ඉලෙක්ට්රොනික සංරචක සඳහා ලෝහ වර්ග සහ ඒවායේ නිෂ්පාදන ශිල්පීය ක්රම
නවීන ඉලෙක්ට්රොනික විද්යාව පරිපථ නිර්මාණය සහ චිප සංකීර්ණත්වය මගින් පමණක් නොව, එක් එක් සංරචකය සඳහා නිවැරදි ලෝහය තෝරා ගැනීමෙන් ද අර්ථ දැක්වේ. ලෝහ විද්යුත් සන්නායක, ස්පර්ශක ද්රව්ය, විඛාදන විරෝධී ආලේපන, සංරචක ඊයම්, පෑස්සුම් ද්රව්ය සහ තාප සින්ක් සහ විද්යුත් චුම්භක ආවරණ සඳහා ව්යුහාත්මක ද්රව්ය ලෙස වැදගත් කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි. සෑම වර්ගයකම ලෝහ විවිධ ලක්ෂණ ලබා දෙයි - සන්නායකතාවය, විඛාදන ප්රතිරෝධය, යාන්ත්රික ශක්තිය, ද්රවාංකය සහ නිෂ්පාදනයේ පහසුව - එබැවින් තේරීම යෙදුම් අවශ්යතාවලට අනුව සකස් කළ යුතුය. මෙම ලිපියෙන් ඉලෙක්ට්රොනික සංරචකවල බහුලව භාවිතා වන ලෝහ වර්ග සහ කර්මාන්තයේ ඒවායේ නිෂ්පාදන ශිල්පීය ක්රම සාකච්ඡා කෙරේ.
1. තඹ (තඹ/Cu): සන්නායකවල කොඳු නාරටිය
වටිනා ලෝහ හා සසඳන විට එහි අතිශය ඉහළ විද්යුත් සන්නායකතාවය, නම්යශීලී බව සහ සාපේක්ෂ පිරිවැය හේතුවෙන් ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණවල වඩාත් ප්රමුඛ ලෝහය තඹ වේ. මුද්රිත පරිපථ පුවරු (PCB), කේබල්, මෝටර්/ට්රාන්ස්ෆෝමර් එතුම්, බස්බාර් සහ සම්බන්ධක සඳහා තඹ භාවිතා වේ.
නිෂ්පාදන තාක්ෂණය:
– පිරිපහදු කිරීම සහ විද්යුත් පිරිපහදු කිරීම: ඉහළ සංශුද්ධතාවයක් (බොහෝ විට >99,9%) ලබා ගැනීම සඳහා තඹ ලෝපස් පිරිපහදු කරනු ලැබේ. ඉලෙක්ට්රොනික යෙදුම් සඳහා, අඩු ප්රතිරෝධයක් සහතික කිරීම සඳහා සංශුද්ධතාවය වැදගත් වේ.
– රෝල් කිරීම සහ ඇනීලිං කිරීම: PCB සඳහා තඹ තුනී තහඩු (තීරු) වලට රෝල් කර, පසුව එය වඩාත් නම්යශීලී සහ සැකසීමට පහසු කිරීම සඳහා ඇනීලිං (පාලිත ආකාරයකින් රත් කර සිසිල් කරනු ලැබේ).
– තඹ විද්යුත් ආලේපනය: PCB නිෂ්පාදන ක්රියාවලියේදී, ධාවන පථයේ ඝණකම වැඩි කිරීම සඳහා ඇතැම් ප්රදේශවල විද්යුත් ආලේපනය හරහා තඹ මාර්ග “වර්ධනය” කළ හැකිය.
2. ඇලුමිනියම් (Al): තාපය සඳහා සැහැල්ලු, ලාභ සහ විශ්වාසදායකයි.
ඇලුමිනියම් තාප සින්ක්, ආවරණ, උපාංග රාමු සහ විද්යුත් විච්ඡේදක ධාරිත්රක (ඇනෝඩ තීරු ලෙස) සඳහා බහුලව භාවිතා වේ. එහි විද්යුත් සන්නායකතාවය තඹ වලට වඩා අඩු වුවද, ඇලුමිනියම් සැහැල්ලු බර, විඛාදන ප්රතිරෝධය (එහි ස්වාභාවික ඔක්සයිඩ් ස්ථරය නිසා) සහ හොඳ තාප සන්නායකතාවයෙන් විශිෂ්ටයි.
නිෂ්පාදන තාක්ෂණය:
– ඩයි වාත්තු කිරීම සහ නිස්සාරණය: තාප සින්ක් බොහෝ විට සාදනු ලබන්නේ සිසිලන වරල් සෑදීමට හෝ සංකීර්ණ හැඩතල සඳහා ඩයි වාත්තු කිරීමට නිස්සාරණය (ඩයි එකක් හරහා ඇලුමිනියම් තල්ලු කිරීම) මගිනි.
– ඇනෝඩීකරණය: ඝන, වඩා ස්ථායී ඔක්සයිඩ් තට්ටුවක් සාදන විද්යුත් රසායනික ක්රියාවලියකි. ඇනෝඩීකරණය විඛාදන ප්රතිරෝධය වැඩි කරන අතර තාප විමෝචන ලක්ෂණ වැඩි දියුණු කළ හැකිය (නිමාව අනුව).
– කැටයම් කිරීම (ධාරිත්රක තීරු සඳහා): ඇලුමිනියම් මතුපිට මතුපිට වර්ගඵලය වැඩි කිරීම සඳහා කැටයම් කර ඇති අතර එමඟින් කුඩා පරිමාවකින් ධාරිතාව වැඩි වේ.
3. ටින් (Sn) සහ පෑස්සුම් මිශ්ර ලෝහය: සංරචක අතර සම්බන්ධක
පෑස්සුම් වල ප්රධාන අමුද්රව්යය ටින් ය. පෑස්සුම් මඟින් විද්යුත් සම්බන්ධතා සහ යාන්ත්රික ශක්තිය සහතික කරන අතරම සංරචක PCB එකකට සම්බන්ධ කරයි. අද වන විට බොහෝ කර්මාන්ත Sn-Ag-Cu වැනි SAC (Tin-Silver-Copper) වැනි ඊයම්-නිදහස් පෑස්සුම් භාවිතා කරයි.
නිෂ්පාදන තාක්ෂණය:
– මිශ්ර ලෝහ සෑදීම: සුදුසු ද්රවාංකය සහ සන්ධි ශක්තිය ලබා ගැනීම සඳහා ටින්, ඇතැම් සංයුතිවල රිදී සහ තඹ සමඟ මිශ්ර කරනු ලැබේ.
– නැවත ප්රවාහ පෑස්සීම: පෑස්සුම් පේස්ට් PCB පෑඩය මත මුද්රණය කර (ස්ටෙන්සිල් මුද්රණය), පසුව පෑස්සුම් දිය වී සම්බන්ධතාවයක් සාදමින් නැවත ප්රවාහ උඳුනක රත් කරනු ලැබේ.
– තරංග පෑස්සීම: සිදුරු හරහා සංරචක සඳහා, සංරචක කකුල් පෑස්සුම් කිරීම සඳහා පුවරුව උණු කළ පෑස්සුම් තරංගයක් මතින් යවනු ලැබේ.
4. රන් (Au): වාරික විඛාදන විරෝධී සම්බන්ධතාව
රත්තරන් එහි ඉහළ ඔක්සිකරණ ප්රතිරෝධය සහ ඉහළ සන්නායකතාවය නිසා සම්බන්ධක, ස්පර්ශක පෑඩ්, බන්ධන වයර් සහ ස්පර්ශක ලක්ෂ්ය ආලේපන සඳහා භාවිතා වේ. නැවත නැවත භාවිතා කරන විට සහ තෙතමනය සහිත පරිසරයන්හිදී පවා රත්තරන් ස්ථාවර සම්බන්ධතා සහතික කරයි.
නිෂ්පාදන තාක්ෂණය:
– රන් විද්යුත් ආලේපනය: සම්බන්ධකයේ හෝ පෑඩයේ මතුපිටට තුනී රන් තට්ටුවක් යොදනු ලැබේ. අධික පිරිවැයකින් තොරව ඇඳුම් ප්රතිරෝධය සඳහා ඝණකම ප්රශස්ත කර ඇත.
– වයර් බන්ධනය: අර්ධ සන්නායක කර්මාන්තයේ දී, තාප ධ්වනි/අතිධ්වනි බන්ධන ක්රියාවලියක් මගින් ලීඩ් රාමුවට ඩයි සම්බන්ධ කිරීමට රන් වයර් (හෝ වෙනත් විකල්ප) භාවිතා කරයි.
– PCB මත ENIG: PCB මත ජනප්රිය නිමාවක් වන්නේ ENIG (විද්යුත් රහිත නිකල් ගිල්වීමේ රන්) ය: නිකල් විදුලි ධාරාවකින් තොරව ආලේප කර ඇති අතර, පසුව පිටත තට්ටුවක් ලෙස තුනී රන් තට්ටුවක් යොදනු ලැබේ.
5. රිදී (Ag): නිශ්චිත මාර්ග සඳහා ඉහළම සන්නායකතාවය
සාමාන්ය ලෝහ අතර ඉහළම විද්යුත් සන්නායකතාවය රිදී සතු බැවින් එය ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත සන්නායක, සන්නායක පේස්ට්, බොත්තම් පටල සහ සමහර සම්බන්ධක වැනි විශේෂිත යෙදුම්වල භාවිතා වේ. අභියෝගය වන්නේ සල්ෆර් සමඟ ප්රතික්රියාව හේතුවෙන් රිදී අඳුරු විය හැකි වීමයි.
නිෂ්පාදන තාක්ෂණය:
– රිදී පේස්ට් (තිර මුද්රණය): නම්යශීලී පරිපථ හෝ පටලවල, විශේෂ තිර මුද්රණ තාක්ෂණයක් භාවිතයෙන් රිදී සන්නායක රටාවක් මුද්රණය කර, පසුව වියළා/සුව කරනු ලැබේ.
– රිදී ආලේපනය: විශේෂයෙන් ඉහළ ධාරා වලදී, ස්පර්ශ ප්රතිරෝධය අඩු කිරීම සඳහා ඇතැම් සම්බන්ධක මත විද්යුත් ආලේපනය සිදු කරනු ලැබේ.
6. නිකල් (Ni): බාධක ආලේපනය සහ ඇඳුම් ප්රතිරෝධය
නිකල් බොහෝ විට ලෝහ විසරණය වැළැක්වීමට සහ සම්බන්ධකවල ඇඳුම් ප්රතිරෝධය වැඩි දියුණු කිරීමට බාධක තට්ටුවක් ලෙස ක්රියා කරයි. PCB නිමාවේදී, නිකල් රන්වලට පෙර භාවිතා කරයි (උදා: ENIG) මන්ද එය පෑඩයට ශක්තිය සහ ස්ථාවරත්වය සපයන බැවිනි.
නිෂ්පාදන තාක්ෂණය:
– විද්යුත් රහිත නිකල් ආලේපනය: සංකීර්ණ ජ්යාමිතීන් සඳහා සුදුසු, විදුලි ධාරාවක් නොමැතිව ඒකාකාර නිකල් තට්ටුවක් නිපදවයි.
– නිකල් විද්යුත් ආලේපනය: වඩාත් නිශ්චිත ඝනකම පාලනයක් අවශ්ය ආලේපන සඳහා භාවිතා වේ.
7. පැලේඩියම් (Pd) සහ ප්ලැටිනම් (Pt): ස්පර්ශය සහ ආලේපනය සඳහා ස්ථායී වේ.
පැලේඩියම් සමහර සම්බන්ධකවල සහ සමහර විට අඩු වියදමකින් ඇඳුම් ප්රතිරෝධය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා රන් ආලේපනයට විකල්පයක් ලෙස භාවිතා කරයි. එහි අධික පිරිවැය නිසා ප්ලැටිනම් අඩුවෙන් භාවිතා වේ, නමුත් එහි ඉහළ රසායනික ප්රතිරෝධය ඇතැම් සංවේදක යෙදුම් සඳහා සුදුසු වේ.
නිෂ්පාදන තාක්ෂණය:
– වරණීය ආලේපනය: පිරිවැය කාර්යක්ෂමතාව සඳහා පමණක් ස්පර්ශක ප්රදේශ මත Pd බොහෝ විට වරණීය ලෙස ආලේප කර ඇත.
– සංවේදක ඉලෙක්ට්රෝඩ නිෂ්පාදනය: ලිතෝග්රැෆික් තැන්පත් කිරීම සහ රටා සැකසීම හරහා (විශේෂයෙන් සංවේදක සහ ක්ෂුද්ර උපාංගවල) Pt තුනී ඉලෙක්ට්රෝඩ බවට පත් කළ හැක.
8. යකඩ, වානේ සහ ව්යුහාත්මක මිශ්ර ලෝහ: යාන්ත්රික ශක්තිය සහ ආවරණ
වානේ සහ යකඩ මිශ්ර ලෝහ රාමු, ඉස්කුරුප්පු, චැසි සහ ශක්තිය අවශ්ය නිවාස සඳහා භාවිතා කරයි. මීට අමතරව, ඇතැම් තහඩු ලෝහ EMI ආවරණ ලෙස භාවිතා කළ හැකිය.
නිෂ්පාදන තාක්ෂණය:
– මුද්රා තැබීම සහ නැමීම: වානේ තහඩු කපා (මුද්රා තබා) නැවී වරහන්, ආවරණ සහ රාමු නිෂ්පාදනය කරයි.
– විඛාදන විරෝධී ආලේපනය: වානේ සාමාන්යයෙන් සින්ක් (ගැල්වනයිස්), නිකල් හෝ තීන්ත/කුඩු ආලේපනයකින් ආලේප කර ඇති අතර එය මලකඩ-ප්රතිරෝධී වේ.
– පලිහ කෑන් සෑදීම: PCB මත ඇති EMI පලිහ බොහෝ විට මුද්දර දමා, පසුව පෑස්සුම් හෝ ක්ලිප් සමඟ සවි කර ඇති තුනී ලෝහ තහඩු වලින් සාදා ඇත.
9. ලීඩ්ෆ්රේම්: IC ඇසුරුම් සඳහා තඹ සහ තඹ මිශ්ර ලෝහ
ඇතැම් IC පැකේජවල, ඊයම් රාමු තඹ හෝ එහි මිශ්ර ලෝහ වලින් සාදා ඇත්තේ ඒවායේ හොඳ සන්නායකතාවය සහ නිරවද්ය අච්චු ගැසීමේ පහසුව නිසාය.
නිෂ්පාදන තාක්ෂණය:
– ප්රගතිශීලී මුද්රා තැබීම: IC හි කකුල් සෑදීම සඳහා තහඩු ලෝහය ඩයිස් හරහා අදියර කිහිපයකින් සකසනු ලැබේ.
– රසායනික කැටයම් කිරීම: සියුම් විස්තර සඳහා විකල්පයක්, ඊයම් රාමු රටාව “කැටයම්” කිරීමට රසායනික ද්රව්ය භාවිතා කිරීම.
– ආලේපනය (Sn, Ni, Ag, Au): පෑස්සුම් හැකියාව සහ විඛාදන ප්රතිරෝධය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා ඊයම් රාමුව ආලේප කර ඇත.
10. ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණවල ලෝහ තෝරා ගැනීමේ නිර්ණායක
ලෝහ තෝරා ගැනීම සන්නායකතාවය ගැන පමණක් නොවේ. නිර්මාණකරුවන් ද සලකා බලයි:
1. විද්යුත් සන්නායකතාවය සහ ස්පර්ශ ප්රතිරෝධය (උදා: තඹ, රිදී, රත්තරන්).
2. ඔක්සිකරණය/විඛාදන ප්රතිරෝධය (රත්රන් ඉතා උසස්, බාධකයක් ලෙස නිකල්).
3. යාන්ත්රික ශක්තිය සහ ගෙවී යාම (වානේ, නිකල්, පැලේඩියම්).
4. තාප කාර්ය සාධනය (තාප සින්ක් සඳහා ඇලුමිනියම්).
5. නැවත ප්රවාහ පෑස්සීම, ආලේපනය සහ මුද්රා තැබීම වැනි නිෂ්පාදන ක්රියාවලීන්හි ගැළපුම.
6. ද්රව්යවල පිරිවැය සහ ලබා ගැනීමේ හැකියාව සහ සැපයුම් දාමයේ ස්ථායිතාව.
වසා දැමීම
ලෝහ යනු ඉලෙක්ට්රොනික උපාංගවල විද්යුත් සංඥා ගලා යාමට, තාපය විසුරුවා හැරීමට සහ සම්බන්ධතා පැවතීමට ඉඩ සලසන “භෞතික පදනම” වේ. තඹ සන්නායක මාර්ගය ආධිපත්යය දරයි, ඇලුමිනියම් තාප කළමනාකරණයේදී විශිෂ්ටයි, ටින් සහ එහි මිශ්ර ලෝහ පෑස්සුම් හරහා සංරචක එකට තබා ගන්නා අතර රන්, රිදී, නිකල් සහ පැලේඩියම් සම්බන්ධතා ගුණාත්මකභාවය සහ විඛාදන ප්රතිරෝධය සහතික කරයි. මෙම ලෝහ පිටුපස, රෝල් කිරීම, මුද්රා තැබීම, නිස්සාරණය, කැටයම් කිරීම, ආලේපනය සහ නැවත ප්රවාහ පෑස්සුම් වැනි නිෂ්පාදන ශිල්පීය ක්රම ඉලෙක්ට්රොනික සංරචකවල උසස් තත්ත්වයේ මහා පරිමාණ නිෂ්පාදනයට යතුරයි. ලෝහවල ලක්ෂණ සහ ඒවායේ නිෂ්පාදන ශිල්පීය ක්රම තේරුම් ගැනීමෙන්, අපට වඩාත් විශ්වාසදායක, කාර්යක්ෂම සහ කල් පවතින උපාංග නිර්මාණය කළ හැකිය.
ඔබ කැමති නම්, මට මෙම ලිපිය නිශ්චිත සන්දර්භයකට අනුවර්තනය කළ හැකිය - උදාහරණයක් ලෙස, PCB, සම්බන්ධකය හෝ SMT එකලස් කිරීමේ කර්මාන්තය කෙරෙහි අවධානය යොමු කිරීම - සහ ග්රන්ථ නාමාවලියක් සහ තාක්ෂණික සම්පත් එකතු කළ හැකිය.
