Чистые металлы и сплавы, применяемые в радиоэлектронике

Лекция 8. Проводниковые материалы и провода

Содержание лекции:

- назначение проводниковых материалов;

- назначение и виды проводов.

Цели лекции:

- изучение проводниковых материалов;

- изучение проводов.

8.1 Нзначение п роводниковых материалов

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.

Медь – главный материал, обладающий высокой пластичностью, доста- точной механической прочностью и высокой электропроводностью. 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 и М00б; Моб; М1б. Содержание меди 99,99 – 99,90%. У изделий из мягкой меди (при 20°С) плотность 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. Из бронзы изготовляют пружинящие контакты, контактные части разъемов и другие детали.

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 8.1.

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. 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.

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).

Таблица 8.1

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

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.