Чистые металлы и сплавы, применяемые в радиоэлектронике

Из металлов в радиоэлектронике главным образом применяют медь, алюминий, серебро и золото, а из сплавов — бронзу, латунь и ковар.

Медь — главный материал, обладающий высокой пластичностью, достаточной механической прочностью и высокой электропроводностью. По электропроводности медь стоит на втором месте после серебра. Медь имеет красновато-оранжевый цвет и температуру плавления 1083 °С. Коэффициент температурного расширения меди КТР = 17-10^-6 1/°С.

Проводниковую медь получают из слитков меди после очистки их от примесей в электролитической ванне (с помощью постоянного тока). В нормальной воздушной атмосфере проводниковая медь устойчива к атмосферной коррозии. Этому способствует тонкий слой оксида СuО которым медь покрывается на воздухе. Он препятствует дальнейшему доступу кислорода воздуха к меди.

Для изготовления изделий (обмоточные, радиомонтажные провода и кабели) применяют чистую медь марок М00к, М0ку; М0к; М1к (катодная медь) и М00б; М0б; М1б (бескислородная медь). Содержание меди (с серебром) 99,99 — 99,90%. Наибольшее содержание меди имеют марки М00к и М00б.

Примеси в металлах оказывают неблагоприятное влияние на их электрические и механические свойства. Поэтому для изготовления проводов применяют сорта меди, в которых сумма всех примесей не должна превышать 0,1 %. Для изготовления медной фольги (для печатных плат) и эмалированных обмоточных проводов применяют марки бескислородной меди, отличающейся пластичностью и высокой электропроводностью.

Проволоку для проводов изготовляют 0,01—10 мм в виде мягкого, отожженного изделия (марка ММ) или твердотянутого, неотожженного изделия (марка МТ). У изделий из мягкой меди (при 20 °С) плотность 8900 кг/м³; _р = 200-280 МПа; e_Р = 6-35%; r = 0,0172-0,01724 мкОм×м; из твердой меди — плотность 8960 кг/м³; _р = 380 - 450 МПа; e_Р — = 0,6 -2%; r = 0,0178 -0,180 мкОм ×м.

Проволока меньшего диаметра обладает большими разрушающим на­пряжением при растяжении и значениями удельного электрического сопротивления, чем проволока большего диаметра. Для проводов очень малого диаметра (0,01 мм), предназначенных для работы при повышенных температурах, применяют проволоку, изготовленную из бескислородной меди (марка МООб), отличающейся высокой чистотой (общее содержание примесей—не более 0,01%). Температурный коэффициент удельного сопротивления для всех марок меди ТКr = 0,004 1°/С.

Бронза представляет собой сплавы меди с оловом (оловянная бронза), алюминием (алюминиевая), бериллием (бериллиевая) и с другими легирующими элементами. Марки бронзы обозначаются буквами Бр (бронза), за которыми следуют буквы и цифры, показывающие, какие легирующие элементы и в каком количестве содержатся в данной бронзе (табл. 3.1.1).

Таблица 3.1.1 Марки и состав некоторых 6poнз и латуней

Бронза хорошо паяется и обрабатывается резанием и давлением. Из бронзы изготовляют полуфабрикаты — ленты, полосы, проволоку, листы и трубки, из которых производят пружинящие контакты, токопроводящие пружины, контактные части для штепсельных разъемов и других конструкционных деталей в радиоаппаратах.

При изготовлении деталей из бериллиевой бронзы производят термическую обработку — закалку бронзы (нагрев и резкое охлаждение). Закаленная бронза обладает пластичностью, позволяющей изготовлять из нее различные упругие элементы. Упрочнения деталей из бериллиевой бронзы достигают отпуском — нагревом ее до определенной температуры и последующим медленным охлаждением, а из алюминиевой и оловянной — пластической деформацией при комнатной температуре.

В отношении электропроводности бронза уступает меди, но превосходит ее по механической прочности, упругости, сопротивлению истиранию и коррозионной стойкости.

Латунь — сплав меди с цинком, в котором наибольшее содержание цинка может составлять 45 % (по массе), но латунь, обладающая наибольшей пластичностью, содержит 30% цинка и менее. Высокая пластичность латуни позволяет изготовлять из нее горячей и холодной прокаткой и волочением листы, прутки, ленты и проволоку. Из листовой латуни можно изготовлять также детали глубокой штамповкой — колпачки, фасонные шайбы и др. Кроме того, из латуни изготовляют различные зажимы, контакты и крепежные детали для радиоаппаратуры. Латунь дешевле меди, поэтому там, где не нужна высокая электропроводность, экономически более целесообразно изготовлять такие детали из латуни. Деформируемая латунь подвержена коррозии во влажной атмосфере в большей степени, чем медь. Марки латуни обозначаются буквой Л (латунь), за которой следуют буквы и цифры, указывающие содержание меди и других компонентов. Основные характеристики бронзы, латуни и меди приведены в табл. 3.1.2.

Таблица 3.1.2Основные характеристики бронзы, латуни и меди

Ковар – сплав никеля (28,7 – 29,2 % по массе), кобальта (17,3 – 18%) и остальное-железо. Характерной особенностью ковара является близость значений его КТР = (4,3-5,4) 10^-6 1°/С к значениям КТР стекла и керамики в интервале 20 — 200 °С. Это позволяет производить согласованные, герметичные спаи ковара со стеклом и керамикой.

Плотность ковара 8350 кг/м³, температура плавления 1450 °С, удельное электрическое сопротивление (при 20 °С) r = 0,45 мкОм • м , _р = 500 - 620 МПа (для отожженной проволоки из лент).

Ковар хорошо поддается пайке и электросварке, пластичен, что позволяет получать проволоку 0,2 — 3 мм, ленту толщиной 0,1—2,5 мм и шириной 70 — 250 мм. Его применяют для изготовления корпусов ИС и полупроводниковых приборов. Во избежание коррозии фасонные изделия, полученные глубокой вытяжкой, подвергают отжигу при оптимальной температуре.