Чистые металлы и сплавы, применяемые в радиоэлектронике

Основные свойства металлических проводниковых материалов

Проводниковые материалы и провода

ЛЕКЦИЯ №6

Металлические проводниковые материалы должны обладать высокой электропроводностью, достаточной механической прочностью, а также плас-тичностью, позволяющей получать тонкие провода, ленты, фольги; стой-костью против окисления кислородом воздуха.

Большинство металлических проводниковых материалов обладает вы-сокой электропроводностью (ρ = 0,015 ÷ 0,028 мкОм·м). Это преимущес-твенно чистые металлы, которые используют для изготовления обмоточных и радиомонтажных проводов и кабелей.

Наряду с этим в радиоэлектронике применяют проводники с большим электрическим сопротивлением – сплавы различных металлов. У металличес- ких (резистивных) ρ = 0,4 ÷ 2,0 мкОм·м. Эти сплавы составляют группу металлических материалов с малым температурным коэффициентом удельного сопротивления (ТК ρ) и применяются для изготовления проволоч- ных резисторов и других радиокомпонентов.

Большое значение имеют также и механические характеристики про-водниковых материалов: разрушающее напряжение при растяжении (σ_р), от- носительное удлиннение при растяжении (е_р). Пластическая деформация (прокатка, волочение) вызывает увеличение удельного сопротивления. При-ведение повышенного удельного сопротивления к его прежней величине дос-тигается рекриссталлизацией металла путем отжига. Так, медные изделия от- жигают при 450 – 650°С, аллюминиевые – при 350 - 400°С в зависимости от диаметра проволоки или толщины лент. Все металлические проводники об-ладают высокой пластичностью, позволяющей получать провода Ø до 0,01мм и ленты толщиной 0,05 – 0,1 мм.

Медь – главный материал, обладающий высокой пластичностью, доста- точной механической прочностью и высокой электропроводностью (на вто-ром месте после серебра). Очищение меди от примесей производится в элек-тролитической ванне (с помощью постоянного тока).

Температура плавления меди 1083°С, коэффициент температурного расширения КТР = 17· 10^-6 1/°С. Для изготовления изделий (обмоточные, ра-диомонтажные провода и кабели) применяют чистую медь марок М00к; МОКу; Мок; М1к (катодная медь) и М00б; Моб; М1б (бескислородная медь). Содержание меди 99,99 – 99,90%. У изделий из мягкой меди (при 20°С) пло- тность 8900 кг/м³; σ_р = 200÷280 МПа; е = 6÷35%; ρ = 0,072÷0,01724 мкОм·м. Температурный коэффициент удельного сопротивления для всех марок меди

ТК ρ = 0,0041/°С.

Бронза представляет собой сплавы меди с оловом (оловянная бронза), алюминием (алюминиевая), бериллием (бериллиевая) и другими легирующи-ми элементами. В отношении электропроводности бронза уступает меди, но превосходит ее по механической прочности, упругости, сопротивлению исти- ранию и коррозионной стойкости.

При изготовлении деталей из бронзы производят термическую обрабо-тку – закалку. Из бронзы изготовляют пружинящие контакты, токопроводя-щие пружины, контактные части разъемов и другие деталей.

Латунь – сплав меди с цинком, в котором наибольшее содержание цинка может составлять 45% (по массе). Из листовой латуни изготовляют ра-зличные детали: зажимы, контакты, крепежные детали. Основные харак-теристики бронзы, латуни и меди приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Материал	Обработка	Проводи- мость %	Разрушаю- щее напря- жение при растяжении, МПа	Относитель- ное удлинне- ние при растяжении, %
Проводниковая медь (99,95% меди)	Мягкая Твердая		200 – 250 360 – 420
Фосфористая Бронза (6-7 % олова, 0,15 % фосфора)	Мягкая Твердая		400 – 450 950 – 1050
Бериллиевая бронза (2 % бериллия, 0,5% никеля)	Мягкая Твердая		700 – 790 1600 –1750
Латунь Л62	Мягкая Твердая

Ковар – сплав никеля (около 29% по массе), кобальта (около 18%), же-леза (остальное). Характерной особенностью ковара является близость значе-ний его КТР=(4,3÷5,4) · 10^-6 1/°С к значениям КТР стекла и керамики в интер- вале температур 20 – 200°С. Это позволяет производить согласованные, гер- метичные спаи ковара со стеклом и керамикой.

Плотность ковара 8350 кг/м³; температура плавления 1450°С, удельное сопротивление (при 20°С) ρ = 0,45⁷ мкОм·м. Ковар хорошо поддается пайке и электросварке, достаточно пластичен для получения проволоки Ø0,2 – 3мм.

Его применяют для изготовления корпусов ИС и полупроводниковых приборов.

Алюминий является вторым после меди проводниковым материалом благодаря его сравнительно большой электропроводности и стойкости к ат-мосферной коррозии.

Плотность алюминия 2700 кг/м³, т.е. он в 3,3 раза легче меди, темпе-ратура плавления 658°С. Алюминий отличается малой твердостью и неболь- шой прочностью при растяжении (σ_р = 80÷180 МПа) и больший по сравне-нию с медью КТР= 24·10^-6 1/°С. Это является недостатком алюминия.

При увлажнении мест соединению алюминиевых проводов с прово-дами из других металлов могут образовываться гальванические пары. При этом алюминиевый провод разрушается местными гальваническими токами.

Из марок алюминия особой чистоты изготовляют обкладки электроли- тических конденсаторов, а также фольгу. Алюминиевую проволоку выпуска- ют Ø0,08 – 8мм трех разновидностей: мягкую (АМ), полутвердую (АПТ), твердую (АТ).Алюминиевые провода и токопроводящие детали можно сое- динять горячей или холодной сваркой, а также пайкой с применением специ- альных припоев и флюсов. Листовой алюминия применяют для экранов и корпусов микросхем, шасси, электродов и др.

Серебро относится к группе благородных металлов, не окисляющихся в воздухе при комнатной температуре. Окисление начинается при 200°С. Серебро отличается высокой пластичностью, позволяющей получать фольгу и проволоку Ø до 0,01мм, и наивысшей электропроводностью.

Основные характеристики серебра: плотность 1050 кг/м³; температура плавления 960,5 °С; σ_р = 150÷180 Мпа (мягкое серебро); σ_р = 200÷300 Мпа (твердое серебро); ρ = 0,0158 мкОм·м; ТК ρ = 0,003691/°С; КТР= 24·10^-6 1/°С.

Из серебра выполняют защитные слои на медных жилах радиомонтаж- ных проводов, используемых при температуре до 250°С. Серебро наносят на внутреннюю поверхность волноводов для получения слоя с высокой электро-провдностью, а также вводят в припои (ПСр10, ПСр50), применяемые для пайки токопроводящих частой в РЭА.

Золото – в отличие от серебра не окисляется в воздухе даже при высо-ких температурах. Оно обладает весьма высокой пластичностью, из него получают фольгу толщиной до 0,005 мм и проволоку Ø до 0,01мм.

Основные характеристики золота: плотность 1930 кг/м³; температура плавления 1063°С; σ_р = 150÷180 Мпа, ρ = 0,0224 мкОм·м; ТК ρ = 0,003691/°С;

КТР= 14,2·10^-6 1/°С.

Золото применяют для тонкопленочных контактных покрытий при коммутации малых токов в микросхемах, а также для покрытия стенок волноводов и резонаторов СВЧ.

Хром – металл, который очень медленно окисляется на воздухе при комнатной температуре, относится к группе тугоплавких металлов, его тем-пература плавления колеблется в пределах 1800 – 1903°С в зависимости от структуры и содержания примесей. Плотность хрома 7180 кг/м³.

Благодаря тому, что хром обладает очень высокой адгезией к стеклам, ситаллам и керамике, его широко применяют в тонкопленочных микро-схемах в качестве подслоя. На подслой хрома наносят распылением в вакууме металлы с большой электропроводностью (серебро, золото, медь и др.), но не обладающие хорошой адгезией к диэлектрическим подложкам.

Кроме того, хром широко используют для получения тонкопленочных резисторов, поскольку он обладает повышенным значением удельного сопротивления ρ = 0,25÷0,30 мкОм·м. Тонкие пленки хрома в микросхемах имеют поверхностное сопротивление R_ = 100 ÷ 500 Ом /_ .

Дата добавления: 2014-01-20