로 밀봉됩니다.

이 구조는 한 번에 네 가지 작업을 수행합니다.

밀봉 - 유리가 틈을 채우고 분자 수준의 누출 방지

절연 - 유리 저항 최대 10^4 ©·cm, 케이스와 핀 사이에 전기 연결 없음

고정 - 핀이 단단히 위치하며 진동과 충격에 강함

전송 - 신호 전송을 위해 하우징 내부와 외부를 연결합니다.

이것이 GTMS 피드스루가 센서, 커넥터 및 광통신 모듈의 표준 솔루션이 된 이유입니다.

7. GTMS의 장점 및 적용 범위

GTMS 장점: 성숙한 공정, 저렴한 비용, 대량 생산에 적합, 우수한 전기 절연성.

GTMS 제한사항:

장기 작동 온도 ≤300℃

유리는 부서지기 쉬우며 충격 저항이 제한적입니다.

고주파수(>10GHz)에서 유전 손실 증가

애플리케이션 요구 사항이 GTMS의 성능 경계를 초과하는 경우(예: 고온, 고전력, 밀리미터파 주파수 또는 높은 기계적 강도 시나리오) 내열성, 열 전도성 및 기계적 특성이 더 높은 세라믹 금속 씰(CTMS) 솔루션이 필요합니다.

[다음 기사 미리보기] 다음 기사에서는 세라믹 금속 씰(CTMS)이 어떻게 고온, 고전력, 고주파의 응용 요구 사항을 충족할 수 있는지 자세히 분석할 것입니다 .