СибНеоТэк
Специальные материалы
RU
Сверхчистая  МБ
Применение :
ПРИМЕНЕНИЕ
В разделе Главная уже было кратко упомянуто, что применение полученной сверхчистой меди обусловлено ее характеристиками, отличающимися от классической или другой особо чистой меди  высочайшей сбалансированной химической чистотой, и, соответственно, физико-химическими и механико-технологическими характеристиками. В различных областях применения эти различия могут иметь различные выгоды. В каждой конкретной области применения, в конкретной задаче и условиях, в соответствии с доминантной характеристикой или набором необходимых характеристик и свойств, эффект от замены может различаться, а также иметь мультипликативный эффект. В некоторых случаях, экономический эффект может не является определяющим - вопрос в существовании материала с соответствующими характеристиками.
 
В разделе Продукция/О химической чистоте было также кратко представлено, что такое химическая чистота и для чего она нужна. Часто о чистоте меди, предлагаемой на свободном рынке, а тем более о ее химическом составе, что важней, без дополнительной информации ничего нельзя сказать, а часто сразу, что это не лучше классической 99,0-99,99 % или сразу хуже для большинства известных задач.
 
Приведем несколько примеров. Целью будет являться не полнота или точность для расчетов или еще чего-либо, а обратить внимание на некоторые аспекты своими словами.
ЭЛЕКТРОНИКА
Выделим здесь два сегмента – это печатные платы и процессоры. Платы – некоторая конструкция, через которую соединяются все электронные составляющие устройства. Процессор - центральное обрабатывающее устройство.
В обоих случаях используется много медных соединительных контактов-дорожек. Размеры печатных плат и процессоров отличаются и стремятся к уменьшению. Но они выполняют разные функции и уменьшение размеров имеет разное значение, и для изготовления требования к меди существенно различаются.


ПЛАТЫ

Для изготовления и современных многослойных плат в большинстве случаев достаточно 99,999% по техническим условиям типа металлическая основа ГОСТ859/ASTM B170, но вполне и подходит и меньшая чистота, что равносильна классической меди. Объемы используемой в мире меди для этих целей исчисляются, даже не скажем точно сколько, а прикидывать нет смысла, но речь о сотнях, тысячах и более тон, в зависимости от конечного продукта. В общем, много. Требования к меди вполне достижимы в таких объемах, цены примерно тоже. Соответственно и стоимость плат – стоимость условного полимера и немного меди чуть лучше чем на лондонской бирже. Могут делать многие страны.
ПРОЦЕССОРЫ

С процессорами дело обстоит сложней, намного сложней. Изготовление процессоров - это намного более технологичный многоэтапный процесс, требующий высокого научного потенциала и развитой производственной базы. Это доступно единицам стран, и часто в кооперации. Конечно, ситуация зависит от размерности процесса также. На этом и куда все идет останавливаться не будем, но выделим пару моментов.


Сколько меди в процессоре?

Возьмем условный процессор 1 см2 и десятью слоями контактов по 60 нм. Контакты заполняют не весь слой, но в процессе формирования что-то наносится, что-то удаляется, и будем считать, что расход вместе с безвозвратными потерями составляет толщиной 100 нм на формирование одного слоя контактов. В результате количество меди, используемой на изготовление, составляет 0,0001 см3 или 0,00089 грамм, или ~ 1 000 грамм на 1 000 000 см2 процессоров.


Сколько стоит медь в процессоре?

Ради интереса, пусть медь 1 000 у.е. за грамм, процессор 100 у.е. за 1 см2. Имеем, что  тогда стоимость меди в процессоре составляет 0,89 у.е. или <1%.


Влияет ли и на что качество меди, и много ли 1 000 у.е за грамм меди?

Здесь вопрос непростой – очень зависит от размерности процесса изготовления, конкретных технологий на этапах производства, и в частности на этапе металлизации. От размерности и технологии металлизации и зависит требуемое качество меди.

Есть отработанные технологии, где определен приемлемый расчетный процент брака. По окончанию процесса изготовления все процессоры тестируются и невозвратный брак, где нет контакта или замыкание, удаляются, а остальные сортируются по производительности, то есть по стоимости. Есть не отработанные еще технологии, где брак может достигать и десятков процентов.

Не всегда просто определить, какая доля брака или какая часть процессоров меньшей стоимости произошла из-за качества меди, если качество меди не сильно отличается от рекомендуемого. Но методики есть. Но и очевидно, что влияние качества меди на эти вещи есть, а в некоторых случаях даже можно и точно сказать какое влияние.

Пусть медь повлияет на уменьшение безвозвратного брака на 1 п.п., например  с 5% до 4%. Имеем, что это дополнительно 10 000 см2 рабочих процессоров, или 10 000*100 у.е.= 1 000 000 у.е. в стоимости.

Вся медь на партию 1 000 000 см2  будет стоить 1000 грамм*1000 у.е = 1 000 000 у.е. То есть фактически вся медь на партию 1 000 000 см2 окупилась, а еще не учтено насколько повысилась доля более производительных  и более дорогих процессоров.

Еще раз, процесс производства многоэтапный и сложный, и часто не из-за меди возникает брак, но будет обидно, если столько трудов по изготовлению кремниевой подложки, настройки оборудования и соблюдения всех норм и рекомендаций, 1 п.п. может потеряться просто из-за качества меди.


Не претендуем на что-то для инженерных или экономических там расчетов...это в рамках "средняя школа, 6 класс, математика, проценты..."... Произвести процессоры и такую медь очень непросто, кое-что почти невозможно...просто устали когда от электроники 10 лет считают чтобы дать ответ..., да и постоянные запросы про 10-100 тон в месяц 5N-6N… Просто "по быстрому набросали и даем некоторую логику для размышлений…"...
МЕДНЫЕ  ЗЕРКАЛА
Учебые пособия : Оптические свойства металлических зеркал для СО2 лазеров. В.Е. Рогалин, И.А. Калпунов; Оптика лазеров. В.П. Шорин, С.П. Мурзин; и другие
Материалы для оптических элементов отражателей должны обладать хорошим рассеиванием поглощенной энергии излучения (теплопроводность должна быть достаточно высокой), легко накапливать внешнюю энергию до достижения теплового равновесия (теплоемкость должна быть низкой), то есть иметь высокую температуропроводность,  иметь высокий и стабильный во времени коэффициент отражения, высокую оптическую прочность, высокую механическую прочность, обеспечивающую возможность прецизионного полирования отражающей поверхности, высокую оптическую однородность. Наиболее подходящими материалами для отражателей являются металлические оптические элементы, получившие название металлооптика.
 
В оптическом приборостроении медь широко используется для силовой отражательной оптики, т. е. для зеркал, работающих при высокой плотности излучения. Это обусловлено высоким значением коэффициента отражения, невысоким значением температурного коэффициента линейного расширения, высокой теплопроводностью, хорошей оптической прочностью и малыми значениями термодеформации. Преимущественно используется бескислородная медь марок М006, МОб, М1б.


CO2 - ЛАЗЕРЫ

Особенности спектрального диапазона, а также высокие мощности излучения лазеров на С02 накладывают дополнительные требования к материалу подложек и отражающих покрытий лазерных зеркал. Эти требования связаны с тепловым режимом зеркал и сводятся к получению максимально возможного коэффициента отражения и созданию оптимальных условий для охлаждения зеркал для того, чтобы повысить их лучевую прочность. Таким требованиям удовлетворяют зеркала с металлическими (чаще всего - медными) подложками и тонкослойными отражающими покрытиями из тугоплавких металлов с высокими коэффициентами отражения для λ= 10,6 мкм. Основные характеристики наиболее широко распространенных зеркал приведены в таблице.
Зеркала
Коэф.
отражения  
Точность   обработки поверхности
Энергетический   порог повреждения
;
R, %
сфера
плоскость
Импульсный
Непрерывный
Дж/см2
кВт/см2
Cu-Ni
   98,8
λ/10λ/20
λ/20
5
1
> 99 (Au)
ti= 0.6мкс
с   охл
Cu-Be
   98,8
λ/20
λ/20
-
> 99 (Au)
100
Mo
> 98
λ/40
λ/40
35
200
ti= 0.6мкс
t = 8 с
Cu
пром. с диэл. покр.
> 98
λ/20
λ/10
до 100
> 10
без   охл
Cu
суперполи-рованные
> 98
λ/40
λ/40
130
> 10
ti= 0.6мкс
200 c охл
Ni-Cu

Зеркала из Ni-Cu изготовливаются из высокочистой меди, неимеющей микропор и трещин. На рабочую поверхность медной подложки наносят слой никеля и после полировки с точностью до λ/20 проверяют, нет ли у отражающего слоя поверхностных дефектов и каковы его параметры шероховатости. Затем на отражающую поверхность наносят тонкий слой золота, повышающий коэффициент отражения и механическую стойкость при чистке зеркала.

Ве-Cu

Зеркала из Ве-Cu предназначаются в основном для сферических резонаторов с выпуклыми и вогнутыми отражающими поверхностями, а также для других оптических систем, использующихся в импульсных лазерах с удельной энергией до 10(б) Дж/м2. Хороший термический контакт между Be и Си обеспечивает быстрый теплоотвод от рабочей поверхности зеркала и позволяет избежать локального нагрева, который может привести к повреждению зеркала. Для повышения механической прочности и коэффициента отражения на отражающую поверхность иногда наносят тонкий слой золота.

Mo

Зеркала из молибдена используют в мощных газодинамических лазерах на С02. Однако из-за высокой стоимости их недостаточно широко внедряют, несмотря на то, что хорошо полированная молибденовая поверхность обладает отличными оптикомеханическими качествами и не требует дополнительных дорогостоящих покрытий. Кроме того, молибден обладает малым температурным коэффициентом линейного расширения и высоким термическим порогом разрушения, что позволяет использовать зеркала из молибдена без дополнительного охлаждения.

Cu

Промышленные зеркала из меди используют в системах мощных лазеров на С02. На них наносят в вакууме тонкий слой диэлектрических покрытий, предотвращающих окисление полированной медной поверхности и повышающих прочность отражающего слоя при чистке зеркала.

Суперполированные зеркала из меди позволяют полностью обеспечить выполнение требований к лазерным отражающим зеркалам. Для обеспечения работы максимально мощных лазеров на С02 используют, как правило, металлические зеркала с водяным охлаждением. Наряду с нанесением диэлектрических покрытий, повышающих механическую прочность отражающих поверхностей, водяное охлаждение позволяет достигнуть максимальных значений энергетического порога повреждения зеркал.



Использование материалов высокой чистоты, замена традиционных методов шлифования, полирования и доводки зеркал методом алмазной обработки без последующего шлифования, использование эффективных способов охлаждения отражающих поверхностей обеспечивают повышение порога поверхностного разрушения до 10(13) Вт/м2 ресурса работы до 1000 ч, снижение термодеформаций до долей микрометра при одновременном сокращении трудоемкости изготовления таких зеркал.
В таблице указаны данные для длины λ= 10,6 мкм. Но заметим, что коэффициент отражения обычной бескислородной меди одинаково высок в диапазоне 1- >10 мкм,  ниже 1 мкм падает. Молибден резко снижается к 2-3 мкм, а затем снова растет ниже 2 мкм. Известно все до этих пособий, указаны лишь по причине приведения полностью некоторых абзацов, чтобы самим не "сочинять" и не быть "обвиненными в плагиате)...". А как сделать медь такого качества, по крайней мере как мы - непросто.


"Чудес не бывает" - любой материал имеет как свои преимущества в определенных условиях, так и свои недостатки в других. Мы просто предлагаем материал, который при определенных условиях по значимым характеристикам во много раз превосходит даже бескислородную медь М00б, что может быть очень интересно.  Достижение этих "определенных условий", то есть охлаждение до нужных температур, не представляет в данное время серьезных сложностей. Остаются конструкционные сложности отвода тепла, но и на эту тему есть много исследований, существенно продвинувшиеся в этом вопросе, а в несколько раз большая температуропроводность, возможно и в более чем 10 раз, надо посмотреть..., этому и способствует.
С учетом потерь на отражение,  конечный результат на определенных частотах/длинах волн излучения может быть и еще кратно выше...но надо посмотреть внимательно еще некоторые характеристики и "нюансы", вроде сверхсложного там нет, но оставим это узким специалистам...наша задача была сделать почти "теоретический материал" и нам своих "нюансов" хватило...

....все что написано выше, касается только нашего качества....


ПОЗЖЕ ДОБАВИМ ЕЩЕ ПРИМЕНЕНИЯ, ГДЕ НАШЕ КАЧЕСТВО БУДЕТ ИМЕТЬ СУЩЕСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ

...возможно: почему для изготовления сверхтонких проволок, лент, фольги наше качество также имеет преимущество, почему в определенных задачах применение такой меди может превзойти и сверхпроводники, как  по некоторым характеристикам, так и в практическом применении, в частности, как по созданию так и по работе в сильных магнитных полях и т.п....посмотрим, это все же сайт, и не наша задача...
Site is under
development