Электрон эд ангиудын металлын төрлүүд ба тэдгээрийн үйлдвэрлэлийн техникүүд
Орчин үеийн электроникийг зөвхөн хэлхээний дизайн, чипийн нарийн төвөгтэй байдлаар төдийгүй бүрэлдэхүүн хэсэг бүрт тохирох металлыг сонгох замаар тодорхойлдог. Металлууд нь цахилгаан дамжуулагч, холбоо барих материал, зэврэлтээс хамгаалах бүрхүүл, бүрэлдэхүүн хэсгийн утас, гагнуурын материал, тэр ч байтугай дулаан шингээгч болон цахилгаан соронзон хамгаалалтын бүтцийн материалын хувьд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Металлын төрөл бүр нь цахилгаан дамжуулах чанар, зэврэлтээс хамгаалах чадвар, механик бат бөх чанар, хайлах цэг, үйлдвэрлэлийн хялбар байдал зэрэг өөр өөр шинж чанартай тул сонголтыг хэрэглээний хэрэгцээнд нийцүүлэн хийх ёстой. Энэ нийтлэлд электрон эд ангиудад түгээмэл хэрэглэгддэг металлын төрлүүд болон тэдгээрийг үйлдвэрлэлийн техникүүдийн талаар авч үзэх болно.
1. Зэс (Зэс/Куба): Дамжуулагчийн гол тулгуур
Зэс нь үнэт металлтай харьцуулахад маш өндөр цахилгаан дамжуулах чанар, уян хатан чанар, харьцангуй өртөгтэй тул электроникийн салбарт хамгийн давамгайлсан металл юм. Зэсийг хэвлэмэл хэлхээний самбар (PCB), кабель, мотор/трансформаторын ороомог, шин болон холбогч төхөөрөмжид ашигладаг.
Үйлдвэрлэлийн техник:
– Цэвэршүүлэх болон цахилгаан цэвэршүүлэх: Зэсийн хүдрийг өндөр цэвэршилттэй (ихэвчлэн >99,9%) болгохын тулд цэвэршүүлдэг. Электроникийн хувьд бага эсэргүүцэлтэй байхын тулд цэвэршилт чухал юм.
– Өнхрүүлэх болон хатаах: Зэсийг нимгэн хуудас (тугалган цаас) болгон элдэж, дараа нь илүү уян хатан, боловсруулахад хялбар болгохын тулд хатааж (хяналттай аргаар халааж, хөргөнө).
– Зэсийн электролиз: Хэлхээний самбар үйлдвэрлэх процесст зэсийн замыг тодорхой хэсэгт электролизээр "ургуулж", замын зузааныг нэмэгдүүлэх боломжтой.
2. Хөнгөн цагаан (Al): Дулааны хувьд хөнгөн, хямд, найдвартай
Хөнгөн цагааныг дулаан шингээгч, бүрхүүл, төхөөрөмжийн хүрээ, электролитийн конденсатор (анодын тугалган цаас болгон) хийхэд өргөн ашигладаг. Хэдийгээр цахилгаан дамжуулах чадвар нь зэсээс бага боловч хөнгөн жин, зэврэлтэнд тэсвэртэй (байгалийн исэл давхаргын улмаас), сайн дулаан дамжуулалтаараа давуу юм.
Үйлдвэрлэлийн техник:
– Хэв цутгах болон шахах: Дулаан шингээгчийг ихэвчлэн шахах (хөнгөн цагааныг хэвээр түлхэх) аргаар хөргөлтийн сэрвээ үүсгэх эсвэл нарийн төвөгтэй хэлбэрт зориулж хэв цутгах замаар хийдэг.
– Аноджуулалт: Илүү зузаан, илүү тогтвортой исэлдсэн давхарга үүсгэдэг электрохимийн процесс. Аноджуулалт нь зэврэлтээс хамгаалах чадварыг нэмэгдүүлж, дулаан ялгаруулалтын шинж чанарыг сайжруулж чадна (өнгөлгөөнөөс хамаарч).
– Сийлбэр (конденсаторын тугалган цаасны хувьд): Хөнгөн цагаан гадаргууг гадаргуугийн талбайг нэмэгдүүлэхийн тулд сийлж, улмаар бага хэмжээний багтаамжийг нэмэгдүүлдэг.
3. Цагаан тугалга (Sn) ба гагнуурын хайлш: Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хоорондох холбогч
Цагаан тугалга нь гагнуурын гол орц юм. Гагнуур нь эд ангиудыг хэлхээний самбартай холбож, цахилгаан холбоо болон механик бат бөх чанарыг хангадаг. Өнөөдөр олон үйлдвэрүүд Sn-Ag-Cu зэрэг SAC (Tin-Silver-Copper) зэрэг хар тугалгагүй гагнуурыг ашигладаг.
Үйлдвэрлэлийн техник:
– Хайлшлах (хайлш хийх): Цагаан тугалганыг тодорхой найрлагад мөнгө, зэстэй хольж, зохих хайлах цэг болон холболтын бат бөх чанарыг олж авдаг.
– Дахин урсгах гагнуур: Гагнуурын зуурмагийг самбарын дэвсгэр дээр хэвлээд (трафарет хэвлэх), дараа нь дахин урсгах зууханд халааж, гагнуур хайлж, холболт үүсгэдэг.
– Долгион гагнуур: Нүхээр дамжин өнгөрөх эд ангиудын хувьд хавтанг хайлсан гагнуурын долгионоор дамжуулж, эд ангийн хөлийг гагнана.
4. Алт (Au): Дээд зэрэглэлийн зэврэлтээс хамгаалах контакт
Алтыг өндөр исэлдэлтэд тэсвэртэй, өндөр цахилгаан дамжуулах чадвартай тул холбогч, контакт дэвсгэр, холбох утас, контакт цэгийн бүрхүүлд ашигладаг. Алт нь давтан ашигласан болон чийглэг орчинд ч холболтын тогтвортой байдлыг хангадаг.
Үйлдвэрлэлийн техник:
– Алтлаг электролиз: Холбогч эсвэл дэвсгэрийн гадаргуу дээр нимгэн алтны давхарга түрхэнэ. Зузаан нь хэт их зардал гарахгүйгээр элэгдэлд тэсвэртэй байхаар оновчтой болсон.
– Утасны холболт: Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлд алтан утсыг (эсвэл бусад хувилбаруудыг) термодууны/хэт авианы холболтын процессоор хэвийг хар тугалган хүрээтэй холбоход ашигладаг.
– ENIG on PCB: PCB дээрх түгээмэл өнгөлгөө нь ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) юм: никель нь цахилгаан гүйдэлгүйгээр бүрсэн бөгөөд гаднах давхарга болгон нимгэн алтаар бүрсэн байдаг.
5. Мөнгө (Ag): Тодорхой замын хамгийн өндөр дамжуулалт
Мөнгө нь нийтлэг металлуудын дунд хамгийн өндөр цахилгаан дамжуулах чадвартай тул өндөр хүчин чадалтай дамжуулагч, дамжуулагч зуурмаг, товчлуурын мембран болон зарим холбогч зэрэг тусгай зориулалтын хэрэглээнд ашиглагддаг. Хүхэртэй урвалд орсноос болж мөнгө өнгөө алдаж болзошгүй тул бэрхшээлтэй тулгардаг.
Үйлдвэрлэлийн техник:
– Мөнгөн зуурмаг (дэлгэцэн дээр хэвлэх): Уян хатан хэлхээ эсвэл мембранд тусгай дэлгэцэн дээр хэвлэх аргаар мөнгөн дамжуулагчийн хэв маягийг хэвлээд хатаана/хатууруулна.
– Мөнгөлөг бүрэлт: Ялангуяа өндөр гүйдлийн үед контактын эсэргүүцлийг бууруулахын тулд тодорхой холбогч дээр электролиз хийдэг.
6. Никель (Ni): Саадны бүрхүүл ба элэгдэлд тэсвэртэй байдал
Никель нь ихэвчлэн металлын тархалтыг зогсоох, холбогч эдэд элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг сайжруулахын тулд хаалт давхарга болдог. Хэвлэгчийн өнгөлгөөнд алтнаас өмнө никель ашигладаг (жишээлбэл, ENIG), учир нь энэ нь дэвсгэрт бат бөх, тогтвортой байдлыг өгдөг.
Үйлдвэрлэлийн техник:
– Цахилгаангүй никель бүрэлт: Нарийн төвөгтэй геометрт тохиромжтой, цахилгаан гүйдэлгүйгээр жигд никель давхарга үүсгэдэг.
– Никель электролиз: Илүү тодорхой зузааны хяналт шаарддаг бүрхүүлд ашигладаг.
7. Палладий (Pd) болон Платинум (Pt): Холбоо барих болон бүрэх үед тогтвортой
Паллади нь зарим холбогч болон алтаар бүрэхийн оронд элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг сайжруулахын тулд заримдаа хямд өртгөөр ашигладаг. Платинум нь өндөр өртөгтэй тул бага ашиглагддаг боловч химийн өндөр эсэргүүцэлтэй тул тодорхой мэдрэгчийн хэрэглээнд тохиромжтой болгодог.
Үйлдвэрлэлийн техник:
– Сонгомол бүрхүүл: Pd-г зөвхөн өртгийн хэмнэлтийн үүднээс зөвхөн хүрэлцэх хэсэгт сонгомол байдлаар бүрдэг.
– Мэдрэгч электрод үйлдвэрлэх: Pt-г литографийн тунадасжуулалт болон хээ угалзжуулалтаар (ялангуяа мэдрэгч болон микро төхөөрөмжүүдэд) нимгэн электрод болгон хувиргаж болно.
8. Төмөр, ган, бүтцийн хайлш: Механик бат бэх ба хамгаалалт
Ган болон төмрийн хайлшийг бат бөх чанар шаарддаг хүрээ, эрэг, явах эд анги, гэрт ашигладаг. Үүнээс гадна, зарим хуудас металлыг цахилгаан соронзон цацрагийн хамгаалалт болгон ашиглаж болно.
Үйлдвэрлэлийн техник:
– Тамгалах ба нугалах: Ган хуудсыг хайчилж (тамгалах) ба нугалж, хаалт, бүрхүүл, хүрээ үйлдвэрлэдэг.
– Зэврэлтээс хамгаалах бүрхүүл: Ганыг зэврэлтээс хамгаалахын тулд ихэвчлэн цайр (цайрдуулах), никель эсвэл будаг/нунтаг бүрхүүлээр бүрдэг.
– Бамбай үүсэх: Хэвлэлийн самбар дээрх цахилгаан соронзон цацрагийн хамгаалалтыг ихэвчлэн нимгэн металл хуудаснаас хийж, дараа нь гагнуур эсвэл хавчаараар бэхэлдэг.
9. Хар тугалган хүрээ: IC савлагаанд зориулсан зэс ба зэсийн хайлш
Зарим IC савлагаанд хар тугалган хүрээ нь сайн цахилгаан дамжуулах чадвар, нарийн хэвэнд оруулахад хялбар байдлаас шалтгаалан зэс эсвэл түүний хайлшаар хийгдсэн байдаг.
Үйлдвэрлэлийн техник:
– Дэвшилтэт тамгалах: Хуудасны металлыг хэвээр дамжуулан үе шаттайгаар боловсруулж, IC-ийн хөлийг үүсгэдэг.
– Химийн сийлбэр: Хар тугалган хүрээний хээг “сийлэх” химийн бодис ашиглан нарийн ширийн зүйлийг хийх өөр нэг хувилбар.
– Бүрээс (Sn, Ni, Ag, Au): Хар тугалган хүрээг гагнах чадвар болон зэврэлтээс хамгаалах чадварыг сайжруулахын тулд бүрсэн.
10. Электроникийн металлыг сонгох шалгуур
Металлын сонголт нь зөвхөн цахилгаан дамжуулах чанар биш юм. Дизайнерууд мөн дараахь зүйлийг анхаарч үздэг.
1. Цахилгаан дамжуулах чанар ба холбоо барих эсэргүүцэл (жишээ нь зэс, мөнгө, алт).
2. Исэлдэлт/зэврэлтэд тэсвэртэй (алт нь маш сайн, никель нь саад тотгор болдог).
3. Механик бат бэх ба элэгдэл (ган, никель, палладий).
4. Дулааны гүйцэтгэл (дулаан шингээгчийн хөнгөн цагаан).
5. Дахин урсгалтай гагнуур, бүрэх, тамгалах зэрэг үйлдвэрлэлийн процессуудын нийцтэй байдал.
6. Материалын өртөг, бэлэн байдал болон хангамжийн сүлжээний тогтвортой байдал.
Хаах
Металл нь электрон төхөөрөмжүүдэд цахилгаан дохио урсах, дулаан тархах, холболт удаан үргэлжлэх боломжийг олгодог "физик суурь" юм. Зэс нь дамжуулалтын замд давамгайлдаг, хөнгөн цагаан нь дулааны менежментэд давуу, цагаан тугалга болон түүний хайлш нь гагнуурын явцад эд ангиудыг хооронд нь холбодог бол алт, мөнгө, никель, палладий нь холбоо барих чанар, зэврэлтээс хамгаалах чадварыг хангадаг. Эдгээр металлын цаана өнхрөх, тамгалах, шахах, сийлэх, бүрэх, дахин урсгах гагнуур зэрэг үйлдвэрлэлийн техникүүд нь электрон эд ангиудыг өндөр чанартай масс үйлдвэрлэх гол түлхүүр юм. Металлын шинж чанар болон тэдгээрийн үйлдвэрлэлийн техникийг ойлгосноор бид илүү найдвартай, үр ашигтай, удаан эдэлгээтэй төхөөрөмжийг зохион бүтээж чадна.
Хэрэв та хүсвэл би энэ өгүүллийг тодорхой нөхцөл байдалд тохируулан өөрчилж болно - жишээлбэл, хэлхээний самбар, холбогч эсвэл SMT угсралтын салбарт анхаарлаа хандуулж, ном зүй болон техникийн нөөцийг нэмж болно.
