Электрондық компоненттерге арналған металдардың түрлері және оларды өндіру әдістері
Қазіргі заманғы электроника тек тізбек дизайнымен және чиптің күрделілігімен ғана емес, сонымен қатар әрбір компонент үшін дұрыс металды таңдаумен де анықталады. Металдар электр өткізгіштері, жанасу материалдары, коррозияға қарсы жабындар, компоненттік сымдар, дәнекерлеу материалдары және тіпті жылу қабылдағыштар мен электромагниттік экрандауға арналған құрылымдық материалдар ретінде маңызды рөл атқарады. Әрбір металл түрі әртүрлі сипаттамаларды ұсынады - өткізгіштік, коррозияға төзімділік, механикалық беріктік, балқу температурасы және өндірудің қарапайымдылығы - сондықтан таңдау қолдану қажеттіліктеріне бейімделуі керек. Бұл мақалада электронды компоненттерде жиі қолданылатын металдардың түрлері және оларды өнеркәсіпте өндіру әдістері талқыланады.
1. Мыс (мыс/мыс): өткізгіштердің негізі
Мыс электроникадағы ең басым металл болып табылады, себебі ол өте жоғары электр өткізгіштігі, икемділігі және бағалы металдармен салыстырғанда салыстырмалы құнына байланысты. Мыс баспа схемаларында (БС), кабельдерде, қозғалтқыш/трансформатор орамаларында, шиналарда және қосқыштарда қолданылады.
Өндіріс техникасы:
– Тазарту және электрмен тазарту: Мыс кені жоғары тазалыққа (көбінесе >99,9%) жету үшін тазартылады. Электрондық қолданбалар үшін төмен кедергіні қамтамасыз ету үшін тазалық маңызды.
– Илемдеу және күйдіру: Мыс ПХД үшін жұқа парақтарға (фольгаға) иленеді, содан кейін оны икемді және өңдеуді жеңілдету үшін күйдіріледі (бақыланатын түрде қыздырылады және салқындатылады).
– Мыстың гальваникалық қаптамасы: ПХД өндірісі процесінде жолдың қалыңдығын арттыру үшін белгілі бір жерлерде мыс жолдарды гальваникалық қаптау арқылы «өсіруге» болады.
2. Алюминий (Al): жылу үшін жеңіл, арзан және сенімді
Алюминий жылу қабылдағыштар, корпустар, құрылғы рамалары және электролиттік конденсаторлар (анод фольгасы ретінде) үшін кеңінен қолданылады. Оның электр өткізгіштігі мыстан төмен болғанымен, алюминий жеңіл салмағы, коррозияға төзімділігі (табиғи оксид қабатына байланысты) және жақсы жылу өткізгіштігімен ерекшеленеді.
Өндіріс техникасы:
– Қалыпқа құю және экструзия: Жылу қабылдағыштар көбінесе салқындатқыш қанаттарды қалыптастыру үшін экструзия (алюминийден қалыпқа итеру) немесе күрделі пішіндерді алу үшін қалыпқа құю арқылы жасалады.
– Анодтау: Қалыңырақ, тұрақтырақ оксид қабатын түзетін электрохимиялық процесс. Анодтау коррозияға төзімділікті арттырады және жылу шығару сипаттамаларын жақсарта алады (әрлеу түріне байланысты).
– Ою (конденсатор фольгасы үшін): Алюминий беті бетінің ауданын ұлғайту үшін ойылады, осылайша аз көлемдегі сыйымдылықты арттырады.
3. Қалайы (Sn) және дәнекер қорытпасы: компоненттер арасындағы қосқыштар
Қалайы - дәнекердің негізгі ингредиенті. Дәнекер электрлік байланыс пен механикалық беріктікті қамтамасыз ете отырып, компоненттерді баспа платасына қосады. Бүгінгі таңда көптеген салалар Sn-Ag-Cu сияқты SAC (қалайы-күміс-мыс) сияқты қорғасынсыз дәнекерлеуді пайдаланады.
Өндіріс техникасы:
– Қорытпа жасау (қорытпалар жасау): Қалайы тиісті балқу температурасы мен қосылыс беріктігін алу үшін белгілі бір құрамдарда күміс және мыспен араластырылады.
– Қайта ағып дәнекерлеу: Дәнекер пастасы баспа платасының тақтасына басылады (трафаретпен басып шығару), содан кейін дәнекер балқып, қосылыс түзуі үшін қайта ағып тұрған пеште қыздырылады.
– Толқынды дәнекерлеу: тесік арқылы өтетін компоненттер үшін тақта балқытылған дәнекер толқынының үстінен өткізіледі, осылайша компонент аяқтары дәнекерленеді.
4. Алтын (Au): Жоғары сапалы коррозияға қарсы контакт
Алтын жоғары тотығуға төзімділігі мен жоғары өткізгіштігіне байланысты қосқыштарда, байланыс төсемдерінде, байланыстырушы сымдарда және байланыс нүктелерінің жабындарында қолданылады. Алтын бірнеше рет қолданған кезде де, ылғалды ортада да тұрақты қосылыстарды қамтамасыз етеді.
Өндіріс техникасы:
– Алтынмен электродтау: Қосқыштың немесе төсемнің бетіне жұқа алтын қабаты жағылады. Қалыңдығы артық шығынсыз тозуға төзімділік үшін оңтайландырылған.
– Сымдарды байланыстыру: Жартылай өткізгіштер өнеркәсібінде алтын сым (немесе басқа баламалары) термодыбыстық/ультрадыбыстық байланыстыру процесі арқылы матрицаны қорғасын рамасына қосу үшін қолданылады.
– ENIG on PCB: PCB-дегі танымал әрлеу түрі - ENIG (электрсіз никельге батырылған алтын): никель электр тогынсыз жалатылады, содан кейін сыртқы қабат ретінде жұқа алтын қабаты қолданылады.
5. Күміс (Ag): Белгілі бір жолдар үшін ең жоғары өткізгіштік
Күміс кең таралған металдардың ішіндегі ең жоғары электр өткізгіштікке ие, сондықтан оны жоғары өнімді өткізгіштер, өткізгіш пасталар, түйме мембраналары және кейбір қосқыштар сияқты мамандандырылған қолданбаларда қолдануға мүмкіндік береді. Мәселе мынада, күміс күкіртпен әрекеттескенде күңгірттенуі мүмкін.
Өндіріс техникасы:
– Күміс пастасы (трафареттік басып шығару): Икемді тізбектерде немесе мембраналарда күміс өткізгіштердің үлгісі арнайы трафареттік басып шығару әдісін қолдана отырып басылады, содан кейін кептіріледі/қатайтылады.
– Күміс жалату: Электродальды жалату, әсіресе жоғары ток кезінде, байланыс кедергісін азайту үшін белгілі бір қосқыштарда жасалады.
6. Никель (Ni): тосқауыл жабыны және тозуға төзімділік
Никель көбінесе металл диффузиясының алдын алу және қосқыштардағы тозуға төзімділікті жақсарту үшін тосқауыл қабаты ретінде қызмет етеді. ПХД әрлеуінде никель алтыннан бұрын қолданылады (мысалы, ENIG), себебі ол төсемге беріктік пен тұрақтылықты қамтамасыз етеді.
Өндіріс техникасы:
– Электролиз никельмен қаптау: Күрделі геометрияларға жарамды, электр тогынсыз біркелкі никель қабатын түзеді.
– Никельді электродпен қаптау: қалыңдығын нақты бақылауды қажет ететін жабындар үшін қолданылады.
7. Палладий (Pd) және платина (Pt): жанасуға және жабынға тұрақты
Палладий кейбір қосқыштарда және алтын жалатуға балама ретінде тозуға төзімділікті арттыру үшін кейде арзанырақ бағамен қолданылады. Платина қымбаттығына байланысты сирек қолданылады, бірақ оның жоғары химиялық төзімділігі оны белгілі бір сенсорлық қолданбаларға жарамды етеді.
Өндіріс техникасы:
– Селективті жабын: Pd көбінесе шығындарды үнемдеу үшін тек жанасатын жерлерге ғана селективті түрде жағылады.
– Сенсорлық электродтарды жасау: Pt литографиялық тұндыру және өрнектеу арқылы жұқа электродтарға айналуы мүмкін (әсіресе сенсорлар мен микроқұрылғыларда).
8. Темір, болат және құрылымдық қорытпалар: механикалық беріктік және қорғаныс
Болат және темір қорытпалары беріктікке мұқтаж рамалар, бұрандалар, шассилер және корпустар үшін қолданылады. Сонымен қатар, кейбір қаңылтыр металдарды электромагниттік сәулеленуден қорғау ретінде пайдалануға болады.
Өндіріс техникасы:
– Штамптау және иілу: Болат парақтар кесіліп (штампталып), кронштейндер, қақпақтар және рамалар жасау үшін иіледі.
– Коррозияға қарсы жабын: Болат әдетте тот баспайтын болу үшін мырышпен (мырыштау), никельмен немесе бояумен/ұнтақпен қапталады.
– Қалқанды қалыптастыру: ПХД-дағы электромагниттік кедергілерден қорғайтын қалқандар көбінесе штампталатын, содан кейін дәнекерлеу немесе қыстырғыштармен бекітілетін жұқа металл парақтардан жасалады.
9. Қорғасын рама: интегралдық микросхемаларды қаптауға арналған мыс және мыс қорытпалары
Кейбір интегралдық тізбектерде қорғасын рамалары жақсы өткізгіштігі және дәл қалыптауды жеңілдетуіне байланысты мыстан немесе оның қорытпаларынан жасалған.
Өндіріс техникасы:
– Прогрессивті штамптау: Табақ металы интегралдық микросхеманың аяқтарын қалыптастыру үшін қалыптар арқылы кезең-кезеңмен өңделеді.
– Химиялық ою: Қорғасын қаңқасының өрнегін «ойып» жасау үшін химиялық заттарды пайдалана отырып, ұсақ бөлшектерге балама.
– Қаптау (Sn, Ni, Ag, Au): Қорғасын қаңқа дәнекерлеуді және коррозияға төзімділікті жақсарту үшін қапталған.
10. Электроникадағы металдарды таңдау критерийлері
Металлды таңдау тек өткізгіштікпен ғана шектелмейді. Дизайнерлер сонымен қатар мыналарды ескереді:
1. Электр өткізгіштігі және жанасу кедергісі (мысалы, мыс, күміс, алтын).
2. Тотығуға/коррозияға төзімділік (алтын өте жоғары, никель тосқауыл ретінде қолданылады).
3. Механикалық беріктік және тозу (болат, никель, палладий).
4. Жылу өткізгіштік (жылу қабылдағыш үшін алюминий).
5. Қайта ағып дәнекерлеу, қаптау және штамптау сияқты өндірістік процестердің үйлесімділігі.
6. Материалдардың құны мен қолжетімділігі және жеткізу тізбегінің тұрақтылығы.
Жабу
Металдар - электрондық құрылғыларда электр сигналдарының ағып кетуіне, жылудың таралуына және қосылыстардың ұзақ уақытқа созылуына мүмкіндік беретін «физикалық негіз». Мыс өткізгіштік жолында басым, алюминий жылуды басқаруда жақсы, қалайы және оның қорытпалары компоненттерді дәнекерлеу арқылы бірге ұстайды, ал алтын, күміс, никель және палладий жанасу сапасы мен коррозияға төзімділікті қамтамасыз етеді. Бұл металдардың артында илемдеу, штамптау, экструзиялау, ою, қаптау және қайта ағызу дәнекерлеуі сияқты өндіріс әдістері электрондық компоненттерді жоғары сапалы жаппай өндірудің кілті болып табылады. Металдардың сипаттамаларын және оларды өндіру әдістерін түсіну арқылы біз сенімдірек, тиімдірек және берік құрылғыларды жасай аламыз.
Қаласаңыз, мен бұл мақаланы белгілі бір контекстке бейімдей аламын — мысалы, PCB, қосқыш немесе SMT құрастыру өнеркәсібіне назар аудара отырып — және библиография мен техникалық ресурстарды қоса аламын.
