Titaani kulutuselektroniikkaan ja mikroelektroniikkaan: levyt, kalvot ja ruiskutuskohteet

Miksi titaani siirtyi premium-laitekoteloihin

Titaani siirtyi ilmailu- ja kemiantehtaista kulutuselektroniikkaan ominaisuuksien yksinkertaisen yhdistelmän vuoksi. Se on noin 60 prosenttia tiheämpi kuin alumiini, mutta huomattavasti vahvempi, joten kotelo voi olla ohuempi ja jäykempi samassa massassa. Se ei ole-magneettinen, mikä pitää antennin suorituskyvyn ennustettavana ja välttää häiriöitä magneettisten antureiden ja langattomien latauskelojen kanssa. Se kestää sormenjälkien-välitteistä kloridia ja käsien hikoilua ilman alumiinikotelon tarvitsemaa pinnoitetta, ja se saa harjatun tai puhalletun pinnan, joka säilyttää ulkonäkönsä.

Käytännön rajoitteena ovat valmistuskustannukset. Titaanin alhainen lämmönjohtavuus, noin 22 W/mK seostamattomilla lajeilla, keskittää lämmön leikkuureunaan CNC-työstön aikana ja tekee työkalun kestosta hallitsevan kustannustekijän yksirunkoisen rungon valmistuksessa. Tästä syystä titaanikotelot ilmestyivät ensimmäisenä premium-tuotteissa, joissa materiaalikustannukset ovat pieni murto-osa vähittäishinnasta, ja miksi teollisuus on siirtynyt lähelle-verkonmuodostusreittejä ja hybridikokoonpanoa koneistustaakan hallitsemiseksi.

Muokatut muodot pinnan takana

Kolme muokattua titaanituotetta ruokkii elektroniikan toimitusketjua, ja kutakin säätelevät erilliset spesifikaatiot. Kylmävalssattu-levy ja nauha ASTM B265:n mukaisesti luokissa 1, 2 ja 3 muodostavat kotelon ja rakenteellisen pintamateriaalin. 0,03 mm:n kalvo valmistetaan samaa valssausreittiä pitkin, ja sitä käytetään suojaukseen, joustaviin koskettimiin ja kevyisiin kalvoihin. Tanko ja vaijeri ASTM B348:aan ja ASTM B{10}}iin toimittavat kiinnikkeitä, saranoita, ruuveja ja koneistettuja sisäosia.

Elektroniikkaketjun laatuvalintaa ohjaavat muovattavuus ja pinnan viimeistely lujuuden sijaan. ASTM B265:n luokka 1, maksimaalinen saanto 310 MPa, muuttaa muotoaan halkeilematta syvävedetyissä-tai leimausoperaatioissa, ja se anodisoituu tasaiseksi väriksi. Grade 5 Ti-6Al-4V on varattu saranoille ja rakenneosille, joiden minimivetolujuus 895 MPa ja pienin myötölujuus 828 MPa ASTM B348 -standardin mukaan oikeuttavat koneistuskustannukset. GB/T 3620.1 -merkintäjärjestelmässä seostamattomat lajikkeet vastaavat TA1, TA2 ja TA3.

Roiskuvat kohteet ja ohut{0}}kalvopinnoitus

Titaanin rooli mikroelektroniikassa on vähemmän näkyvää kuin kotelo ja huomattavasti arvokkaampi kiloa kohden. Titaanisputterointikohteita käytetään fysikaalisessa höyrypinnoituksessa, jossa ioni- tai elektronisuihku pommittaa kohdetta tyhjiökammiossa ja heittää ulos titaaniatomeja, jotka kondensoituvat piikiekolle tai lasisubstraatille muodostaen ohuen kalvon. Kalvo toimii tartuntakerroksena eristeen ja sitä seuraavan metalloinnin välillä, esteenä metallin diffuusiota vastaan ​​sekä kosketus- ja liitosmateriaalina joissakin laitearkkitehtuureissa.

Tavoitteen suorituskykyä ohjaa neljä ominaisuutta. Puhtaus on ensimmäinen: standardielektroniikkalaadut vaihtelevat 99,95 prosentista 99,995 prosenttiin, ja jäännöselementtejä säädetään erikseen, koska rauta, happi ja alkalimetallit heikentävät kalvon ominaisvastusta ja laitteen tuottoa. Raekoko on toinen, koska hieno yhtenäinen raerakenne tuottaa tasaisemman poistonopeuden ja tasaisemman kerrostetun kalvon. Tiheys on kolmas, ja tavoitteiden vaaditaan yleensä saavuttamaan vähintään 99 prosenttia teoreettisesta tiheydestä, jotta vältetään huokoisuuden aiheuttama kipinöinti. Kohteen geometria ja liimaus täydentävät kuvan; kohteet on tyypillisesti kiinnitetty kupariseen taustalevyyn lämmön levittämiseksi ja mekaanisen rajapinnan muodostamiseksi sputterointikammiolle.

Lämpö-, magneetti- ja viimeistelynäkökohdat

Kolme fyysistä ominaisuutta muokkaa elektroniikan suunnittelua. Seostamattoman titaanin lämpölaajenemiskerroin on noin 8,5 x 10-6 per K, mikä on noin puolet alumiinin ja noin kaksi kolmasosaa austeniittisen ruostumattoman teräksen lämpölaajenemiskerroin, millä on väliä, missä titaanikomponentti liitetään lasinäyttöön tai keraamiseen alustaan. Titaani on paramagneettista ja sen magneettinen herkkyys on erittäin alhainen, joten se läpäisee tehokkaasti magneettikenttiä eikä häiritse Hall-antureita, magnetometrejä tai induktiivista latausta. Ja sen noin 103 GPa:n kimmomoduuli antaa jäykkyys{7}}painosuhteen, joka estää ohuita kotelon seiniä taipumasta pudotus- ja painekuormituksen vaikutuksesta.

Viimeistely seuraa alustaa. Anodisointi tuottaa interferenssivärin, jonka paksuus nostaa myös pinnan kovuutta, kun taas helmipuhallus ja harjaus antavat mattapinnan, joka piilottaa käsittelyjäljet. Kun käytetään koristeeloksointia, levyn tulee olla kemiallisesti ja rakeisesti tasainen, koska hapen tai raudan paikallinen vaihtelu näkyy värinauhoina valmiilla pinnalla. Peittaus ja hehkutettu levy, jolla on yhtenäinen raerakenne, on siksi määritelty näkyville kosmeettisille osille.

Toimitusketju ja laatuodotukset

Elektroniikkaasiakkaat tarkastavat titaanin tarjontaa tarkemmin kuin useimmat teollisuudenalat, ja hyvästä syystä: kotelossa oleva inkluusio tai kova alfahiukkanen on kosmeettinen hylkäys, kun taas sputterointikohteessa sama vika on ontelo, joka oikosuluttaa kiekkoerän. Tyypillisiä vaatimuksia ovat täydellinen jäljitettävyys sulamislämpöön EN 10204 tyyppi 3.1 -sertifioinnilla, ASTM-luokituksen mukainen kemia, joka on raportoitu erikseen, sisäisten vikojen ultraäänitarkastus, nauhan ja kalvon mitta- ja tasaisuustarkastus sekä lausunto, joka vahvistaa, ettei happi{3}}rikastetussa alfakotelossa ole jäljellä.

Rullaava reitti on tärkeä myös jatkokäsittelyssä. Kylmävalssauksen jäännösjännityksellä syötetty materiaali vääntyy koneistettaessa tai kotelon seinämää ohennettaessa, joten vakioreitti on kuumavalssaus, kylmävalssaus, tyhjiöhehkutus ja peittaus, ja lopullinen hehkutus on määritetty hallitsemaan sekä jännitystä että raekokoa.

Usein kysytyt kysymykset

Q:Mitä titaanilaatua käytetään älypuhelimissa ja puettavissa koteloissa?
V: Grade 1 - Grade 3 seostamaton titaani ASTM B265:n mukaan, TA1, TA2 ja TA3 vastaavat GB/T 3620.1 -merkinnät. Arvoa 1 suositellaan syvävedetyille ja voimakkaasti muotoilluille osille, koska ASTM B265 rajoittaa myötölujuuden 310 MPa:iin, mikä suojaa muovattavuutta.

Q:Mitä puhtautta vaaditaan titaanisputterointikohteelta?
V: Elektroniikkalaadut vaihtelevat tavallisesti 99,95 prosentista 99,995 prosenttiin titaania, ja raudan, hapen, hiilen ja alkalimetallien määrä on yksilöllinen, koska nämä jäännökset lisäävät kalvon resistiivisyyttä ja vähentävät laitteen tuottoa.

Q:Miksi titaania käytetään fysikaalisiin höyrypinnoituskohteisiin halvemman metallin sijaan?
V: Titaanikalvot toimivat tartunta- ja diffuusiosulkukerroksina useissa laitearkkitehtuureissa, ja titaanikohteita voidaan valmistaa erittäin puhtaana kontrolloidulla raekoolla, mikä mahdollistaa tasaisen kerrostumisnopeuden ja kalvon paksuuden kiekon poikki.

Q:Onko titaani magneettinen?
V: Ei. Se on paramagneettinen ja sen magneettinen herkkyys on erittäin alhainen, joten se ei häiritse magneettisia antureita, kompassitoimintoja tai induktiivisia latausjärjestelmiä, mikä on yksi syy, miksi sitä suositellaan premium-laitteiden kehyksille.

Q:Miksi titaania on vaikeampi työstää kuin alumiinia?
V: Sen lämmönjohtavuus on noin 22 W/mK, selvästi alle alumiinin, joten leikkauslämpö ei pääse karkaamaan työkappaleen läpi ja keskittyy työkalun reunaan. Titaani toimii myös-kovettumisena ja taipumus kipeytyä, joten työkalun käyttöikä ja pinnan eheys hallitsevat titaanikotelon työstökustannuksia.

Q:Minkä sertifikaatin tulee olla sähköisen{0}}titaanilevyn ja -folion mukana?
V: Jäljitettävyys sulatuslämpöön EN 10204 tyypin 3.1 dokumentaatiolla, kemia ASTM-laatua vastaan, kaikki interstitiaaliset elementit on raportoitu erikseen, ultraäänitarkastustiedot, mitta- ja tasaisuustiedot ja vahvistus, ettei peittauksen jälkeen jää happi{2}}rikastettua pintakerrosta.