عملية إنتاج وتصنيع رقائق النحاس

رقائق النحاس، وهي صفيحة نحاسية رقيقة للغاية تبدو بسيطة، تخضع لعملية تصنيع دقيقة ومعقدة للغاية. تشمل هذه العملية بشكل رئيسي استخراج النحاس وتكريره، وتصنيع رقائق النحاس، وخطوات ما بعد المعالجة.

الخطوة الأولى هي استخراج النحاس وتكريره. ووفقًا لبيانات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS)، بلغ الإنتاج العالمي من خام النحاس 20 مليون طن في عام 2021 (USGS، 2021). بعد استخراج خام النحاس، ومن خلال خطوات مثل التكسير والطحن والتعويم، يمكن الحصول على مُركّز نحاس يحتوي على حوالي 30% من النحاس. ثم تخضع هذه المُركّزات لعملية تكرير، تشمل الصهر، والتكرير بالمُحوّل، والتحليل الكهربائي، مما يُنتج في النهاية نحاسًا كهربائيًا بنقاء يصل إلى 99.99%.

بعد ذلك تأتي عملية تصنيع رقائق النحاس، والتي يمكن تقسيمها إلى نوعين اعتمادًا على طريقة التصنيع: رقائق النحاس الكهربائية ورقائق النحاس المدرفلة.

تُصنع رقاقة النحاس الإلكتروليتية من خلال عملية إلكتروليتية. في الخلية الإلكتروليتية، يذوب أنود النحاس تدريجيًا تحت تأثير الإلكتروليت، وتتحرك أيونات النحاس، مدفوعةً بالتيار، نحو الكاثود مُشكلةً رواسب نحاسية على سطح الكاثود. يتراوح سمك رقاقة النحاس الإلكتروليتية عادةً بين 5 و200 ميكرومتر، ويمكن التحكم فيه بدقة وفقًا لاحتياجات تقنية لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) (يو، 1988).

من ناحية أخرى، تُصنع رقائق النحاس المدلفنة ميكانيكيًا. تبدأ من صفيحة نحاسية بسُمك عدة مليمترات، ثم تُرقق تدريجيًا بالدرفلة، لإنتاج رقائق نحاسية بسُمك ميكرومتري (كومبس جونيور، ٢٠٠٧). يتميز هذا النوع من رقائق النحاس بسطح أكثر نعومة من رقائق النحاس الإلكتروليتية، إلا أن عملية تصنيعه تستهلك طاقة أكبر.

بعد تصنيع رقائق النحاس، عادةً ما تخضع لعمليات معالجة لاحقة، تشمل التلدين والمعالجة السطحية، وغيرها، لتحسين أدائها. على سبيل المثال، يُحسّن التلدين ليونة ومتانة رقائق النحاس، بينما تُحسّن المعالجة السطحية (مثل الأكسدة أو الطلاء) مقاومة التآكل والالتصاق لرقائق النحاس.

باختصار، على الرغم من تعقيد عملية إنتاج وتصنيع رقائق النحاس، إلا أن إنتاجها له تأثير عميق على حياتنا المعاصرة. وهذا يُجسّد التقدم التكنولوجي، الذي يُحوّل الموارد الطبيعية إلى منتجات عالية التقنية من خلال تقنيات تصنيع دقيقة.

ومع ذلك، تُواجه عملية تصنيع رقائق النحاس بعض التحديات، بما في ذلك استهلاك الطاقة، والتأثير البيئي، وغيرها. ووفقًا لتقرير، يتطلب إنتاج طن واحد من النحاس حوالي 220 جيجاجول من الطاقة، ويُنتج 2.2 طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (نورثي وآخرون، 2014). لذلك، نحتاج إلى إيجاد طرق أكثر كفاءة وصديقة للبيئة لإنتاج رقائق النحاس.

أحد الحلول الممكنة هو استخدام النحاس المُعاد تدويره لإنتاج رقائق النحاس. تشير التقارير إلى أن استهلاك الطاقة لإنتاج النحاس المُعاد تدويره لا يتجاوز 20% من استهلاك النحاس الخام، مما يُقلل من استغلال موارد خام النحاس (برنامج الأمم المتحدة للبيئة، 2011). بالإضافة إلى ذلك، ومع التقدم التكنولوجي، يُمكننا تطوير تقنيات تصنيع رقائق النحاس الأكثر كفاءةً وتوفيرًا للطاقة، مما يُقلل من تأثيرها البيئي.

في الختام، تُعدّ عملية إنتاج وتصنيع رقائق النحاس مجالًا تكنولوجيًا حافلًا بالتحديات والفرص. ورغم التقدم الكبير الذي أحرزناه، لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لضمان قدرة رقائق النحاس على تلبية احتياجاتنا اليومية مع الحفاظ على بيئتنا.