Электроникийн үйлдвэрт осмиум металлын хэрэглээ
Осми нь дэлхийн царцдас дахь хамгийн ховор металлуудын нэг бөгөөд цагаан алт, иридиум, рутений, роди, палладийн хамт цагаан алтны бүлгийн металл (PGM) бүлэгт багтдаг. Энэ элемент нь атомын дугаар 76 бөгөөд маш өндөр нягтралтай, өндөр хайлах цэгтэй, тодорхой нөхцөлд элэгдэл, зэврэлтэнд сайн тэсвэртэй гэдгээрээ алдартай. Осми нь зэс, мөнгө, алт зэрэг бусад металлуудтай адил өргөн хэрэглэгддэггүй ч сонирхолтой хэрэглээтэй хэвээр байна - ялангуяа үйлдвэрлэлд маш бат бөх, тогтвортой гүйцэтгэлтэй материал шаардлагатай үед.
Электроникийн салбарт осми нь хязгаарлагдмал хүртээмжтэй, өндөр өртөгтэй, аюулгүй байдлын бэрхшээлтэй (ялангуяа хортой осми тетроксид үүсгэж чаддаг осми нэгдлүүдтэй холбоотой) тул анхдагч материал болгон ховор хэрэглэгддэг. Гэсэн хэдий ч механик бат бөх чанар, тодорхой химийн шинж чанар шаарддаг зарим хэрэглээнд осми нь үнэ цэнэтэй материал байж болно. Электроникийн салбарт осмигийн зарим хэрэглээ, түүнийг сонгох шалтгаан, хязгаарлалтын талаар энд оруулав.
1. Элэгдэлд тэсвэртэй цахилгаан контактуудын хайлшин материал
Электрон эд ангиуд нь ихэвчлэн цахилгаан контактуудаас хамаардаг - унтраалга, реле, холбогч эсвэл гулсах контакт гэх мэт гүйдэл дамжуулахад хүрэлцдэг эд ангиуд. Цахилгаан контактуудын хамгийн том асуудал бол үрэлтийн улмаас үүссэн элэгдэл, нуман халахаас үүсэх дулаан, исэлдэлт эсвэл гадаргуугийн бохирдол бөгөөд энэ нь эсэргүүцлийг нэмэгдүүлдэг.
Осми, ялангуяа иридиум эсвэл цагаан алт зэрэг бусад PGM металлуудтай хайлш хэлбэрээр агуулагддаг нь дараахь зүйлд хувь нэмэр оруулдаг.
– Өндөр хатуулагтай тул холбоо барих гадаргуу хурдан элэгдэхгүй.
– Давтагдах хөдөлгөөнтэй холбоотой хэрэглээнд элэгдэлд тэсвэртэй.
– Өндөр температурт тогтвортой байдал нь орон нутгийн халаалт үүсэх үед хэлбэр дүрс болон гүйцэтгэлийг хадгалахад тусалдаг.
Элэгдэлд тэсвэртэй цахилгаан контактууд нь үйлдвэрлэлийн электроник, хяналтын систем эсвэл байнга засвар үйлчилгээ хийхгүйгээр удаан хугацаагаар ажиллах шаардлагатай төхөөрөмжүүдэд зайлшгүй шаардлагатай байдаг. Гэсэн хэдий ч осмийн хангамж хязгаарлагдмал тул осмийн хайлшийг ихэвчлэн зөвхөн маш тодорхой, өндөр үнэ цэнэтэй хэрэглээнд зориулж сонгодог.
2. Нуман элэгдэлд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлэх
Тодорхой гүйдэл эсвэл хүчдэлтэй цахилгаан хэлхээнд унтраалга нээгдэх эсвэл хаагдахад цахилгаан нум үүсч болно. Энэ нум нь холбоо барих гадаргууг "элэгдүүлж", түүний шинж чанарыг өөрчилж болно: гадаргуу нь барзгар болж, исэл үүсч, эсэргүүцэл нэмэгддэг.
Найдвартай байдлыг хадгалахын тулд нуман элэгдэлд тэсвэртэй материал шаардлагатай. Осми нь хайлшид дараах давуу талуудтай:
– Холбоо барих гадаргуу дээрх элэгдлийн хурдыг бууруулдаг.
– Өндөр элэгдлийн мөчлөгийн эсрэг харьцангуй тогтвортой гадаргууг хадгалдаг.
Орчин үеийн үйлдвэрлэлийн практикт мөнгө, вольфрам эсвэл рутениум дээр суурилсан хайлшийг янз бүрийн ангиллын реле болон унтраалгад илүү өргөн ашигладаг боловч осми нь элэгдэлд тэсвэртэй байдал, тогтвортой байдал нь нэн тэргүүний зорилт болсон үед онцгой нөхцөлд материалын сонголт болж хамааралтай хэвээр байна.
3. Өндөр бат бөх чанартай бичил бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд зориулсан бүрхүүл
Нарийвчлалтай электроникийн ертөнцөд, жишээлбэл, микроэлектромеханик төхөөрөмж (Micro-Electro-Mechanical Systems / MEMS), зарим мэдрэгчийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд болон хөдөлж буй микро механизмуудад гадаргуугийн бүрхүүл нь үрэлт, элэгдэл, хүрээлэн буй орчноос үүдэлтэй шинж чанарын өөрчлөлтийг бууруулахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Ойлголтын хувьд осмиумыг бүрэх материал болгон ашиглаж болно, учир нь:
– Маш хатуу бөгөөд гадаргуугийн эсэргүүцлийг нэмэгдүүлж болно.
– Үрэлтэд тэсвэртэй, механик хүрэлцдэг бичил эд ангиудад тохиромжтой.
Гэсэн хэдий ч осмиумыг бүрхүүл болгон ашиглах нь ховор бөгөөд нитрид (TiN), DLC (алмаз төст нүүрстөрөгч) зэрэг нүүрстөрөгч, эсвэл аюулгүй, боловсруулахад хялбар бусад PGM хайлш зэрэг илүү практик бүрхүүлийн материалуудаас илүү үр дүнтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч материалын судалгаа эсвэл тодорхой хэрэглээнд осмиум нь механик шинж чанараараа давуу талтай байж болно.
4. Нарийвчлалтай электрон багаж хэрэгсэл ба тусгай төхөөрөмжийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд
Хагас дамжуулагч технологи болон орчин үеийн материалын хурдацтай хөгжилөөс өмнө зарим нарийвчлалтай төхөөрөмжүүд нь хэмжээст тогтвортой байдал, бат бөх чанар шаарддаг эд ангиудад PGM металлыг ашигладаг байсан. Осми нь нэгэн цагт нарийн контакттай болон нарийвчлалтай механизмтай эд ангиудад ашиглагддагаараа алдартай байсан.
Цахим орчинд дараах програмууд ашиглагддаг:
– маш нарийн механик контакттай хэмжих төхөөрөмжүүд,
- урт хугацааны ашиглалтын хугацаа шаардсан хэрэгслүүд,
– өндөр холбоо барих давталтын систем,
Та осми агуулсан хайлшийг авч үзэж болно. Одоогоор олноор үйлдвэрлэсэн бүтээгдэхүүнд ховор тохиолддог ч зарчим нь хэвээрээ байна: элэгдэлд тэсвэртэй байдал болон тогтвортой байдал нь гол хүчин зүйл болсон үед осми нь ашигтай байдаг.
5. Электроник ба материалын шинжлэх ухааны судалгааны туслах материалууд
Осмигийн үүрэг нь зөвхөн олноор үйлдвэрлэхээс гадна судалгаанд ч илэрдэг. Электрон материалын хөгжилд судлаачид осмиг дараах чиглэлээр судалж болно.
– шинэ үеийн цахилгаан контактуудын хайлшийн судалгаа,
– хэт хүнд нөхцөлд гадаргуугийн эсэргүүцлийн туршилт,
– хүнд металлын электрон шинж чанар ба талст бүтцийн туршилтууд.
Үүнээс гадна, осми нь өвөрмөц нягтрал болон физик шинж чанартай тул гадаргуугийн үзэгдэл, диффузийн эсэргүүцэл эсвэл тодорхой бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн дулааны тогтвортой байдалтай холбоотой судалгаанд сонирхолтой болгодог.
6. Электроникийн үйлдвэрлэлд осми хэрэглэх хязгаарлалтууд
Олон давуу талтай хэдий ч осми нь "олон талын" материал биш юм. Өргөн хэрэглээнд нь саад болж буй томоохон саад бэрхшээлүүд байдаг:
а) Хомсдол ба өндөр үнэ
Осми бол хамгийн ховор элементүүдийн нэг юм. Үүнийг үйлдвэрлэх нь ихэвчлэн никель, зэс эсвэл бусад PGM олборлолтын дайвар бүтээгдэхүүн юм. Үүний үр дүнд нийлүүлэлт хязгаарлагдмал бөгөөд үнэ нь өндөр, хэлбэлзэлтэй байж болно. Сая сая нэгж үйлдвэрлэдэг электроникийн үйлдвэрлэл тогтвортой нийлүүлэлттэй материалыг илүүд үздэг.
б) Боловсруулалтын бэрхшээлүүд
Осми нь өндөр хайлах цэгтэй бөгөөд шинж чанартай тул металлургийн боловсруулалтыг ердийн металлаас илүү хүндрүүлдэг. Үйлдвэрлэх, холбох эсвэл хэлбэржүүлэх үйл явцад тусгай техник шаардлагатай байж болно.
в) Осми нэгдлүүдийн аюулгүй байдлын эрсдэлүүд
Нэг томоохон санаа зовоосон асуудал бол маш хортой, дэгдэмхий нэгдэл болох осми тетроксид (OsO₄) үүсэх магадлал юм. Аж үйлдвэрийн нөхцөлд энэ нь хатуу чанд аюулгүй ажиллагааны журам, процессын хяналтыг шаарддаг. Энэхүү эрсдэл нь олон үйлдвэрлэгчдийг илүү аюулгүй хувилбаруудыг сонгоход хүргэсэн.
d) Илүү практик материалын хувилбарууд
Электроникийн олон хэрэглээ нь бусад материалын техникийн үзүүлэлтүүдийг хангаж чаддаг: цахилгаан дамжуулах чанар болон зэврэлтээс хамгаалах алт, өндөр цахилгаан дамжуулах чанарт зориулсан мөнгө, халуунд тэсвэртэй вольфрам, зарим төрлийн контактуудад зориулсан рутений/родий. Тиймээс осмиумыг ихэвчлэн тодорхой гүйцэтгэлийн шаардлагыг үнэхээр хангасан тохиолдолд л ашигладаг.
7. Орчин үеийн электроникийн салбарт осмиумын хэрэглээний хэтийн төлөв
Цаашид осми нь үндсэн материал биш харин тусгай материал хэвээр байх магадлалтай. Гэсэн хэдий ч үүнийг дараах зүйлсэд үргэлжлүүлэн авч үзэх боломжтой.
– хэт их хэрэглээнд зориулсан контакт хайлш,
– бичил бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн гадаргуугийн болон трибологийн судалгаа (үрэлт ба элэгдлийн шинжлэх ухаан),
– хамгийн их механик бат бөх чанар шаарддаг тусгай зориулалтын хэрэглээ.
Бат бөх төхөөрөмж, миниатюрчлал, хүнд үйлдвэр, батлан хамгаалах эсвэл хайгуулын хүнд нөхцөлд ажилладаг электрон системийн хэрэгцээ нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан осми зэрэг өндөр хүчин чадалтай материалын сонирхол, ялангуяа хайлш эсвэл нимгэн хальс хэлбэрээр хамааралтай хэвээр байж магадгүй юм.
Дүгнэлт
Осми нь механик болон дулааны гайхалтай шинж чанартай ховор металл бөгөөд энэ нь электроникийн салбарт, ялангуяа элэгдэлд тэсвэртэй, өндөр температурын тогтвортой байдал, нуман элэгдэлд тэсвэртэй байдал шаарддаг хэрэглээнд онцгой ашигтай болгодог. Осми нь цахилгаан холбоо барих, нарийн эд ангиудад хайлш хийхэд, мөн материалын судалгаанд дэмжлэг үзүүлэхэд хамгийн тохиромжтой.
Гэсэн хэдий ч түүний хэрэглээ нь осми тетроксидын нэгдлүүдийн хомсдол, өртөг, боловсруулалтын нарийн төвөгтэй байдал, аюулгүй байдлын асуудлууд зэргээс шалтгаалан хязгаарлагдмал байдаг. Эдгээр шалтгааны улмаас осми нь олноор үйлдвэрлэгддэг электроникт ховор хэрэглэгддэг боловч маш өндөр гүйцэтгэлтэй шаардлагын хувьд нарийн шийдэл хэвээр байна.
Хэрэв та хүсвэл би "бодит төхөөрөмжүүдийн хэрэглээний жишээ" дэд хэсгийг (үйлдвэрлэлийн реле, нарийвчлалтай унтраалга, эсвэл тусгай холбогч) нэмж оруулах эсвэл өгүүллийн илүү эрдэм шинжилгээний хувилбарыг ном зүй, ишлэлтэй хамт эмхэтгэж болно.
