Лазерный мир

С ее помощью элемент, площадью десять квадратных метров, можно припаять за одну секунду

В советские времена на многих выпускающих высокотехнологичную продукцию предприятиях существовали большие цеха, где работали монтажники радиоэлектронной аппаратуры. Это была в те годы достаточно престижная и неплохо оплачиваемая профессия. Монтажники припаивали различные элементы – диоды, конденсаторы — к электронным платам.

Но наука и техника не стоят на месте, и эта практика постепенно уходит в прошлое. Сейчас для припаивания элементов все чаще применяют другие технологии: специальные печи, робототехнические линии, иногда используют особые токопроводящие клеи. Профессия монтажник, конечно, существуют. На производствах эти специалисты преимущественно заняты тем, что исправляют допущенные роботами ошибки.

— Наверное, уже не далек тот день, когда паяльники останутся на вооружении лишь у радиолюбителей, домашних умельцев и работников ремонтных мастерских, — сказал корреспонденту «Комсомолки» кандидат физико-математических наук, руководитель лаборатории «Самоорганизующиеся высокотемпературные наноструктуры» Санкт-Петербургского политехнического университета Павел Габдуллин.

На атомарном уровне

Два года назад сотрудники этой лаборатории предложили новую, не имеющую аналогов в России технологию припаивания.

Вместе с Павлом и заместителем директора Института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций, в состав которого входит лаборатория, кандидатом физико-математических наук Ольгой Квашенкиной мы заходим в одно из помещений университета. Первое, что бросается в глаза, внушительных размеров вакуумная камера. Но Павел сразу подходит к столу. Ученый берет металлическую плату и небольших размеров тоже металлический кубик, а между ними прокладывает изъятую незадолго до этого из установки фольгу. Подносит к фольге обычную батарейку. Через мгновенье кубик уже невозможно оторвать от платы.

— Вот это «умная фольга» и есть наше изобретение, — улыбается Ольга Квашенкина.

Что представляет собой процесс, в результате которого получается такая фольга? В вакуумную камеру помещают три металлические пластины, состоящие из разных металлов, например, алюминия, никеля и многокомпонентного сплава. Их еще называют мишенями. В камере установлены также магнетроны, а в ее верхней части — так называемая подложка. Из установки откачивают воздух, после чего по определенному алгоритму производится ионная бомбардировка мишеней, что переводит их, говоря научным языком, в атомарное состояние. Атомы летят вверх и оседают на подложке, образую что-то типа многослойного пирога: слой алюминия, слой никеля, снова слой алюминия и т.д. Получается многослойный металлокомпозит. Собственно, это и есть та самая фольга. Ее срезают с пластины специальным инструментом и покрывают тончайшим слоем припоя, например, олова. Материал для пайки готов.

— В обычном состоянии те же алюминий и никель между собой не взаимодействуют, — объясняет Ольга Квашенкина. – Это происходит на атомарном уровне. Если к маленькому участку фольги на мгновенье поднести паяльник, направить на него луч лазера или даже просто пропустить искру, тут же начинается выделение тепла, а это в свою очередь запускает процесс на соседних участках. Идет волнообразная реакция, скорость которой очень высока – порядка десяти метров в секунду. То есть, элемент площадью десять квадратных метров будет припаян за одну секунду.

Убыстряет производственный процесс

Разработанная учеными Политеха технология позволяет значительно повысить производительность труда на предприятиях радиотехнической промышленности: поскольку при ее применении производственный процесс занимает гораздо меньше времени. Причем «паять» могут и роботы. С экономической точки зрения эта технология также более оправдана, нежели пайка в печах.

— Кроме того, планшеты, мобильные телефоны, которыми мы пользуемся, становятся все более миниатюрными, — говорит заместитель директора Института. – Уменьшается в размерах и элементная база. Некоторые элементы столь малы, что паять их нельзя: они просто сгорают. Конечно, можно применять токопроводящие клеи. Но они достаточно дороги, к тому же со временем клей может крошиться. Вот здесь и приходит на выручку наша фольга. Из-за высочайшей скорости реакции элементы не успевают сгореть.

Металлокомпозиты, полученные от различных пар металлов, имеют разные свойства – плотность, теплопроводность и так далее. В зависимости от решаемой задачи используется тот или иной металлокомпозит. В каких-то случаях особенно важна прочность припоя, в каких-то – долговечность, в каких-то – электропроводимость.

Источник: https://www.spb.kp.ru/daily/26741/3770012/