عملية إنتاج وتصنيع رقائق النحاس

رقائق النحاس، وهي عبارة عن صفيحة نحاسية رقيقة للغاية تبدو بسيطة، لها عملية تصنيع دقيقة ومعقدة للغاية. تتضمن هذه العملية بشكل أساسي استخراج النحاس وتكريره، وتصنيع رقائق النحاس، وخطوات ما بعد المعالجة.

الخطوة الأولى هي استخراج وتكرير النحاس. وفقًا لبيانات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS)، وصل الإنتاج العالمي من خام النحاس إلى 20 مليون طن في عام 2021 (USGS، 2021). بعد استخراج خام النحاس، من خلال خطوات مثل السحق والطحن والتعويم، يمكن الحصول على تركيز النحاس الذي يحتوي على حوالي 30٪ من النحاس. تخضع مركزات النحاس هذه بعد ذلك لعملية تكرير، بما في ذلك الصهر، وتكرير المحول، والتحليل الكهربائي، مما ينتج في النهاية نحاسًا كهربائيًا بنقاء يصل إلى 99.99٪.

بعد ذلك تأتي عملية تصنيع رقائق النحاس، والتي يمكن تقسيمها إلى نوعين حسب طريقة التصنيع: رقائق النحاس الإلكتروليتية ورقائق النحاس المدرفلة.

يتم تصنيع رقائق النحاس كهربائيا من خلال عملية التحليل الكهربائي. في الخلية الإلكتروليتية، يذوب أنود النحاس تدريجيًا تحت تأثير المنحل بالكهرباء، وتتحرك أيونات النحاس، مدفوعة بالتيار، نحو الكاثود وتشكل رواسب النحاس على سطح الكاثود. يتراوح سمك رقائق النحاس الإلكتروليتية عادة من 5 إلى 200 ميكرومتر، والتي يمكن التحكم فيها بدقة وفقًا لاحتياجات تكنولوجيا لوحات الدوائر المطبوعة (Yu, 1988).

من ناحية أخرى، يتم تصنيع رقائق النحاس المدرفلة ميكانيكيًا. بدءًا من صفيحة نحاسية يبلغ سمكها عدة مليمترات، يتم ترققها تدريجيًا عن طريق الدرفلة، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج رقائق نحاس بسمك عند مستوى الميكرومتر (Coombs Jr., 2007). يتميز هذا النوع من رقائق النحاس بسطح أكثر نعومة من رقائق النحاس الإلكتروليتية، لكن عملية تصنيعه تستهلك المزيد من الطاقة.

بعد تصنيع رقائق النحاس، فإنها عادة ما تحتاج إلى الخضوع للمعالجة اللاحقة، بما في ذلك التلدين، ومعالجة السطح، وما إلى ذلك، لتحسين أدائها. على سبيل المثال، يمكن للتليين أن يعزز ليونة وصلابة رقائق النحاس، في حين أن المعالجة السطحية (مثل الأكسدة أو الطلاء) يمكن أن تعزز مقاومة التآكل والتصاق رقائق النحاس.

باختصار، على الرغم من أن عملية إنتاج وتصنيع رقائق النحاس معقدة، إلا أن مخرجات المنتج لها تأثير عميق على حياتنا الحديثة. وهذا مظهر من مظاهر التقدم التكنولوجي، وتحويل الموارد الطبيعية إلى منتجات عالية التقنية من خلال تقنيات التصنيع الدقيقة.

ومع ذلك، فإن عملية تصنيع رقائق النحاس تجلب أيضًا بعض التحديات، بما في ذلك استهلاك الطاقة، والأثر البيئي، وما إلى ذلك. وفقًا لأحد التقارير، يتطلب إنتاج طن واحد من النحاس حوالي 220 جيجا جول من الطاقة، ويولد 2.2 طن من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (نورثي). وآخرون، 2014). ولذلك، نحن بحاجة إلى إيجاد طرق أكثر كفاءة وصديقة للبيئة لإنتاج رقائق النحاس.

أحد الحلول الممكنة هو استخدام النحاس المعاد تدويره لإنتاج رقائق النحاس. تشير التقارير إلى أن استهلاك الطاقة لإنتاج النحاس المعاد تدويره لا يتجاوز 20% من استهلاك النحاس الأولي، وهذا يقلل من استغلال موارد خام النحاس (برنامج الأمم المتحدة للبيئة، 2011). بالإضافة إلى ذلك، مع تقدم التكنولوجيا، يمكننا تطوير تقنيات تصنيع رقائق النحاس الأكثر كفاءة وتوفير الطاقة، مما يقلل من تأثيرها على البيئة.

في الختام، فإن عملية إنتاج وتصنيع رقائق النحاس هي مجال تكنولوجي مليء بالتحديات والفرص. على الرغم من أننا أحرزنا تقدمًا كبيرًا، إلا أنه لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين علينا القيام به لضمان قدرة رقائق النحاس على تلبية احتياجاتنا اليومية مع حماية بيئتنا.