Для чего в радиодеталях времен СССР использовалось большое количество драгоценных металлов

  Область применения драгоценных металлов, как в России, так и в других странах не ограничивается только ювелирными изделиями или созданием золотовалютного резерва. Драгметаллы активно используются при производстве широкой номенклатуры радиокомпонентов. Различных микросхем, микропроцессоров, транзисторов, конденсаторов, радиоламп и многого другого. Причем во времена СССР количество драгметаллов применяемых в радиокомпонентах было нескромно большим. Я бы даже сказал, огромным. В том же США драгметаллы в радиокомпонентах использовались куда более экономно.

  Так с какой же целью в радиокомпонентах применялись и применяются до сих пор драгметаллы. Ясно, что не для красоты, как например, в золотых часах. А применяются они для значительного увеличения надежности и срока службы, а также для улучшения параметров радиокомпонентов. 

Применение золота.

  Разберемся сначала с золотом, которое в СССР без оглядки на какую-либо экономию применялось в микросхемах, микроконтроллерах, транзисторах. И выясним, за счет чего оно повышало надежность и улучшало их параметры. В качестве примера приведу вариант использования золота в микросхемах. 

  Дело в том, что любая микросхема состоит из кремниевого кристалла, на котором вытравлены целые логические схемы из транзисторов, резисторов и других элементов. И этот кристалл (его контактные площадки) необходимо электрически надежно, тонкой проволокой, соединить с выводами микросхемы. 

Подключение контактов кремниевого кристалла к выводам микросхемы   Вот тут во времена СССР, когда соответствующие технологии не были еще развиты и возникали большие трудности. Для надежного соединения кремния и выводов нужен был такой металл, с учетом тех технологий, который обеспечивал бы высокую адгезию к кремнию, имел приблизительно такой же температурный коэффициент линейного расширения, был пластичен, не окислялся и не был подвержен переносу ионов металла (электромиграции) в кристалл кремния. Не выполнение этих условий очень пагубно сказывалось на надежности и параметрах микросхем. Практически все металлы очень плохо подходили для этих целей. И только золото максимально соответствовало этим требованиям и почти идеально подошло. 

Подключение контактов кристалла в выводам золотыми проводниками   Потому на протяжении десятилетий успешно и использовалось. По тем же причинам и приходилось садить кристалл на подложку, покрытую именно золотом. 

  То есть, расплатой или компенсацией, как вам будет угодно, за несовершенство технологий тех времен было использование золота в больших количествах. Это уже сейчас современные технологии позволяют применять вместо золотой проволоки алюминиевую, но надежность в этом случае все равно ниже. Поэтому в ответственных радиокомпонентах и по сей день используют золото.

  Золотом во времена СССР также обильно покрывались выводы и корпуса микросхем.

Золотом покрыты выводы, подложка и крышка микросхемы, то есть, все что можно.   Поскольку золото химически очень стойкое вещество и в химическую реакцию вступает с большим трудом, то и защищенные им микросхемы могут работать в химически агрессивной среде, не подвергаясь коррозии и разрушению. А пайка позолоченных выводов происходила очень легко и давала наилучшее качество соединения.

  В ваших компьютерах тоже есть золото, его вы можете сами увидеть воочию, например, золотом покрыты контакты центрального процессора.

Слой золота на контактах центрального процессора компьютера.   Есть золото и в смартфонах, его легко увидеть на контактах сим-карт. 

Слой золота на контактах сим-карты.   Также золото активно применялось и в радиолампах. Им покрывались некоторые электроды для предотвращения вторичной эмиссии электронов. Это вредное явление заключается в том, что электроны, испускаемые катодом и ускорившиеся в электрическом поле радиолампы, попадая на анод, выбивают из него вторичные электроны. При этом анодный ток уменьшается, так как выбитые электроны осаждаются на других электродах и создают ток в их цепях. 

Слой золота на сетке разобранной радиолампы

На сетке в центре радиолампы виднеется желтоватый слой золота   Для предотвращения этого эффекта или значительного его уменьшения и используется золотое покрытие электродов. Чтобы вторичный электрон мог покинуть поверхность электрода, которая покрыта золотом, он должен обладать гораздо большей энергией, чем для покидания электродов покрытых другими металлами. Поэтому в случае с золотом количество выбитых вторичных электронов будет значительно меньше. 

Применение драгметаллов платиновой группы

  Теперь выясним, зачем в радиокомпонентах использовались металлы платиновой группы. 

  В качестве примера приведу известные у скупщиков радиодеталей конденсаторы КМ3 – КМ6, за богатое в них содержание платины (в КМ Н30) и палладия (в КМ Н90). Использование в конденсаторах этих драгметаллов мера также вынужденная. И направлена прежде всего на повышение их надежности и улучшение параметров. 

Знаменитые конденсаторы КМ содержащие платины и палладий.   Ранее обкладки предшественников этих конденсаторов делались путем вжигания серебра в керамический диэлектрик. Но серебро быстро диффундировало (проникало) в керамику, его молекулы под действием электрического поля выстраивались в цепочки и замыкали обкладки, что приводило к пробою. Для устранения этой проблемы на керамику стали сначала наносить тонкий слой платины или палладия, и только потом слой серебра. Дело в том, что платина и палладий не диффундируют в керамику и проблема быстрого выхода из строя конденсаторов была решена. Кроме того применение платины и палладия позволило значительно повысить допустимую рабочую температуру конденсаторов и сделать их параметры мало зависимыми от температуры. В результате конденсаторы КМ получились весьма надежными и имели стабильные параметры.

  В качестве еще одного примера приведу электромагнитные реле, предназначенные для коммутации ответственных цепей. В них в качестве контактов широко применялась, применяется и сейчас платина. 

Реле с контактами из платины

Платиновые контакты, демонтированные с.реле.   Применяется она не в чистом виде, а в виде сплавов с небольшой долей других металлов. Здесь используется другие ее свойства.

     Во-первых, высокая устойчивость к дугообразованию при размыкании контактов реле. То есть ток, при котором возникает электрическая дуга между платиновыми контактами значительно выше, чем у других металлов. Поэтому диапазон коммутируемого ими тока (без образования дуги) больше, чем у других реле. 

    Во-вторых, переходное сопротивление между замкнутыми контактами при небольших контактных давлениях достаточно мало. Что позволят коммутировать небольшие токи с очень малыми потерями. 

    В-третьих, контакты из сплавов платины имеют высокую твердость, это снижает их износ и значительно увеличивает срок службы.  

    Но здесь следует отметить, что для коммутации очень малых токов, менее 100 мА, используются контакты из золота, а не из платины. 

Реле с золотыми контактами.   Дело в том, что при очень малых токах переходное сопротивление между платиновыми контактами увеличивается и становится нестабильным, что приводит к увеличению потерь коммутируемого тока. А сопротивление между золотыми контактами остается очень малым. Но реле с золотыми контактами не пригодны для коммутации тока свыше 1А, превышение этого значения приведет к разрушению контактов. 

Почему в современных радиокомпонентах драгметаллов стало меньше или не стало совсем.

  Но не всегда при производстве радиокомпонентов использовалось большое количество драгметаллов. Самое большое их количество было в радиодеталях, произведенных до 1986 года в СССР. Тогда технологии, например, нанесения золота, были далеки от совершенства, и используемый метод гальванизации создавал толстенный слой золота в 2 мкм. Для сравнения, современный метод иммерсионного осаждения способен создавать слой золота менее 0,1 мкм. Технологии нанесения других драгметаллов в то время также были весьма расточительны. Но по мере развития технологий удавалось использовать драгметаллы более экономно, без заметного снижения качества радиокомпонентов. 

Микросхемы 2006 года выпуска, уже без использования золота.   Но с 1992 года в ущерб качеству и надежности количество используемых в них драгметаллов резко уменьшилось, или, же вообще отсутствовало. Причиной этого явилось постановление правительства, которое предписывало жестко экономить драгметаллы во всех сферах и отраслях государства.

   Почему скупщики охотятся за советскими радиодеталями.

  Если в радиокомпонентах есть драгметаллы, значит, их можно извлечь. Процесс извлечения драгметаллов называется аффинаж. Он давно уже отработан, и на крупных предприятиях, и в гаражах умельцами – одиночками. Процесс аффинажа довольно непростой, требует хороших знаний химии, наличия различных кислот и реактивов. Кроме того пары выделяемые при реакциях в процессе аффинажа очень ядовитые и необходимо быть очень осторожным. Но, несмотря на все это, люди все равно занимаются извлечением драгметаллов из радиокомпонентов в своих гаражах и сараях, так как это очень выгодно. И охотятся за теми радиодеталями, в которых больше всего драгметаллов. А это именно радиодетали времен СССР.

  Например, из 1 килограмма конденсаторов КМ Н90 можно извлечь до 46 грамм палладия.

Керамические конденсаторы КМ6  Н90 содержащие палладий.   А из 1 килограмма КМ Н30 до 50 грамм платины. 

Керамические конденсаторы КМ3 и КМ4 Н30 с содержанием платины.   Очень много людей знают о наличии в радиокомпонентах драгметаллов или хотя бы слышали об этом или читали. Очень многие скупают их и извлекают драгметаллы. Но немногие знают для чего и почему при производстве радиокомпонентов использовались драгметаллы, используются и сейчас, хотя и в гораздо меньших объемах. В статье я это постарался объяснить.

  Надеюсь, статья была для вас полезной. Пишите в комментариях, доводилось ли вам извлекать драгметаллы из радиокомпонентов.