تحسين الكتل الطرفية

صندوق التوزيع : هو نوع من عمليات الترسيب الكهربائي للمعادن، وهو عملية تفريغ أيونات معدنية بسيطة أو معقدة واختزالها إلى ذرات معدنية على سطح مادة صلبة (موصلة أو شبه موصلة) بطرق كهروكيميائية، ثم تثبيتها على سطح القطب للحصول على طبقة معدنية. الغرض: يُغيّر الطلاء الكهربائي خصائص سطح المادة الصلبة، مما يُحسّن مظهرها، ويُحسّن مقاومتها للتآكل والاهتراء، ويزيد صلابتها، ويُوفّر خصائص سطحية بصرية وكهربائية ومغناطيسية وحرارية خاصة. مقدمة في معرفة الطلاء الكهربائي الطرفي.

تتطلب معظم الموصلات الإلكترونية معالجة سطحية للأطراف، والتي تُعرف عادةً بالطلاء الكهربائي. هناك سببان رئيسيان لحماية ركيزة القصبة الطرفية من التآكل؛ الأول هو تحسين أداء سطح الطرف، وإنشاء واجهة التلامس بين الأطراف والحفاظ عليها، وخاصةً التحكم في طبقة الغشاء. بمعنى آخر، يُسهّل هذا تحقيق التلامس بين المعادن. منع التآكل:

تُصنع معظم قصبات الموصلات من سبائك النحاس، والتي عادةً ما تتآكل في بيئات الاستخدام المختلفة، مثل الأكسدة والكبريتيد وغيرها. يهدف الطلاء الكهربائي الطرفي إلى عزل القصبة عن البيئة المحيطة لمنع التآكل. وبطبيعة الحال، لا ينبغي أن تتآكل المادة المطلية كهربائيًا، على الأقل في بيئة الاستخدام.
تحسين السطح: يمكن تحسين أداء سطح الطرف بطريقتين. الأولى هي إنشاء واجهة اتصال طرفية مستقرة والحفاظ عليها في تصميم الموصل. والثانية هي إنشاء اتصال معدني، مما يتطلب عدم وجود أي غشاء سطحي أو كسره عند إدخاله. الفرق بين عدم وجود غشاء وانكسار الغشاء هو الفرق بين طلاء المعادن الثمينة وطلاء المعادن غير الثمينة. طلاء المعادن الثمينة، مثل الذهب والبلاديوم وسبائكهما، خامل ولا يحتوي على غشاء. لذلك، في هذه المعالجات السطحية، يكون الاتصال المعدني "تلقائيًا". ما نحتاج إلى مراعاته هو كيفية الحفاظ على السطح "الجميل" للطرف خاليًا من العوامل الخارجية مثل التلوث وانتشار الركيزة وتآكل الطرف، إلخ.

يتم تغطية الطلاء غير المعدني، وخاصة القصدير والرصاص وسبائكهما، بغشاء أكسيد، ولكن عند إدخاله، ينكسر غشاء الأكسيد بسهولة، وتتشكل منطقة اتصال معدنية.

(1). طلاء طرفي بالمعادن الثمينة
يشير طلاء طرفية المعادن الثمينة إلى المعدن الثمين الذي يغطي السطح السفلي، والذي يكون عادةً النيكل. سمك طلاء الموصل العام: 15~50u ذهب، 50~100u نيكل. أكثر أنواع طلاء المعادن الثمينة شيوعًا هي الذهب والبلاديوم وسبائكهما. يُعد الذهب مادة الطلاء الكهربائي المثالية، حيث يتميز بموصلية كهربائية وحرارية ممتازة. في الواقع، إنه مقاوم للتآكل في أي بيئة. نظرًا لهذه المزايا، فإن مادة الطلاء الكهربائي الرئيسية في الموصلات للتطبيقات التي تتطلب موثوقية عالية هي الذهب، ولكن تكلفة الذهب مرتفعة جدًا. يُعد البلاديوم أيضًا معدنًا ثمينًا، ولكنه يتمتع بمقاومة عالية ونقل حرارة منخفض ومقاومة ضعيفة للتآكل مقارنة بالذهب، ولكنه يتميز بمقاومة الاحتكاك. بشكل عام، يتم استخدام سبيكة البلاديوم والنيكل (80~20) في طرف الموصل. يجب مراعاة العناصر التالية عند تصميم طلاء كهربائي للمعادن الثمينة: المسامية: أثناء عملية الطلاء الكهربائي، تتكون نوى الذهب على العديد من البقع المكشوفة على السطح. تستمر هذه النوى في النمو والانتشار على السطح، وفي النهاية تصطدم هذه الجزر (الأجسام المعزولة) ببعضها البعض وتغطي السطح بالكامل، مكونةً سطحًا مطليًا بالكهرباء مساميًا. ترتبط مسامية طبقة الطلاء الذهبي بسمك طبقة الطلاء. فأقل من 15 ميكرون، تزداد المسامية بسرعة، وفوق 50 ميكرون، تكون المسامية منخفضة جدًا، ويمكن تجاهل معدل الاختزال الفعلي. لهذا السبب، يتراوح سمك المعدن الثمين المطلي بالكهرباء عادةً بين 15 و50 ميكرون. ترتبط المسامية وعيوب الركيزة، مثل الشوائب والتصفيح وعلامات الختم وتنظيف الختم غير المناسب والتزييت غير المناسب، ارتباطًا وثيقًا. كما يمكن أن يؤدي تآكل السطح المطلي بالكهرباء الطرفي إلى انكشاف الركيزة. يعتمد تآكل أو عمر السطح المطلي بالكهرباء على خاصيتين من خصائص معالجة السطح: معامل الاحتكاك والصلابة. مع زيادة الصلابة وانخفاض معامل الاحتكاك، يزداد عمر معالجة السطح. الذهب المطلي بالكهرباء عادةً ما يكون ذهبًا صلبًا ويحتوي على مُنشِّط تقوية، ومن أشهرها الكوبالت (Co)، مما يُحسِّن من مقاومة الذهب للتآكل. ويُحسِّن اختيار طلاء النيكل بالبلاديوم من مقاومة التآكل وعمر طلاء المعدن الثمين بشكل كبير. عادةً ما تُغطى سبيكة نيكل البلاديوم من 20 إلى 30 ميكرون بطبقة طلاء ذهب 3u، تتميز بموصلية كهربائية جيدة ومقاومة عالية للتآكل. كما تُستخدم طبقة أساس من النيكل لزيادة عمر الطلاء.

طبقة النيكل الأساسية: تُعدّ طبقة النيكل الأساسية العامل الأول الذي يُؤخذ في الاعتبار عند طلاء المعادن الثمينة بالكهرباء. فهي تؤدي عدة وظائف مهمة لضمان سلامة واجهة التلامس الطرفية.
بفضل سطح الأكسيد الموجب، يوفر النيكل طبقة عزل فعالة، تحجب الطبقة السفلية والثقوب الدقيقة، مما يقلل من احتمالية تآكلها؛ كما يوفر طبقة دعم صلبة تحت طبقة الطلاء الكهربائي للمعادن الثمينة، مما يزيد من عمرها الافتراضي. ما هو السُمك المناسب؟ كلما زاد سُمك طبقة النيكل الأساسية، قلّ التآكل، ولكن بالنظر إلى التكلفة والتحكم في خشونة السطح، يُختار عادةً سُمك يتراوح بين 50 و100 وحدة.

(2) طلاء المعادن غير الثمينة بالكهرباء يختلف طلاء المعادن غير الثمينة بالكهرباء عن المعادن الثمينة في أنهما يحتويان دائمًا على عدد معين من طبقات الغشاء السطحية. ونظرًا لأن الغرض من الموصل هو توفير واجهة اتصال معدنية والحفاظ عليها، فيجب مراعاة وجود طبقات الغشاء هذه. وبشكل عام، بالنسبة لطلاء المعادن غير الثمينة بالكهرباء، تكون القوة الإيجابية المطلوبة عالية بما يكفي لتدمير طبقة الغشاء، وبالتالي الحفاظ على سلامة واجهة الاتصال الطرفية. كما أن تأثير التنظيف مهم جدًا للسطح الطرفي الذي يحتوي على طبقة الغشاء. وهناك ثلاث معالجات سطحية غير معدنية في الطلاء الكهربائي الطرفي: القصدير (سبيكة القصدير والرصاص) والفضة والنيكل. القصدير هو الأكثر استخدامًا، وللفضة مزايا في التيارات العالية، بينما يقتصر استخدام النيكل على تطبيقات درجات الحرارة العالية.

معالجة أسطح القصدير. يشير القصدير أيضًا إلى سبائك القصدير والرصاص، وخاصة سبائك القصدير-93-الرصاص-3. يُقترح استخدام معالجات أسطح القصدير بناءً على حقيقة أن طبقة أكسيد القصدير تتلف بسهولة. يُغطى سطح طلاء القصدير بغشاء أكسيد صلب ورقيق وهش. يوجد القصدير اللين أسفل طبقة الأكسيد. عندما تؤثر قوة عمودية على الغشاء، لا يستطيع أكسيد القصدير، لكونه رقيقًا، تحمل الحمل، ولأنه هش وهش، فإنه يتشقق. في ظل هذه الظروف، ينتقل الحمل إلى طبقة القصدير، وهي ناعمة ومرنة وتتدفق بسهولة تحت الحمل. بسبب تدفق القصدير، تكون الشقوق في الأكسيد أوسع. من خلال الشقوق والفواصل. يتم ضغط القصدير على السطح لتوفير اتصال معدني. يتمثل دور الرصاص في سبائك القصدير والرصاص في تقليل تكوين شعيرات القصدير. شعيرات القصدير هي طبقة من البلورات المفردة (شعيرات القصدير) تتشكل على سطح الطلاء الكهربائي للقصدير تحت الضغط. تُسبب شعيرات القصدير قصرًا كهربائيًا بين أطراف التوصيل. يمكن تقليل شعيرات القصدير بإضافة 2% أو أكثر من الرصاص. يوجد نوع آخر من سبائك القصدير والرصاص بنسبة 60:40 من القصدير، وهي نسبة قريبة من نسبة تركيب اللحام (63:37)، ويُستخدم بشكل رئيسي في الموصلات المراد لحامها. مع ذلك، ازدادت مؤخرًا القوانين التي تُلزم بتقليل محتوى الرصاص في المنتجات الإلكترونية والكهربائية. تتطلب العديد من أطراف التوصيل المطلية بالكهرباء طلاءً كهربائيًا خاليًا من الرصاص، وخاصةً طلاء القصدير النقي، والقصدير/النحاس، والقصدير/الفضة. يمكن إبطاء تكوّن شعيرات القصدير عن طريق طلاء طبقة من النيكل بين طبقتي النحاس والقصدير، أو باستخدام سطح قصدير خشن وغير لامع.
طلاء سطح الفضة بالكهرباء

تُعتبر الفضة معالجة سطحية نهائية للمعادن غير الثمينة، إذ تتفاعل مع الكبريت والكلور لتكوين غشاء كبريتيدي. هذا الغشاء الكبريتيدي شبه موصل، ويشكل خصائص الصمام الثنائي.

الفضة ناعمة أيضًا، تشبه الذهب الناعم. ولأن الكبريتيدات لا تتلف بسهولة، فلا يحدث تآكل احتكاكي فيها. تتميز الفضة بموصلية كهربائية وحرارية ممتازة، ولا تذوب تحت التيار العالي، وهي مادة ممتازة لمعالجة أسطح المحطات الطرفية ذات التيار العالي.

(٣) تزييت الطرفيات: يختلف دور التزييت باختلاف معالجات أسطح الطرفيات. هناك وظيفتان رئيسيتان: تقليل معامل الاحتكاك وتوفير عزل بيئي. لخفض معامل الاحتكاك أثران:

أولاً، تقليل قوة إدخال الموصل

ثانيًا، زيادة عمر الموصل بتقليل التآكل. يوفر تزييت الأطراف عزلًا بيئيًا بتكوين "طبقة محكمة الغلق" لمنع أو تأخير تلامس البيئة مع واجهة التلامس. بشكل عام، يُستخدم تزييت الأطراف في معالجات أسطح المعادن الثمينة لتقليل معامل الاحتكاك وزيادة عمر الموصل. أما في معالجات أسطح القصدير، فيوفر تزييت الأطراف عزلًا بيئيًا لمنع التآكل الاحتكاكي. على الرغم من إمكانية إضافة مواد التشحيم في عملية الطلاء الكهربائي التالية، إلا أنها عملية تكميلية فقط. بالنسبة للموصلات التي تحتاج إلى لحام بلوحات الدوائر المطبوعة، قد يؤدي تنظيف اللحام إلى فقدان مواد التشحيم. تلتصق مواد التشحيم بالغبار. عند استخدامها في بيئة متربة، تزيد من مقاومتها وتُقلل من عمرها الافتراضي. وأخيرًا، قد تُحدّ مقاومة مواد التشحيم للحرارة من استخدامها.
(4) ملخص معالجة السطح النهائي لطلاء المعادن الثمينة، بافتراض التغطية على طبقة أساسية من النيكل 50u، والذهب هو المادة الأكثر استخدامًا، ويعتمد السمك على متطلبات الحياة، ولكن قد يتأثر بالمسامية.