Tăng độ bền của thiết bị bằng cách giảm sự ăn mòn kim loại

Tăng độ bền của thiết bị bằng cách giảm sự ăn mòn

Một nghiên cứu về các tính chất nhiệt động lực học của các kết nối đồng đã phát hiện ra một cách để cải thiện độ bền của các thiết bị điện tử.

Một trong năm nhược điểm của thiết bị điện tử là chịu ảnh hưởng của sự ăn mòn kim loại. Các liên kết - các mối nối kim loại cho phép dòng điện chạy từ phần sang phần khác - là một khuyết điểm. Hiểu được những gì gây ra sự cố này là rất quan trọng cho việc kéo dài tuổi thọ của một thiết bị. Kewu Bai và đồng nghiệp tại  A*STAR Institute of High Performance Computing, Singapore, đã vẽ biểu đồ độ ẩm ảnh hưởng đến sự ổn định của các liên kết và phát triển một phương án để cải thiện độ bền của những kết nối này.

Sự ghép nối dây dẫn là cách hiệu quả và linh hoạt nhất để liên kết một mạch tích hợp hoặc thiết bị bán dẫn khác và vỏ ngoài của thiết bị. Kewu Bai giải thích : "Quá trình này sử dụng năng lượng, sóng siêu âm làm nóng các mối nối”,  “Độ bền của các dây dẫn phụ thuộc vào sự ổn định của các hợp chất kim loại hình thành trong quá trình kết nối một đệm tiếp xúc, thường được làm từ nhôm. Và dây dẫn được làm bằng đồng hoặc vàng”.

Vàng là vật liệu thường được lựa chọn để gắn kết các thành phần vi mạch điện tử. Tuy nghiên giá vàng đã tăng liên tục trong vài năm qua, các kỹ sư điện đang chuyển sang sử dụng đồng như là một vật liệu thay thế rẻ hơn bởi vì nó vẫn dảm bảo nhiều tính chất dẫn điện tương tự như vàng. Các hợp chất đồng - nhôm dễ bị ăn mòn trong môi trường ẩm ướt, tuy các bản mạch điện tử đã được bao bọc khi đóng gói nhưng không khí ẩm vẫn có thể thẩm thấu và rò rỉ vào bên trong. Sự phá hủy lớp vỏ bên ngoài có thể cho phép độ ẩm xâm nhập được vào các mạch nhạy cảm và từ từ ăn mòn các kết nối đồng.

Kewu Bai đã nói : “Việc sử dụng các mô phỏng này, chúng tôi có thể biết được các điều kiện mà ở đó các liên kết đồng chống được sự ăn mòn trong môi trường ẩm và các cơ chế ăn mòn tương ứng”. “Đã có rất nhiều cuộc tranh luận về các cơ chế này trong một thời gian dài”.

Kewu Bai và nhóm của ông tính toán các tính chất nhiệt động lực học của kết nối điện bằng đồng và sử dụng thông tin này để xây dựng sơ đồ Pourbaix - Bản đồ của tính miễn nhiễm, tính thụ động và ăn mòn vùng của hợp kim với khác đồng và nhôm bố cục với sự có mặt của tác nhân ăn mòn, như là nước và clorua ở nhiệt độ khác nhau.

Kewu Bai cho biết "Chúng tôi nhận thấy sự ổn định của lớp oxit nhôm hình thành trong liên kết có vai trò quan trọng. Bằng cách giới thiệu các tạp chất nguyên tử tích điện cao vào miếng nhôm, sự khuếch tán của các nguyên tử nhôm ra khỏi ôxít nhôm có thể giảm đi và sự ổn định có thể được nâng cao". Do vậy, chương trình này cung cấp một lộ trình có thể cải thiện độ bền của các liên kết bằng đồng của thiết bị.

Các nhà khoa học tại A * STAR - Institute of High Performance Computing đã cùng hợp tác thực hiện nghiên cứu này.

 

( Nguồn: Sciencedaily.com )