تلدين رقائق النحاس المدرفلة: إطلاق العنان لأداء محسّن للتطبيقات المتقدمة

في الصناعات عالية التقنية مثل صناعة الإلكترونيات والطاقة المتجددة والفضاء،رقائق نحاسية ملفوفةيُعتبر النحاس مادةً ثمينةً بفضل موصليته الممتازة، وقابليته للطرق، وسطحه الأملس. مع ذلك، فبدون التلدين المناسب، قد يُعاني رقائق النحاس المدرفلة من التصلب الناتج عن التشغيل والإجهاد المتبقي، مما يحد من قابليتها للاستخدام. يُعد التلدين عمليةً بالغة الأهمية لتحسين البنية المجهرية لـرقائق نحاسيةمما يعزز خصائصها لتطبيقات تتطلب دقة عالية. تتناول هذه المقالة مبادئ التلدين، وتأثيره على أداء المواد، ومدى ملاءمته لمختلف المنتجات المتطورة.

1. عملية التلدين: تحويل البنية المجهرية للحصول على خصائص فائقة

أثناء عملية الدرفلة، تتعرض بلورات النحاس للضغط والاستطالة، مما يُنتج بنية ليفية مليئة بالانخلاعات والإجهاد المتبقي. ينتج عن هذا التصلب بالتشكيل زيادة في الصلابة، وانخفاض في المطيلية (استطالة بنسبة 3-5% فقط)، وانخفاض طفيف في الموصلية إلى حوالي 98% من معيار النحاس المُلدّن الدولي (IACS). تعالج عملية التلدين هذه المشكلات من خلال تسلسل مُتحكم به من التسخين والتثبيت والتبريد.

1. مرحلة التسخين: الرقائق نحاسيةيتم تسخينه إلى درجة حرارة إعادة التبلور، والتي تتراوح عادةً بين 200-300 درجة مئوية للنحاس النقي، لتنشيط الحركة الذرية.
2. مرحلة الانتظار: إن الحفاظ على درجة الحرارة هذه لمدة 2-4 ساعات يسمح للحبوب المشوهة بالتحلل، وتكوين حبوب جديدة متساوية المحاور، بأحجام تتراوح من 10 إلى 30 ميكرومتر.
3. مرحلة التبريد: معدل التبريد البطيء الذي يبلغ ≤5 درجة مئوية/دقيقة يمنع إدخال إجهادات جديدة.

البيانات الداعمة:

• تؤثر درجة حرارة التلدين بشكل مباشر على حجم الحبيبات. فعلى سبيل المثال، عند درجة حرارة 250 درجة مئوية، نحصل على حبيبات بحجم 15 ميكرومتر تقريبًا، مما ينتج عنه قوة شد تبلغ 280 ميجا باسكال. أما رفع درجة الحرارة إلى 300 درجة مئوية فيؤدي إلى زيادة حجم الحبيبات إلى 25 ميكرومتر، مما يقلل من قوة الشد إلى 220 ميجا باسكال.
• يُعد وقت التثبيت المناسب أمراً بالغ الأهمية. عند درجة حرارة 280 درجة مئوية، يضمن التثبيت لمدة 3 ساعات إعادة تبلور بنسبة تزيد عن 98%، كما تم التحقق من ذلك بواسطة تحليل حيود الأشعة السينية.

2. معدات التلدين المتقدمة: الدقة ومنع الأكسدة

تتطلب عملية التلدين الفعالة أفرانًا متخصصة محمية بالغاز لضمان توزيع موحد لدرجة الحرارة ومنع الأكسدة:

1. تصميم الفرنيضمن التحكم المستقل في درجة الحرارة متعدد المناطق (على سبيل المثال، تكوين ست مناطق) أن يظل تباين درجة الحرارة عبر عرض الرقاقة في حدود ±1.5 درجة مئوية.
2. جو واقٍ: إن إدخال النيتروجين عالي النقاء (≥99.999٪) أو خليط من النيتروجين والهيدروجين (3٪ -5٪ H₂) يحافظ على مستويات الأكسجين أقل من 5 جزء في المليون، مما يمنع تكوين أكاسيد النحاس (سمك طبقة الأكسيد <10 نانومتر).
3. نظام النقليحافظ نظام النقل بالبكرات الخالي من التوتر على استواء الرقائق المعدنية. يمكن لأفران التلدين العمودية المتطورة العمل بسرعات تصل إلى 120 مترًا في الدقيقة، وبسعة يومية تبلغ 20 طنًا لكل فرن.

دراسة حالة: لاحظ أحد العملاء الذين يستخدمون فرن تلدين بغاز غير خامل ظهور أكسدة حمراء علىرقائق نحاسيةيؤدي ارتفاع نسبة الأكسجين على السطح (حتى 50 جزءًا في المليون) إلى ظهور نتوءات أثناء عملية الحفر. وقد أدى التحول إلى فرن ذي جو واقٍ إلى خشونة سطح (Ra) ≤ 0.4 ميكرومتر وتحسين إنتاجية الحفر إلى 99.6%.

3. تحسين الأداء: من "مادة خام صناعية" إلى "مادة وظيفية"

رقائق نحاسية مُلدّنةيُظهر تحسينات كبيرة:

هذه التحسينات تجعل رقائق النحاس المُلدّنة مثالية لما يلي:

1. الدوائر المطبوعة المرنة (FPCs): مع استطالة تزيد عن 20%، تتحمل الرقاقة أكثر من 100000 دورة انحناء ديناميكية، مما يلبي متطلبات الأجهزة القابلة للطي.
2. جامعات التيار لبطاريات الليثيوم أيون: الرقائق الأكثر ليونة (HV<90) تقاوم التشقق أثناء طلاء الأقطاب الكهربائية، والرقائق الرقيقة للغاية بسمك 6 ميكرومتر تحافظ على اتساق الوزن في حدود ±3%.
3. ركائز عالية التردد: خشونة السطح التي تقل عن 0.5 ميكرومتر تقلل من فقدان الإشارة، مما يقلل من فقدان الإدخال بنسبة 15٪ عند 28 جيجاهرتز.
4. مواد الحماية الكهرومغناطيسية: موصلية بنسبة 101% IACS تضمن فعالية الحماية بما لا يقل عن 80 ديسيبل عند 1 جيجاهرتز.

4. سيفن ميتال: شركة رائدة في مجال تكنولوجيا التلدين الرائدة في الصناعة

حققت شركة CIVEN METAL العديد من التطورات في تكنولوجيا التلدين:

1. نظام تحكم ذكي في درجة الحرارة: باستخدام خوارزميات PID مع التغذية الراجعة بالأشعة تحت الحمراء، يتم تحقيق دقة التحكم في درجة الحرارة بمقدار ±1 درجة مئوية.
2. إحكام إغلاق مُحسّن: تعمل جدران الفرن ذات الطبقتين مع تعويض الضغط الديناميكي على تقليل استهلاك الغاز بنسبة 30٪.
3. التحكم في اتجاه الحبوب: من خلال التلدين المتدرج، يتم إنتاج رقائق ذات صلابة متفاوتة على طولها، مع اختلافات موضعية في القوة تصل إلى 20٪، وهي مناسبة للمكونات المختومة المعقدة.

تصديق: تم التحقق من صحة رقائق RTF-3 المعالجة عكسيًا من CIVEN METAL، بعد التلدين، من قبل العملاء لاستخدامها في لوحات الدوائر المطبوعة لمحطات 5G الأساسية، مما يقلل من فقدان العزل الكهربائي إلى 0.0015 عند 10 جيجاهرتز ويزيد من معدلات الإرسال بنسبة 12٪.

5. الخلاصة: الأهمية الاستراتيجية للتلدين في إنتاج رقائق النحاس

إن عملية التلدين ليست مجرد عملية "تسخين وتبريد"؛ بل هي تكامل متطور بين علم المواد والهندسة. فمن خلال التحكم في الخصائص الميكروية مثل حدود الحبيبات والانخلاعات،رقائق نحاسيةتُساهم عمليات التلدين في الانتقال من حالة "التصلب الناتج عن العمل" إلى حالة "التشغيل"، مما يدعم التطورات في اتصالات الجيل الخامس، والمركبات الكهربائية، والتكنولوجيا القابلة للارتداء. ومع تطور عمليات التلدين نحو مزيد من الذكاء والاستدامة - مثل تطوير شركة CIVEN METAL لأفران تعمل بالهيدروجين تُقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 40% - فإن رقائق النحاس المدرفلة مهيأة لإطلاق إمكانيات جديدة في التطبيقات المتطورة.