Металл используемый в микросхемах
Обновлено: 22.09.2024
Задавались вы когда-либо вопросом, для чего нужны драгметаллы в микросхемах? Попробуем разобраться. Все используемые в этих устройствах металлы должны обладать достаточным сопротивлением, отличной теплопроводностью, антикоррозийными свойствами и иными параметрами, необходимыми для их полноценной и бесперебойной работы. Итак, для начала разберемся, какие драгметаллы используют чаще всего.
Наличие драгметаллов в микросхемах
Золото, серебро, платина, палладий, рутений, - вот основные источники для качественных деталей. Особенно их применение было широко распространено до 90-х годов в нашей стране.
Какие самые распространенные и известные драгоценные металлы, используемые в микросхемах и радиодеталях? Конечно, это золото и серебро. Про эти два драгоценных металла известно многим, и не секрет, что, извлекая их из старых радиодеталей, умельцы получают прибыль. Например, сейчас грамм золота стоит у скупщиков около 4000 р.
У золота высокая теплопроводность и отличное сопротивление коррозии, этим ценится этот металл - в микроэлементах это необходимые функции, однако, его стоимость ограничивает его использование как дорогого металла в чипах или радиодеталях на современном производстве.
В СССР в микросхемах золото использовали для покрытия корпуса и распайки кристалла в нем. Также соединительные нити, контакты, выводы были целиком золотыми. Часто в связи с несовершенством производства в те времена, содержание золота и серебра превышало необходимое кол-во.
Если сравнивать содержание этих металлов в технике, произведенной до 90-х годов и сейчас, то, можно сказать, что в настоящее время содержание таких драгметаллов в микросхемах и кол-во радиодеталей с драгметаллами стремится к нулю. Серебро не уступает по показаниям теплопроводности, также обладает достаточным сопротивлением к воздействию окружающей среды, в особенности воды и воздуха. Очень часто применяется именно в радиодеталях.
В современном производстве используют иммерсионное золото поверх подслоя никеля, или иммерсионное серебро, но реже. Стоит отметить, что стоимость серебра не так высока, как остальных, рассматриваемых металлов. Какие еще радиодетали или микросхемы с драгметаллами можно найти советского и современного производства? Итак, в производстве используют и другие дорогостоящие металлы и их сплавы. Так, платина очень хороша в различных составах, не ржавеет. Часто ее используют в сплаве с иридием. Цена ее выше остальных.
До конца 90-х годов платину содержали абсолютно все конденсаторы КМ в качестве сердечника. А также для изготовления выводов реохордов и термопар, в качестве проволоки и контактов реле тоже использовали этот материал. В наше время современному производству высокоточной электроники без платины снова никак не обойтись. Также производятся радиодетали с драгметаллами этим, ведь он необходим при изготовлении различных радиоэлектронных компонентов.
Также часто используется такой металл как палладий, который, как и предыдущие драгметаллы, не боится коррозии и обладает хорошей проводимостью. Широко применяется он для изготовления конденсаторов, некоторых видов реле, контактов, в микросхемах и конечно для изготовления все тех же радиодеталей.
Самое большое содержание платины и палладия отмечено в электронике 50-х, 60-х и 70-х годов независимо от страны производителя. В современном мире микросхемы и конденсаторы содержат палладиево-платиновый сплав для улучшения стабильности работы деталей в любой среде, особенно при сильном повышении температуры.
Материал этот также достаточно дорогой, для примера у скупщиков один грамм палладия стоит приблизительно 3000 рублей. Ещё для увеличения стойкости деталей и долговечности микросхем, в сплавах часто используется рутений. Он обладает высокой инертностью по отношению к агрессивным средам и очень хорошо ведет себя в сплавах с другими металлами.
В заключение хотелось бы сказать, что микросхемы и радиодетали с драгметаллами, особенно произведенные в советское время, для многих являются неплохим дополнительным заработком. Многие очень виртуозно умеют извлекать из них драгметаллы, к каждому из которых необходим свой подход. Например, извлечь платину из конденсаторов КМ можно путем соскребания керамического слоя с сердечника, далее очистить с помощью азотной кислоты, в которой платина не растворяется, но растворяются все остальные примеси.
Содержание драгоценного металла в микросхемах
Радиоэлементы советского периода имеют высокую ценность в современном мире из-за содержания них значительного количества палладия. Стоимость драгоценного металла практически вдвое превышает цену золота, что позволяет палладию занимать лидирующие позиции среди благородных элементов. Однако золотосодержащие составляющие бытовой техники также пользуются немалым спросом среди специалистов в области электроники.
Зачастую золото встречается в активных радиодеталях с драгметаллами, таких как микросхемы и транзисторы советского образца. С какой целью при их производстве обильно использовался благородный металл, и какие элементы имеют большую массовую долю золота в составе пойдет речь в данном материале.
Использование золота в производстве микросхем
Большинство людей имеют ошибочное мнение о том, что составные элементы электронных устройств не содержат драгоценных металлов. Несмотря на это, применение золота и серебра не ограничивается изготовлением ювелирных изделий. Благородные металлы также активно используются в производстве радиодеталей. Как и пятьдесят лет тому назад, золото применяется в изготовлении самых качественных образцов электроники.
Однако в современных реалиях количество данных драгоценных металлов в радиодеталях сравнительно меньшее, ввиду использования более совершенных технологий производства, в отличие от технических приборов советского периода, когда при их изготовлении специалисты руководствовались несовершенными методами нанесения металлов на контакты оборудования.
Медные соединения, имеющиеся в активных элементах электроники, таких как микросхемы и транзисторы, имеют существенный недостаток в виде неустойчивости к коррозии и окислению. Данные процессы негативно влияют на токопроводящие характеристики материала и снижают износостойкость радиоэлемента. Во избежание возникновения подобных дефектов при производстве микросхем применяется значительное количество драгметаллов в радиодеталях, пропорциональное сроку службы деталей техники.
Активные радиоэлементы подвержены значительной нагрузке при эксплуатации электроприборов, в результате чего более требовательны к защите медных контактов от окисляющего воздействия. Данная проблема решается производственным способом при нанесении золотого покрытия поверх мест соединений, что противостоит процессу окисления в наилучшей степени.
Несмотря на это, стоимость золота при использовании в технических целях делала массовый производственный процесс нерентабельным, и в советское время широкое распространение нашли такие благородные металлы, как палладий и серебро, которые активно применялись инженерами при покрытии медных контактов от окисления. Использование золота было актуальным лишь в изготовлении радиодеталей, испытывающих максимальную нагрузку в ходе эксплуатации электрического прибора.
Какое количество драгоценных металлов содержится в микросхемах советского образца
Микросхемы находили применение не только в производстве электронно-вычислительных машин, но и бытовых электроприборов. Также их можно встретить в военной и космической электронике советского времени.
Микросхемы с драгметаллами были широко распространены. В производстве электронных приборов особого назначения для защиты токопроводящих соединений из меди применялось золотое покрытие, вместо серебряной изоляции, в достаточно больших объемах.
Модели микросхем массового использования содержат незначительное количество золота. К примеру, 133 серия микросхем содержит около 0.02 грамма драгоценного материала на одну единицу. По этой причине специалисты в области электроники утверждают, что драгметаллы в микросхемах обнаружить довольно просто, однако количество их будет равным необходимому материалу для защиты медных контактов от окисления и коррозии, не более.
Как редкоземельные металлы используются в электронике и технике
Редкоземельные металлы составляют группу из 17 элементов. Они нашли свое применение во многих технических изделиях, включая смартфоны, бытовую технику (телевизоры, компьютеры, объективы фотоаппаратов), электромобили, ветровые турбины, медицинскую и военную технику. Некоторые из этих элементов очень редкие, другие распределены в небольших количествах по разным уголкам мира. Главная проблема редкоземельных металлов в том, что их добыча является экологически опасной, а обработка весьма дорогостоящей.
Список редкоземельных металлов и их названия
К редкоземельным металлам (сокращенно — РЗМ) относят:
10) празеодим (Pr);
В iPhone содержится 8 различных редкоземельных металлов, в некоторых других смартфонах их насчитывается 16 (за исключением радиоактивного прометия). В мобильных устройствах они отвечают за яркость экрана (тербий и диспрозий), ударопрочность, отклик тачскрина и вибрацию (неодим и диспрозий). Редкоземельные металлы также присутствуют в микросхемах и динамиках. И это только небольшая сфера их использования.
Применение редкоземельных металлов в технике
Выше мы разобрали, что такое редкоземельные металлы. Теперь рассмотрим вопрос о том, как они используются в технике и электронике.
• Неодим требуется в производстве мощных магнитов для жестких дисков и динамиков. Также находит применение в электромобилях и ветровых турбинах.
• Лантан применяется в фотокамерах и телескопических объективах, студийном освещении и кинопроекции, в аккумуляторах и водородных хранилищах.
• Церий необходим в автомобильных каталитических нейтрализаторах: он дает им возможность работать при повышенных температурах. Помимо этого, играет ключевую роль в конвертерных химических реакциях, а также в переработке сырой нефти.
• Празеодим нужен для разработки усиленных металлов и стекол, авиационных двигателей и защитных масок для сварщиков и стекольников.
• Гадолиний используется в дисплеях, рентгеновских системах и МРТ-аппаратуре.
• Иттрий, тербий и европий требуются при создании дисплеев телевизоров и компьютеров, энергоэффективных лампочек и люминесцентных ламп, а также для создания стержней управления реакторами.
Помимо индустрии электроники в значительной степени от редкоземельных металлов зависят еще две отрасли — электрический автопром и ветроэнергетика. Компания Tesla создает двигатели с постоянными магнитами на основе неодима и празеодима.
Электродвигатели с содержанием редкоземельных металлов отличаются легкостью, мощностью и экономно расходуют заряд.
Согласно исследованию Argonaut, в электроавтомобилях используется на 1 кг больше редкоземельных магнитов, чем в авто с традиционным двигателем внутреннего сгорания.
В ветроэнергетике также огромным спросом пользуются неодим и празеодим. Как ожидается, спрос на эти металлы в течение следующих лет увеличится в 2,5 раза.
В 2016 году Россия импортировала до 90% редкоземельных металлов. Теперь курс изменился: к 2020 году РФ намерена отказаться от их импорта вовсе.
Каковы экологические последствия добычи редкоземельных ископаемых?
Добыча редкоземельных металлов отрицательно сказывается на экологии. Она провоцирует выброс в атмосферу как токсинов, так и углерода. Большая часть шахт, ведущих добычу редкоземельных металлов, расположена в Китае. Страна исторически ограничивает экспорт ископаемых в ущерб производству других стран. В настоящее время горнодобывающая промышленность Китая сосредоточена в руках шести правительственных организаций.
До 2012 года стоимость редкоземельных металлов росла. Затем производители техники стали использовать альтернативные материалы в том числе и потому, что затраты на добычу РЗМ очень высоки. Однако в 2016 году цены на редкоземельные металлы снова подскочили из-за спроса со стороны автопромышленности и ветроэнергетики.
Можно ли ограничить их добычу?
Да. Одним из решений является восстановление и переработка бытовой электроники. Другим вариантом считаются модульные смартфоны, которые позволяют заменять отдельные устаревшие компоненты для более новые, не меняя само устройство. Старые компоненты могут быть переработаны или утилизированы. Но в настоящее время только 10% смартфонов отправляется на переработку. Рециркуляция редкоземельных металлов осложняется еще и тем, что их трудно извлечь из техники. Отсюда следует, что спрос на них в технологической индустрии закончится не скоро. Ученые продолжают поиски альтернатив этим достаточно дорогим ресурсам. Чем быстрее найдутся подходящие аналоги, тем будет лучше для экологии.
Как искать драгметалл в микросхемах
Практически в любой электронике содержатся драгметаллы. Но в современных моделях их количество настолько мизерно, что процесс извлечения становится нерентабельным. Другое дело – изделия советской эпохи, содержащие драгметаллы в радиодеталях в достаточно больших количествах. Благородные металлы встречаются в разных элементах, в том числе микросхемах.
Для их изготовления использовались такие драгметаллы как золото, рутений, палладий, платина и серебро. Самый большой процент золота.
Способы извлечения
Выделить драгметаллы в микросхемах можно как в лабораторных, так и в домашних условиях. Самый простой способ – вытравливание, предусматривающий проведения ряда химических реакций. Еще один вариант – физико-химической процесс. Он сочетает химическое воздействие с электротоком, что способствует ускорению реакций. Но для его проведения требуется специальное оборудование, которое есть далеко не каждого.
Как происходит химическое травление
Микросхемы с драгметаллом обрабатывают ртутью. Под ее воздействием происходит связывание молекул драгоценного металла, что позволяет вывести его из образовавшегося в процессе химической реакции раствора.
Процедуру желательно проводить на складе или в другом нежилом помещении, имеющем большую площадь и качественную систему вентиляции. Такой подход позволит обезопасить себя от негативного влияния паров ртути.
Более безопасный вариант предусматривает использование раствора царской водки. Смесь готовится из соляной и азотной кислоты. Процедуру можно проводить дома, но только при условии соблюдения техники безопасности. Самое главное – защитить руки и глаза при помощи перчаток из плотной резины и специальных очков. В идеале при проведении процедуры не должно оставаться открытых участков кожи, чтобы свести к минимуму риск получения ожога.
Для травления понадобится емкость из пластика и стекла (последнее должно быть термостойким), фильтр и плитка. Раствор царской водки нужно налить в стеклянную посуду и поместить туда микросхему. Предварительно нужно отделить позолоченные элементы от обычных.
После нагревания жидкости в нее добавляют коллодий гидрохинона (из расчета 50 г на 1 л царской водки). В полученном растворе нужно оставить микросхему отмокать на четыре часа. Под воздействием агрессивной среды золото осядет на дне емкости. Для его извлечения используют испарение и фильтрование. Извлеченный в итоге драгметалл имеет порошкообразную консистенцию. На заключительном этапе металл переплавляют при помощи тигля или горелки.
В процессе травления можно получить золото разных оттенков. Кроме традиционного желтого металла иногда получается белый. Такое золото ценится выше всего. Его оттенок обусловлен присутствием платины, палладия или никеля. Иногда золото приобретает зеленоватый цвет. В ювелирной промышленности оно невысоко ценится за счет невысокой прочности. Но эти недостатки с лихвой окупаются необычным оттенком благородного металла.
Применение физико-химического метода
Такой процесс требует наличие хороших электродов и аккумулятора. В емкость заливают царскую водку или серную кислоту, а на дно помещают катоды. В подготовленную посудину опускают радиодетали с драгметаллом. Затем на пластины пускают электроток. Чем выше будет интенсивность заряда, тем быстрее удастся достичь желаемого результата. О завершения процесса можно судить о пожелтении пластин. Это подтверждает извлечение золота из микросхемы, которое оседает на поверхность катода. Дальше остается снять наслоение и переплавить его для получения металла. Сразу нужно отметить, что самостоятельное извлечение драгметаллов из микросхем физико-химическим способом требует определенных навыков.
Цветные металлы в радиодеталях
В горнодобывающей промышленности рентабельным считается такой прииск, в котором одна тонна золотосодержащей породы позволяет получить хотя бы 1 грамм золота. Совсем другая ситуация в процессе, называемом аффинаж (или, другими словами, очистка вторичных драгоценных металлов) – всего одна печатная плата способна нести в своем составе до 5% благородных элементов по массовой доле. К примеру, из одного конденсатора на 3 литра можно выделить до 7-8 граммов золота и 45-50 граммов серебра.
Разобраться, какие из деталей содержат ценные элементы не просто. Наибольший ажиотаж вызывают радиодетали, произведенные в СССР. Чаще всего скупщики руководствуются правилом «чем старше деталь, тем большую ценность она представляет». Одно можно сказать точно, в таких радиокомпонентах можно найти цветные и драгоценные металлы.
В каких радиодеталях использовались цветные и драгоценные металлы
Почему вообще цветные металлы оказались в таком количестве в составе радиодеталей? Во времена плановой экономики в СССР уделялось незначительное внимание вопросам рентабельности производства и, как следствие, при проектировании и производстве часто закладывалось избыточное содержание необходимого металла, чтобы улучшить свойства радиокомпонента.
Само по себе использование драгоценных и цветных металлов в радиодеталях оправдано физическими и проводниковыми свойствами последних – величиной электрической и тепловой проводимости, стойкостью к коррозии и окислению. Характеристики проводимости активно использовались в аэрокосмической отрасли и медицинской сфере, поскольку цветные металлы значительно улучшали стабильность работы и чувствительность детали. Устойчивость к окислению придавала радиокомпоненту повышенный срок эксплуатации. Это основные причины повсеместного использования цветных металлов в радиодеталях.
Интерес, с точки зрения аффинажа, могут представлять самые обыкновенные запчасти бытовой техники, а также платы из военного и научного оборудования. Как правило, такие приборы уже давно утратили работоспособность, но они еще интересны с точки зрения извлечения цветных металлов. Встретить ценные элементы можно в конденсаторах, транзисторах, радиолампах, кварцевых резонаторах, микропереключателях и других компонентах радиотехники. Содержание цветных металлов в радиодеталях варьируется в зависимости от серии, даты производства и маркировки запчасти.
В какой радиоэлектронике можно найти наибольшее количество цветных и драгоценных металлов
Наибольшее содержание драгоценных и цветных металлов в радиодеталях можно обнаружить в электронных платах и полупроводниковых элементах их электронных вычислительных машин. Обязательно зафиксируйте год изготовления – он должен быть не старше 1989 года.
Охотников за цветными, редкоземельными и драгоценными металлами интересует вопрос о том, какие радиодетали содержат наибольшее количество ценного компонента. Для точного определения необходимо сначала определить точную маркировку, а затем уточнить в справочнике содержание.
Приведем небольшой пример. Имеется несколько тиристоров на которых можно отчетливо различить маркировку ТЛ171-250(10). Переходим в справочник и ищем нужный радиокомпонент по маркировке. Данные базы данных показывают, что золото, платина и палладий в этой запчасти отсутствуют, зато из одной единицы можно извлечь 1,82 грамма серебра.
Обращайте внимание на такие детали, как микросхемы серий 565РУ, КТС и НТ, транзисторы с маркировкой 2Т, индикаторы на светодиодах, керамические конденсаторы, емкостные сборки и резисторы. Также подойдут и сборные элементы – переключатели, тумблеры, кнопочные устройства и реле.
Из лома старых радиодеталей можно достаточно эффективно извлечь цветные и драгоценные металлы. Стоимость их на вторичном рынке по-прежнему велика – услуги по продаже радиодеталей в Москве достаточно популярны.
Читайте также: