- •Предмет, цель и содержание курса «материалы и материаловедение»
- •Роль отечественных ученых в становлении науки о материале и материаловедении.
- •Материалы электронных средств.
- •1. Классификация материалов.
- •2. Качество материалов электронных средств:
- •Кристаллическое строение материалов.
- •Виды дефектов кристаллической решетки.
- •Кривые охлаждения и нагревания материала.
- •Влияние степени переохлаждения на кристаллическое строение материалов.
- •Модифицированные материалы.
- •Сплавы материалов. Диаграммы состояния сплавов.
- •Механические характеристики материалов
- •Стали и сплавы.
- •Классификация сталей.
- •Вляиние углерода и примесей на свойства сталей
- •Классификация, маркировка и свойства углеродистых сталей
- •Легированные стали
- •Инструментальные стали
- •Стали и сплавы с особыми физико-механическими свойтствами
- •Цветные металлы и их сплавы
- •Алюминий и его сплавы
- •Медь и её сплавы
- •Магний и его сплавы
- •Титан и его сплавы
- •Радиоматериалы Диэлектрические материалы
- •Газовые диэлектнрики
- •Жидкие диэлектрики
- •Синтетические жидкости
- •Твёрдые диэлектрики
- •Активные диэлектрики
- •Полупроводниковые материалы
- •Кремний
- •Германий
- •Полупроводниковые соединения
- •Аморфные металлические сплавы
- •Проводниковые материалы
- •Сверхпроводниковые материалы
2. Качество материалов электронных средств:
а. химическая чистота материалов;
В значительной степени качество материалов зависит от его химического состава и чистоты: чем химически чище материал, тем более качественное изделие.
Все изделия состоят из основного материала и примесных элементов. Предъявляются очень жесткие требования к чистоте материала. Поэтому на предприятии после поставки материала вводится входной контроль его качества.
Под чистотой материала понимается такое состояние материала, когда его свойства группа свойств определяются основным элементом материала, а роль и количество примесных элементов незначительна.
Изменение требований к чистоте материала можно определить на примере кремния:
Требования к Si:
1950-60-е гг. |
1960-70-е гг. |
1980-1992 |
ДЭ |
ИС |
СБИС |
10-4 10-5 % |
10-8 10-9 % |
10-11% |
На практике для устройства чистота определяется не в процентах, а количеством девяток, стоящих после запятой:
Si – 10-4 % или Si → 99,9999
-
отечественные
зарубежные
элемент
чистота
чистота
Sn
99,9995
99,9999
Pb
99,999
99,9999
Zn
99,997
99,9999
Al
99,999
99,99999
Ar
99,999
99,99999
Cu
99,993
99,99999
Ag
99,99
99,99999
Au
99,99
99,9999
По чистоте все материалы электронных средств классифицируются на 3 группы: А (обычная чистота), Б (повышенная чистота), С (ультрачистые вещества):
маркировка |
состав вещества |
||
группа, подгруппа |
цвет этикетки на таре |
основной материал, % |
примеси, % |
А1 |
коричневый |
9,9 |
0,1 |
А2 |
серый |
9,99 |
10-2 |
В3 |
синий |
9,999 |
10-3 |
В4 |
голубой |
9,9999 |
10-4 |
В5 |
темно-зеленый |
9,99999 |
10-5 |
В6 |
светло-зеленый |
9,999999 |
10-6 |
С7 |
красный |
9,9999999 |
10-7 |
С8 |
розовый |
9,99999999 |
10-8 |
С9 |
оранжевый |
9,999999999 |
10-9 |
С10 |
светло-желтый |
9,9999999999 |
10-10 |
Кристаллическое строение материалов.
Другим важным фактором определяющим качество материалов является атомно-молекулярное строение материалов. Большинство материалов предназначено для изготовления РЭС представляющих из себя твердотельные материалы.
В твердых материалах атомы и молекулы могут располагаться в геометрически правильном или же хаотическом беспорядке. В соответствии с этим первая группа называется кристаллическими , а вторая аморфными материалами. В промышленности используются смешанные аморфно-кристаллические материалы. Большинство твердотельных материалов являются кристаллическими. Каждый твердый материал образует кристалл присущей ему формы. Внешняя форма кристалла отображает их внутреннее строение, то есть соответствующее расположение атомов и молекул, образующих кристалл. Расположение в кристалле атомов и молекул можно представить в виде геометрических моделей или кристаллической решетки. В свою очередь кристаллическая решетка материала слагается из бесчисленного множества элементарных кристаллических ячеек, которые соединены друг с другом. В физике различают 14 видов пространственных кристаллических решеток, но наиболее часто встречаются кристаллические, в которых геометрические модели элементарных кристаллических ячеек (ЭКЯ) можно представить в виде следующих геометрических моделей:
ОЦК - объемно-центрированный куб.
Такое кристаллическое строение имеют: Cr, W, Mo, V, Feα (альфа железо t<9100),
Feδ(t=13920-15390) и др.
Г ЦК – гранецентрированный куб (Cu, Al, Pt).
Г П – гексагональная призма (Sn, Mg, Co при t<4500C ).
Расстояние между узлами кристаллической ячейки называется параметром кристаллической решети и обозначается a (модели тела ОЦК и ГЦК) и a, c (ГП). Эти параметры обозначаются в А.
1м=1010А (ангстрем).
От величины параметров a, c и др. в значительной степени зависят все свойства материала.
ОЦК: Feα - а =2,89А, Сr - а=2,87А, Мо - а =2,87А;
ГЦК: Feγ - а =3,63А, Сu - а =2,87А, Ti - а =3.306А;
Металлы |
Be |
Mg |
Cd |
Ti |
Zn |
a |
2,26 |
3,2 |
2,97 |
2,95 |
2,65 |
c |
3,59 |
5,2 |
5,6 |
4,6 |
4,96 |
Под действием температуры и давления, некоторые металлы могут изменять свою кристаллическую решетку такое перестроение атомов кристаллической решетки и получаются при этом металлы полиморфизм (аллотропия).
Co – t0<4500C – ГП, Co – t0>4500C – ГЦК, Feα – t0<9100C – ОЦК, Fej – t0>9100C – ГЦК,
Feδ – t0>13920C – ОЦК.
По своему структурному строению все материалы подразделяются на следующие:
Поликристаллические металлы. В них кристаллы имеют различную величину, различную форму.
Поликристаллы:
а) изотропия (шлиф) б) анизотропные(текстурованные)
Рис.1
Текстурованные материалы создаются многократной прокаткой изотропных материалов в нужном направлении. В процессе прокатки кристаллы вытягиваются, деформируются в связи с чем изменяются физические, электрические, механические свойства материала.
Монокристаллы (Si, Ge):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.2
В монокристаллах все кристаллы имеют одинаковую величину и форму кристалла.
Аморфные (пластмассы, стекло).
Аморфно-кристаллические (смешанные, ситалл).
В значительной степени качество кристаллических материалов зависит от правильности геометрической формы и расположения атомов и молекул в кристалле. Приведенные на рисунке выше модели ячеек представляют собой идеальные модели, но реально все материалы обладают дефектами.