Tegundir málma sem notaðir eru við gerð tölvuíhluta
Tölvurnar sem við notum dagsdaglega virðast vera snyrtilegt safn raftækja: kassinn, skjárinn, lyklaborðið og ýmis jaðartæki innan í þeim. Hins vegar, undir öllu þessu, liggur „burðarás“ úr efnum sem halda tækinu stöðugu, endingargóðu og færu um að leiða rafmagn og hita vel. Einn mikilvægasti efnisflokkurinn í framleiðslu tölvuíhluta er málmur. Málmar eru valdir vegna góðrar raf- og varmaleiðni, vélræns styrks, sveigjanleika og tæringarþols (fer eftir gerð). Þessi grein fjallar um þær tegundir málma sem almennt eru notaðir í tölvuíhlutum, virkni þeirra og hvers vegna þeir eru aðalval í greininni.
1. Kopar
Kopar er málmur sem er samheiti yfir heim rafeindatækni. Ástæðan er ljós: kopar hefur mjög mikla rafleiðni, sem gerir honum kleift að leiða rafstraum á skilvirkan hátt og lágmarka orkutap. Í tölvum er kopar oftast að finna í:
– Brautir á prentuðu rafrásarborði (PCB): Koparlög mynda „brautir“ sem tengja rafeindaíhluti saman.
– Kaplar og tengi: Rafmagnssnúrar, gagnasnúrar og tengi nota oft koparkjarna.
– Kælihólf og hitapípa: Þar sem kopar hefur mikla varmaleiðni flytur hann á áhrifaríkan hátt hita frá örgjörvanum/skjákortinu til kælifjaðranna.
Ókosturinn við kopar er tiltölulega hærra verð en ál og þyngri þyngd. Hins vegar er kopar enn staðalbúnaðurinn til að hámarka varma- og straumflutning.
2. Ál
Ál er mikið notað vegna þess að það er létt, sterkt, tiltölulega ódýrt og hefur góða tæringarþol (þökk sé náttúrulegu oxíðlagi sínu). Í tölvubúnaði er ál almennt notað í:
– Fartölvu- og tölvuhulstur: Veitir styrk án þess að auka þyngd.
– Kælir: Þó að varmaleiðni áls sé lægri en kopar, þá myndast auðveldlega þunnar fjaðrir sem auka varmadreifingarsvæðið.
– Íhlutarammar og festingar: Til dæmis festingar fyrir harða diska/SSD diska eða aflgjafarammar.
Vegna málamiðlunar milli hitauppstreymis, kostnaðar og þyngdar hefur ál orðið ákjósanlegur málmur fyrir nútíma tölvuiðnaðarhönnun, sérstaklega fartölvur.
3. Gull
Gull er þekkt sem eðalmálmur, en hlutverk þess í tölvum er ekki bara „lúxus“. Gull er notað vegna þess að:
– Góð rafleiðni
- Mjög þol gegn tæringu og oxun
– Langtíma stöðug rafmagnstenging
Gull finnst yfirleitt sem þunn húð (gullhúðun) á tengjum, svo sem vinnsluminnistengjum, PCIe raufum, ákveðnum kapaltengjum og örgjörvatengingum. Ef tengitengirnir tærast auðveldlega geta truflanir á merkjum komið upp, sem veldur villum og jafnvel kemur í veg fyrir að tækið sé greint. Gullhúðun hjálpar til við að viðhalda gæðum rafmagnstenginga, sérstaklega á svæðum þar sem núningur er mikill við uppsetningu og fjarlægingu.
4. Silfur
Silfur hefur mesta rafleiðni meðal málma, jafnvel betri en kopar. Hins vegar er það dýrara og getur dofnað (svartnað) vegna efnahvarfs við brennistein í loftinu. Þrátt fyrir þetta er silfur enn notað í ýmsum sérhæfðum tilgangi, svo sem:
– Ákveðin leiðandi pasta og lóðmálmur
– Rafmagnstengi með mikilli afköstum
– Sum lög eða íhlutir í ákveðnum tækjum þurfa mjög lága viðnám.
Í tölvuíhlutum er silfur yfirleitt ekki notað eins mikið og kopar eða ál vegna kostnaðarástæðna.
5. Tin
Tin gegnir lykilhlutverki í lóðun. Lóðmálmur er tengiefni rafeindaíhluta við prentaðar rafrásarplötur. Áður innihélt lóð mikið magn af blýi, en rafeindaiðnaðurinn hefur nú fært sig yfir í blýlaust lóðmálm, sem er almennt tin-byggður með blöndu af öðrum málmum eins og silfri og kopar.
Nútímatölvur eru með þúsundir lóðtenginga, sérstaklega á móðurborðum og skjákortum. Gæði lóðunar eru mikilvæg fyrir áreiðanleika tækja: léleg lóðun getur valdið sprungnum tengingum (sérstaklega vegna hita- og kuldahringrása), sem leiðir til vandamála eins og „engin skjámynd“, tíðra endurræsinga tækja eða skyndilegra bilana í tengjum.
6. Nikkel
Nikkel er oft notað sem verndandi og styrkjandi húðun á mörgum íhlutum. Helsta hlutverk þess er að auka tæringarþol og bæta vélræna eiginleika yfirborða. Dæmi um notkun nikkels í tölvuíhlutum eru:
– Húðun á tengibúnaðinum (oft sem grunnlag áður en gull er sett á)
– Húðun á kæliskápnum eða ákveðnum hlutum til að koma í veg fyrir oxun
– Blanda af ýmsum málmblöndum
Nikkel er einnig mikilvægt í rafhúðunariðnaðinum, þar sem það hjálpar til við að skapa sterk og endingargóð yfirborð.
7. Járn og stál (Járn og stál)
Þótt tölvur séu samheiti yfir „smáa rafeindabúnaði“ notar efnisleg uppbygging þeirra mikið járn og stál. Stál er járnblöndu með viðbættu kolefni og öðrum frumefnum til að auka styrk. Í tölvum er stál almennt notað til að:
– Rammi fyrir borðtölvu
– Skrúfur, sviga og íhlutahlífar
– Innri hlutar aflgjafans (PSU)
Járn/stál hefur kosti hvað varðar styrk og kostnað, þó það sé þyngra og viðkvæmt fyrir tæringu ef það er ekki húðað. Þess vegna eru stálhlutar oft málaðir, galvaniseraðir eða húðaðir á annan hátt.
8. Sink
Sink er oft notað sem verndandi húðun (galvanisering) á stáli til að koma í veg fyrir ryð. Það er einnig notað í málmblöndur eins og:
– Messing: kopar- og sinkblöndu, oft notuð í skrúfur, afstöður móðurborða og sum tengi vegna þess að hún er sterk og tæringarþolin.
– Steypumálmblanda (t.d. Zamak): notuð fyrir litla íhluti sem þurfa nákvæma lögun, nægilegan styrk og ódýra fjöldaframleiðslu.
Sink er sjaldan „séð“ af notandanum, en það stuðlar mjög að vélrænni endingu og líftíma íhlutsins.
9. Kóbalt
Kóbalt er oft rætt í samhengi við rafhlöður, sérstaklega í litíumjónarafhlöðum sem notaðar eru í fartölvum. Sumar rafhlöðuframleiðslur nota kóbalt-byggð efni (t.d. LCO eða NMC) til að auka stöðugleika og orkuþéttleika. Þótt kóbalt sé ekki „málmur“ í formi beinagrindarlíkrar byggingar, er það mikilvægur þáttur í rafefnafræðilegum efnum rafhlöðu.
Vegna sjálfbærni og siðferðislegra vandamála í námuvinnslu heldur iðnaðurinn áfram að þróa rafhlöður með lægra kóbaltinnihaldi, en kóbalt er samt sem áður nauðsynlegt frumefni í mörgum rafhlöðum.
10. Tantal (Tantal)
Tantal er oft notað í tantalþétta, smáa íhluti sem geyma og stöðuga rafhleðslur. Þessi tegund þétta er þekkt fyrir:
- Lítil stærð með mikilli afkastagetu
- Stöðugt við ákveðið hitastig
– Áreiðanlegt fyrir aflrásir
Tantalþéttar eru algengir í móðurborðum, skjákortum og litlum tölvum. Hins vegar, þar sem tantal tengist vandamálum sem tengjast „árekstra steinefnum“ (í ákveðnum framboðskeðjum), hafa stórir framleiðendur yfirleitt strangari innkaupastefnu.
Lokun
Sköpun tölvuíhluta er sambland af hátækni og mjög sértæku efnisvali. Kopar er frábær fyrir rafmagnsleiðir og varmaflutning, ál er tilvalið fyrir léttar mannvirki og hitasvella, gull og nikkel viðhalda gæðatengingum, tin myndar burðarás lóðs og stál veitir vélrænan styrk undirvagnsins. Málmar eins og kóbalt og tantal gegna hins vegar lykilhlutverki í rafhlöðum og stuðningsrafeindaíhlutum. Að skilja þær tegundir málma sem notaðir eru í tölvum hjálpar okkur að sjá að stafræn tæki eru ekki bara „flögur“ og „hugbúnaður“ heldur einnig flókin verk iðnaðarfræðilegrar efnisverkfræði.
Ef þú vilt get ég bætt við sérstökum kafla þar sem ítarlegar upplýsingar eru gerðar um málmana í hverjum íhlut (örgjörva, skjákort, vinnsluminni, móðurborð, SSD/HDD, aflgjafa og kassa) til að gera greinina betur uppbyggða eins og námseiningu.
