Cs.Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 108. Vastagréteg, vékonyréteg

Egyszer, régen, e sorozat ötödik részében a szabványos ember kapcsán arról értekeztem, hogy az ember tökéletesen integrált lény. Ugyanabban a dobozban elfér minden érzékelő, erősítő, jelfeldolgozó, működtető egység. Ami pedig hiányzik, ahhoz a kezünket szerszámhasználatra alkalmas interfésszé – illesztő egységgé – formálta a természet. A központi egység ugyan néha hibázik, mégis csak nagyon ritkán kell újraindítani az egész rendszert. Rendkívül jó a hibajavító algoritmus, és a tápellátás rugalmasan alkalmazkodik az éppen föllehető üzemanyag forrásokhoz. A cucc egy alkalmas társával közösen gondoskodik arról, hogy jóval azelőtt, hogy az adott példány már végképp leállna, a helyére lépjen egy frissebben telepített és a programjait rutinszerűen használni képes változat. Ezt rugalmasan táguló 3D-s nyomtató préseli ki az egyikükből, a másikuk által kilenc hónappal a nyomtatás előtt adalékolt anyag felhasználásával. Az ember belső szerkezetének megváltoztatása, részegységeinek szétválasztása általában roncsolással jár.

Az elektronikában elég korán sor került az első integrációra, vagyis alkatrészek közös működtetésére egy burkolatban. Az összetett elektroncsövek előnye nemcsak a kisebb helyfoglalásban nyilvánult meg, hanem a gazdaságosabb működtetésben is, mivel csak egy fűtőszálra volt szükség. A kép egy gitár előerősítőről készült, amelynek érdekessége, hogy az anódfeszültség mindössze 9 volt, a fűtőfeszültség stabilizálása pedig félvezető integrált áramkörrel történik.

vv02

Az integrálás nem az egyetlen módja a gazdaságosabb működtetésnek és térkihasználásnak. Mit sem ér az egész, ha a méret és a fogyasztás enélkül sem csökken.

vv03

Ha egy készüléket javítani kell, a legmacerásabb rész a hiba megtalálása. Ezen enyhíthet a modulrendszer. Egy-egy részegység nem csupán egyetlen alkatrészt, hanem a berendezés valamelyik funkcionális egységét tartalmazza, amely a modulcsatlakozó segítségével gyorsan kicserélhető, magában a modulban aztán ráérünk a hibát tovább keresgélni – vagy nem vacakolunk tovább, és a modult kidobjuk. Ilyen modulokat már az Eniac számítógép is tartalmazott, így egy-egy hiba elhárítása két percre csökkent. A modulrendszerek a tranzisztoros áramkörökkel terjedtek el széleskörűen – főként a televízió vevőkészülékekben.

vv04

A képen látható tévé másik fontos megoldást is tartalmazott: a nyomtatott áramkört. Kezdetben ugyanis a készülékek alkatrészeit huzalokkal kötötték össze.

vv05

Hű, de ronda volt ez, és nem lehetett a gyártást még picit sem automatizálni, ha eltekintünk a bioautomatáktól.

vv06

A nyomtatott áramkör – nyák – alapja bakelit, kerámia vagy üvegszállal erősített epoxigyanta alapú szigetelő lemez, amelyre vékony réz bevonatot „ragasztanak”.

A vezetékezést maratással állítják elő úgy, hogy a lapot fényérzékeny réteggel vonják be. E rétegre vetítik rá a rajzolatot, s ahol a fényérzékeny réteg fényt kapott (vagy egy másik eljárással ahol nem), azt a részt eltávolítják, pl vas-kloriddal. Végül oldószerrel mossák le a lapot (sztrippelés).

vv07

Az alkatrészek forrasztási helyeit programozottan fúrják ki. Persze bioautomatával is lehet, csak úgy lassabb.

A maratásra is létezik házi megoldás. Amikor először vetemedsz erre, tetőtől-talpig öltözz be a legócskább ruhádba, kivéve, ha sárgára akarod festeni az új farmerodat itt-ott.

Ha minden összejön, a 20. nyákod már egészen pofás lesz, de addigra az összes műanyag lavór használhatatlanná válik, a fürdőkádba életveszélyes lesz belépni, a szőnyegpadló maradvány-cafatjai pedig emlékeztetnek majd azokra a szép időkre, amikor még csak a kutyák hancúroztak rajta.
A furatokat fémezéssel vezetőképessé teszik, és az alkatrészek kivezetéseit átdugják a lyukakon – ezt furatszerelési technológiának hívják. A beültetett nyákot aztán forrasztóón hullámfürdőn löködik át, tehát az összes forrasztás egyszerre készül el. A vezetőréteg oxidációját lakkréteggel akadályozzák meg. A modern berendezések nyákja több rétegű.

A kész áramkör a benne található nehézfémek, epoxigyanta, üvegszálas szövet és műanyagok miatt veszélyes hulladéknak számít. Az elhasználódott vagy elavult készülékek begyűjtése és újrafelhasználása kiemelt feladat. Sajnos, a fejletlen országok szemétdombjain és illegális „laboratóriumaiban” kisgyerekek keresnek filléreket azzal, hogy gazdagék messziről odahányt ócskaságaiból szedik ki a még használható fémeket.

A tranzisztorokkal, kisméretű passzív alkatrészekkel és nyákokkal felépített áramkörök alkatrészsűrűsége 1-2 alkatrész/cm3, szemben a csöves cuccok 0,01 – 0,5 alkatrész/cm3 értékével. A legnagyobb problémát a kivezetések, huzalozások mérete okozta. A további parányítás óta beszélünk mikroelektronikáról.
Az integrált áramkörök, rövidítve IC-k közös jellemzője, hogy közös alaprétegeken helyezkednek el az alkatrészek, és belső szerkezetük megváltoztatása, részegységeinek szétválasztása általában roncsolással jár.

Az integrált áramkörök két nagy csoportra oszthatók: a szigetelő alapú és a félvezető alapú áramkörökre

A szigetelő alapú áramkörökben a hordozón passzív ellenállás hálózatot alakítanak ki. Ebbe ültetik be utólag a kondenzátorokat és a félvezető alkatrészeket.

Azokat az áramköröket, amelyekbe félvezető alapú integrált áramköröket is építettek, hibrid áramköröknek nevezzük.

A vastagréteg áramkörök voltak az elsők a sorban. Ezekben a rétegvastagság néhányszor 10µm. az általánosan használt eljárás a szitanyomás.

A vékonyréteg áramkörökben a rétegvastagság néhányszor 10 vagy 100 nm, az általánosan használt rétegfelviteli technológia a vákuumgőzölés vagy katódporlasztás.

A szigetelő alapú áramköröket leggyakrabban akkor használják, ha az áramköri paramétereknek nagyon pontosaknak kell lenniük. Ilyenek pl. a speciális szűrők.

A videóban megemlítik az smd (surface-mount device) felületszerelhető alkatrészeket is. Az smt (surface-mount technology) felületszerelt technológia lényege, hogy az alkatrészek kivezetéseit nem dugják át egy lyukon, hanem a nyák vezető oldalán kialakított érintkezési felületekre – pad-ekre – forrasztópasztával rögzítik. Magát az alkatrészt ráragasztják a panelra.

vv08

Az smd alkatrészek kisebbek, mint a hagyományosak. Az smd ellenállás ugyanolyan vastagréteg technológiával készül, mint a vastagréteg áramkör.

vv09

Az smd kerámia blokk kondenzátorok hasáb alakúak és a tokozásuk A szigetelő anyag is kerámiából készül.

vv10

Léteznek elektrolit és tantál kondenzátorok is smd kivitelben.


Az elektrolit kondenzátor eredetileg olyan alkatrész, amelyben az egyik fegyverzet folyékony vagy gél állapotú vezetőképes anyag, a másik fegyverzet alumínium. Ezen a fegyverzeten vékony alumínium-oxid szigetelő réteg van. A tantál kondenzátor szilárd elektrolitot tartalmaz.

Az smd kondenzátorok értéktartománya 0,47 pf - 1µF, tehát a nagykapacitású kondenzátorokat külön kell beszerelni, a hagyományos módon. Az induktivitásoknál még rosszabb a helyzet, a legnagyobb érték 200 µH lehet.

Félvezető alapú eszközök is készülnek smd kivitelben.

Az smd alkatrészek is forraszthatók otthon. Becsszó, én már egyszer láttam élő embert, akinek sikerült.