دانش اپتیك نقش مهمی در دنیای مدرن امروزی ایفا می كند. تلویزیون ها، دستگاهای ضبط و پخش CD و DVD ، باركد خوانها، دوربینهای دیجیتال، چاپگرهای لیزری و تجهیزات ارتباطی فیبرنوری برای انتقال داده ها به اپتیك متكی هستند. با این وجود، داده ها به تنهایی نمی توانند به صورت نور جابه جا شوند. بنابراین ابزارهای ویژه ی اپتوالكترونیكی، سیگنال های نوری و الكتریكی را به هم تبدیل می كنند.
یك ابزار اپتوالكترونیك از چندین قطعه تشكیل می شود از جمله نیمه هادی ها، دیودهای لیزری، فیبرهای نوری، لنزها، آینه ها و سیم های مس- سربی. تك تك این قطعات در یك مجموعه سر هم می شوند تا ابزار اپتو الكترونیكی ساخته شود. بسته یا محفظه دربرگیرنده ی این مجموعه می تواند از جنس آلیاژهای فلزی ویژه، كامپوزیت های زمینه پلیمری یا كامپوزیت های زمینه فلزی باشد.
چندین عامل در انتخاب جنس ماده این بسته تاثیر دارند از جمله بهای مواد اولیه، فرایند ساخت، دقت ابعادی و ویژگی های ماده (چگالی، استحكام، سفتی، مقاومت الكترونیكی و...) كه از این بین مهم ترین عامل، ویژگی های حرارتی ماده است. یك ابزار اپتوالكترونیك از چندین قطعه مختلف تشكیل شده است كه هر كدام از آنها می توانند از مواد گوناگونی ساخته شده باشند. این قطعات از روش های مختلفی همانند لحیم كاری سرد و گرم، جوشكاری و چسباندن به هم متصل می شوند. از آن جایی كه تك تك این مواد دارای ضریب انبساط حرارتی متفاوتی هستند، دمای بالا در حین اتصال آنها به یكدیگر می تواند باعث ایجاد تنش های مكانیكی دایمی در آنها شود. این تنش ها ممكن است به قطعه آسیب برسانند. قطعات الكترونیكی هنگام كار كردن، گرما تولید می كنند، یعنی اینكه قطعات اپتوالكترونیكی باید بتوانند در برابر چرخه های حرارتی (روشن و خاموش) و افزایش دمایی به میزان ثابت مقاومت كنند، تغییرات دمایی در حین كار كردن این وسایل، می تواند باعث ایجاد تنش های القایی حرارتی مضاعفی شود. علاوه بر این، بسته های اپتوالكترونیكی باید طوری طراحی شوند كه حرارت را پخش كنند تا دما در یك سطح معقول حفظ شود و از صدمه دیدن قطعات حساس جلوگیری شود.
AlSiC ماده ایی برای ساخت این بسته ها
رشد ارتباطات به ویژه اینترنت در دهه 1990، میزان تقاضا برای ابزارهای اپتوالكترونیكی را افزایش چشمگیری داده است. به گفته دیوسامز Dave Saums)) معاون بازاریابی شركت آمریكایی سرامیك پراسس سیستمز (CPS) ،"تولید كنندگان سعی كردند تا با تقاضاها هماهنگ شوند." این بسته ها اغلب از یك قطعه مس-تنگستنی ماشین كاری می شوند. بسته های مس- تنگستنی (Cu-W) ساده هستند، طراحی آنها به سرعت انجام میشود و ویژگی های حرارتی خوبی دارند. اما سنگینند و برای ماشین كاری آنها دستگاه های گران بهای CNC نیاز است .
از آن جایی كه سرعت اینترنت هیچ گاه به حد مورد انتظار نمی رسد، سامز تخمین می زند كه حدود 70 تا80 درصد فیبرهای مورد استفاده در آمریكای شمالی تاریك (بدون استفاده) باقی می مانند. مجله فایبر سیستمز گزارش می كند كه نوآوری ها، بهای تجهیزات اپتوالكترونیكی را در حدود 40 درصد كاهش می دهند. با افزایش تقاضا، فشار كاربران نهایی برای كاهش بهای این تجهیزات باز هم بیشتر خواهد شد.تولید كنندگان یا باید راهی برای كاهش هزینه هایشان پیدا كنند یا به سود كم تر راضی شوند.
شركت CPS كه در ساخت این بسته ها تخصص دارد، بسته ایی از جنس كامپوزیت AlSiC تولید كرده است كه برای ساخت آن، زمینه آلومینیمی به درون پر كننده – كه ازذرات میكروسكپی كاربید سیلیسیم شكل داده شده است- تزریق می شود.
این كامپوزیت سالیان درازی است كه برای ساخت این بسته ها در كاربردهای الكترونیك عمومی و بیشتر كاربردهای ویژه الكترونیكی نظیر پردازنده ها، قطعات فركانس رادیویی (RF) و قطعات مایكروویو به كار گرفته می شود. به تازگی به علت ضریب انبساط حرارتی سازگار، انتقال حرارت بالا و قابلیت ساخت با هزینه كم، علاقه به كامپوزیت AlSiC برای ساخت بسته های اپتوالكترونیكی افزایش یافته است. بهای كم مواد و قابلیت ریخته گری قطعه به شكل یكپارچه، كامپوزیت AlSiC به عنوان یك گزینه مقرون به صرفه مطرح كرده است. هر كیلو گرم ذرات SiC حدود 82/8 دلار قیمت دارد و بهای هر كیلوگرم آلومینیوم 2/356- آلیاژ عمومی ریخته گری- حدود 76/1 دلار است .به عنوان نمونه، قطعه ای از جنس AlSiC كه از نیمه هادی محافظت و حرارت را پخش می كند. چیزی حدود 4 دلار قیمت دارد، در حالی كه ممكن است همان قطعه از جنس مس- تنگستن حدود 40 تا50 دلار قیمت داشته باشد. اگرچه یك بسته مس- تنگستن چندین كار را به طور انجام می دهد ولی باز هم ممكن است یك بستهAlSiC كه از چند قطعه تشكیل شده است، بهای كم تری داشته باشد.AlSiC می تواند ویژگی های دیگری از جمله افزودن مواد لازم به درون تركیب و سرمایش فعال را فراهم كند و به این دلیل نسبت به مس- تنگستن تطبیق پذیرتر و فراگیرتر است.این برتری ها بهای این بسته ها را افزایش می دهد (بهای اجزای بسیار پیچیده و بزرگ می تواند به7000 دلار یا بیشتر برسد). ولی ویژگی های عملكردی مناسب تری كه مورد نیاز تجهیزات اپتوالكترونیكی پیچیده امروزی است و دستیابی به آنها با مس- تنگستن غیر ممكن است.
فرایند ساختی كه توسط این شركت ارایه شده است تركیبی از قالبگیری تزریقی و قالبگیری با انتقال رزین (RTM) است. مارك اكیونرو(mark occhionero) كارشناس ارشد شركت CPS ،این فرایند را با جزئیات بیشتری توصیف می كند:"ابتدا ذرات ُ SiC با یك مایع ویژه، دوغابی با حدود 35 تا 67 درصد حجمی SiC (بسته به ویژگی های حرارتی مورد نیاز) تشكیل می دهند. سپس دوغاب تحت فشار كم (1379 تا6895 كیلو پاسگال) به یك قالب فولادی سرد تزریق می شود. در عرض حدود 151 ثانیه، دوغاب به صورت یك جرم جامد منجمد شده و از قالب بیرون آورده می شود. این قطعه به داخل فریزر مخصوصی منتقل می شود كه در آن مایع نگهدارنده تصعید می شود و پیش شكل متخلخل SiC باقی میماند. از آنجایی كه مایع نگهدارنده مستقیمآ به گاز تبدیل می شود،ذراتSiC ساختار خود را حفظ می كنند و به وسیله نیروهای بین مولكولی (واندروالس) باقیمانده افزودنی های دوغاب كنار هم باقی می مانند.كامپوزیت با قرار دادن پیش شكل SiC درون یك قالب و درون تراوی تحت فشار مذاب آلومینیوم به داخل خلل و فرج آن شكل داده می شود.
این فرایند ریخته گری ، قطعه را به شكل نهایی مورد نیاز تولید می كند ، به طوری كه در بیشتر موارد دیگر نیازی به ماشین كاری نیست. عموما در این فرایند، تغییرات ابعادی در سطح حدود 076/0 +- میلی متر، در ضخامت قطعه حدود 051/0+- میلی متر و در قطر سوراخ ها حدود 025/0 میلی متر است و حداقل ضخامت در دیواره ها 813/0 میلی متر، در كف 51/0 میلی متر ودر بخش های كوچكی از كف 381/0 میلی متر است. وجود زاویه ای به اندازه حداقل 3 درجه روی سطوح خارجی، برای خروج قطعه از قالب الزامی است. معمولا برای افزایش عمر قالب ریخته گری درون تراوی و كاهش هزینه های ساخت ، این زاویه 5 درجه در نظر گرفته می شود.
منبع: موسسه كامپوزیت ایران- نشریه كامپوزیت
یك ابزار اپتوالكترونیك از چندین قطعه تشكیل می شود از جمله نیمه هادی ها، دیودهای لیزری، فیبرهای نوری، لنزها، آینه ها و سیم های مس- سربی. تك تك این قطعات در یك مجموعه سر هم می شوند تا ابزار اپتو الكترونیكی ساخته شود. بسته یا محفظه دربرگیرنده ی این مجموعه می تواند از جنس آلیاژهای فلزی ویژه، كامپوزیت های زمینه پلیمری یا كامپوزیت های زمینه فلزی باشد.
چندین عامل در انتخاب جنس ماده این بسته تاثیر دارند از جمله بهای مواد اولیه، فرایند ساخت، دقت ابعادی و ویژگی های ماده (چگالی، استحكام، سفتی، مقاومت الكترونیكی و...) كه از این بین مهم ترین عامل، ویژگی های حرارتی ماده است. یك ابزار اپتوالكترونیك از چندین قطعه مختلف تشكیل شده است كه هر كدام از آنها می توانند از مواد گوناگونی ساخته شده باشند. این قطعات از روش های مختلفی همانند لحیم كاری سرد و گرم، جوشكاری و چسباندن به هم متصل می شوند. از آن جایی كه تك تك این مواد دارای ضریب انبساط حرارتی متفاوتی هستند، دمای بالا در حین اتصال آنها به یكدیگر می تواند باعث ایجاد تنش های مكانیكی دایمی در آنها شود. این تنش ها ممكن است به قطعه آسیب برسانند. قطعات الكترونیكی هنگام كار كردن، گرما تولید می كنند، یعنی اینكه قطعات اپتوالكترونیكی باید بتوانند در برابر چرخه های حرارتی (روشن و خاموش) و افزایش دمایی به میزان ثابت مقاومت كنند، تغییرات دمایی در حین كار كردن این وسایل، می تواند باعث ایجاد تنش های القایی حرارتی مضاعفی شود. علاوه بر این، بسته های اپتوالكترونیكی باید طوری طراحی شوند كه حرارت را پخش كنند تا دما در یك سطح معقول حفظ شود و از صدمه دیدن قطعات حساس جلوگیری شود.
AlSiC ماده ایی برای ساخت این بسته ها
رشد ارتباطات به ویژه اینترنت در دهه 1990، میزان تقاضا برای ابزارهای اپتوالكترونیكی را افزایش چشمگیری داده است. به گفته دیوسامز Dave Saums)) معاون بازاریابی شركت آمریكایی سرامیك پراسس سیستمز (CPS) ،"تولید كنندگان سعی كردند تا با تقاضاها هماهنگ شوند." این بسته ها اغلب از یك قطعه مس-تنگستنی ماشین كاری می شوند. بسته های مس- تنگستنی (Cu-W) ساده هستند، طراحی آنها به سرعت انجام میشود و ویژگی های حرارتی خوبی دارند. اما سنگینند و برای ماشین كاری آنها دستگاه های گران بهای CNC نیاز است .
از آن جایی كه سرعت اینترنت هیچ گاه به حد مورد انتظار نمی رسد، سامز تخمین می زند كه حدود 70 تا80 درصد فیبرهای مورد استفاده در آمریكای شمالی تاریك (بدون استفاده) باقی می مانند. مجله فایبر سیستمز گزارش می كند كه نوآوری ها، بهای تجهیزات اپتوالكترونیكی را در حدود 40 درصد كاهش می دهند. با افزایش تقاضا، فشار كاربران نهایی برای كاهش بهای این تجهیزات باز هم بیشتر خواهد شد.تولید كنندگان یا باید راهی برای كاهش هزینه هایشان پیدا كنند یا به سود كم تر راضی شوند.
شركت CPS كه در ساخت این بسته ها تخصص دارد، بسته ایی از جنس كامپوزیت AlSiC تولید كرده است كه برای ساخت آن، زمینه آلومینیمی به درون پر كننده – كه ازذرات میكروسكپی كاربید سیلیسیم شكل داده شده است- تزریق می شود.
این كامپوزیت سالیان درازی است كه برای ساخت این بسته ها در كاربردهای الكترونیك عمومی و بیشتر كاربردهای ویژه الكترونیكی نظیر پردازنده ها، قطعات فركانس رادیویی (RF) و قطعات مایكروویو به كار گرفته می شود. به تازگی به علت ضریب انبساط حرارتی سازگار، انتقال حرارت بالا و قابلیت ساخت با هزینه كم، علاقه به كامپوزیت AlSiC برای ساخت بسته های اپتوالكترونیكی افزایش یافته است. بهای كم مواد و قابلیت ریخته گری قطعه به شكل یكپارچه، كامپوزیت AlSiC به عنوان یك گزینه مقرون به صرفه مطرح كرده است. هر كیلو گرم ذرات SiC حدود 82/8 دلار قیمت دارد و بهای هر كیلوگرم آلومینیوم 2/356- آلیاژ عمومی ریخته گری- حدود 76/1 دلار است .به عنوان نمونه، قطعه ای از جنس AlSiC كه از نیمه هادی محافظت و حرارت را پخش می كند. چیزی حدود 4 دلار قیمت دارد، در حالی كه ممكن است همان قطعه از جنس مس- تنگستن حدود 40 تا50 دلار قیمت داشته باشد. اگرچه یك بسته مس- تنگستن چندین كار را به طور انجام می دهد ولی باز هم ممكن است یك بستهAlSiC كه از چند قطعه تشكیل شده است، بهای كم تری داشته باشد.AlSiC می تواند ویژگی های دیگری از جمله افزودن مواد لازم به درون تركیب و سرمایش فعال را فراهم كند و به این دلیل نسبت به مس- تنگستن تطبیق پذیرتر و فراگیرتر است.این برتری ها بهای این بسته ها را افزایش می دهد (بهای اجزای بسیار پیچیده و بزرگ می تواند به7000 دلار یا بیشتر برسد). ولی ویژگی های عملكردی مناسب تری كه مورد نیاز تجهیزات اپتوالكترونیكی پیچیده امروزی است و دستیابی به آنها با مس- تنگستن غیر ممكن است.
فرایند ساختی كه توسط این شركت ارایه شده است تركیبی از قالبگیری تزریقی و قالبگیری با انتقال رزین (RTM) است. مارك اكیونرو(mark occhionero) كارشناس ارشد شركت CPS ،این فرایند را با جزئیات بیشتری توصیف می كند:"ابتدا ذرات ُ SiC با یك مایع ویژه، دوغابی با حدود 35 تا 67 درصد حجمی SiC (بسته به ویژگی های حرارتی مورد نیاز) تشكیل می دهند. سپس دوغاب تحت فشار كم (1379 تا6895 كیلو پاسگال) به یك قالب فولادی سرد تزریق می شود. در عرض حدود 151 ثانیه، دوغاب به صورت یك جرم جامد منجمد شده و از قالب بیرون آورده می شود. این قطعه به داخل فریزر مخصوصی منتقل می شود كه در آن مایع نگهدارنده تصعید می شود و پیش شكل متخلخل SiC باقی میماند. از آنجایی كه مایع نگهدارنده مستقیمآ به گاز تبدیل می شود،ذراتSiC ساختار خود را حفظ می كنند و به وسیله نیروهای بین مولكولی (واندروالس) باقیمانده افزودنی های دوغاب كنار هم باقی می مانند.كامپوزیت با قرار دادن پیش شكل SiC درون یك قالب و درون تراوی تحت فشار مذاب آلومینیوم به داخل خلل و فرج آن شكل داده می شود.
این فرایند ریخته گری ، قطعه را به شكل نهایی مورد نیاز تولید می كند ، به طوری كه در بیشتر موارد دیگر نیازی به ماشین كاری نیست. عموما در این فرایند، تغییرات ابعادی در سطح حدود 076/0 +- میلی متر، در ضخامت قطعه حدود 051/0+- میلی متر و در قطر سوراخ ها حدود 025/0 میلی متر است و حداقل ضخامت در دیواره ها 813/0 میلی متر، در كف 51/0 میلی متر ودر بخش های كوچكی از كف 381/0 میلی متر است. وجود زاویه ای به اندازه حداقل 3 درجه روی سطوح خارجی، برای خروج قطعه از قالب الزامی است. معمولا برای افزایش عمر قالب ریخته گری درون تراوی و كاهش هزینه های ساخت ، این زاویه 5 درجه در نظر گرفته می شود.
منبع: موسسه كامپوزیت ایران- نشریه كامپوزیت
