Мы знаем о металлах (почти) все

Обзор микросхем на предмет содержания драгметаллов

Микросхемы являются наиболее распространенными элементами электронного лома. Их количество, как правило, больше, чем других вместе взятых элементов. Соответственно значительна и доля золота, содержащегося в них. Так, в ЭВМ она составляет от 20 до 40 % от общей массы золота.

Микросхемы, в основном, можно классифицировать по 3 видам:

  • в пластиковом корпусе,
  • в керамическом корпусе,
  • в металлическом корпусе.

Микросхемы в пластиковом корпусе

Микросхемы наиболее распространенных серий (К 131; 133; 155; 500; 555) содержат от 0 до 7 мг золота на единицу изделия. Масса одной микросхемы составляет 0,85 г. Тогда содержание золота (%) в единице изделия соответствует:

масса золота, мг 1 2 3 4 5 6 7
содержание золота, % 0,12 0,23 0,35 0,47 0,59 0,70 0,80

Золото в основном находится в форме позолоты на выводах микросхемы. Также золото используется в составе подложки (композиция AI - Сг - Сu - Аu) для пайки выводов к кристаллу кремния и в составе припоя (Au - Si) для закрепления кристалла на посадочном месте. Несущим элементом для закрепления кристалла и выводов является подложка из корундовой пластинки или, реже, из дуралюмина. Герметизация корпуса микросхемы осуществляется на основе композиционных пресс-материалов (ЭФП-606; ЭФП-60; ЭКП-200; КЭП-1; ТЭМП-250, КФП и др.). Пресс-материал представляет композицию примерно из 30 % связующего. В качестве неорганической добавки наиболее часто используют кварц (песок), асбест, глину, тальк. В качестве связующего применяют эпоксидные смолы на основе полиэфиров, поликарбонатов и др.

Вывода микросхем изготовлены из платинита (сплав 47 НД: 47 % Ni, 48 % Fe и 5 % Сu) или, реже, из ковара (сплав 29 НК: 29 % Ni,18 % Со и 53 % Fe). Пайка осуществляется припоями ПОС-60, ПОС-61.

При пайке и отпайке микросхем из ТЭЗ значительная часть золота переходит в припой и удаляется вместе с ним. Нормативный уровень потерь золота за счет этого составляет 20 %, но на практике может быть выше.

Оценочные анализы микросхем после дробления и сепарации показали, что золото на 70-80 % сосредоточено в выводах, полностью выделяемых магнитной сепарацией из продукта дробления. Остальное золото находится в пластиковой составляющей микросхем, а после ее сжигания — в золе.

Многочисленные анализы микросхем показали, что фактическое содержание золота составляет для большинства микросхем ЭВМ ~ 50 % от номинального паспортного. Это обусловлено как потерями его при пайке и отпайке микросхем, так и недовложением золота на заводах-изготовителях.

Эксперименты как на микросхемах одного типа, так и смеси их показали, что в выводах, выделенных из измельченного материала, содержание золота составляет от 0,2 до 1,4 %, а в пластиковой крошке от 0,03 до 0,08 %. Микроскопические исследования пластиковой крошки показали, что золото в ней преимущественно находится как в форме тончайшей проволоки, так и в виде частиц шаровидной формы. Микрозондовым сканированием обнаружено, что данные частицы являются сплавом золота с медью, алюминием, хромом, оловом, следовательно, источник поступления золота в пластиковую фазу — подложка для припоя выводов к кристаллу, а также частицы обогащенного золотом олово-свинцового припоя.

Рекомендуемый порядок опробования микросхем

При поступлении на переработку партии микросхем одного типа можно рекомендовать проведение выборки 5-10 % массовых от партии. Если партия представлена микросхемами многих типов, то головной операцией должно быть дробление. Эту операцию наиболее целесообразно осуществлять в дробилках ударного типа (роторные или молотковые дробилки), в установках электровзрыва и др. устройствах, обеспечивающих минимальное истирающее воздействие.

После дробления материал поступает на классификацию по размеру и магнитным свойствам. Рекомендуется следующая последовательность. Сначала проводится рассев материала на сите с размером ячейки 5 мм. В плюсовой фракции остаются недоразобранные части и дуралюминовые пластинки — подложки. Магнитной обработкой этой фракции отделяются пластинки и крупные куски пластика от недоразобранных микросхем. Недоразобранный материал поступает в голову схемы. Единичные дуралюминовые пластинки с впрессованными в них выводами (магнитными) микросхем выбираются вручную с удалением из них выводов. Крупный немагнитный пластик отделяется от дуралюминовых пластинок вручную (если очень мало), либо отделяется в тяжелой жидкости (насыщенный раствор хлорида кальция).

Материал с крупностью минус 5 мм поступает на магнитную сепарацию. Немагнитная фракция опробуется выборкой 5-10 % непосредственно или после додрабливания до крупности минус 3 мм. Магнитную фракцию рекомендуется направлять на додрабливание отдельно для удаления остатков пластика. После этого материал рассеивается на сите 1-2 мм. Минусовой продукт (пластик с незначительным включением металла) подвергается магнитной обработке. Магнитная фракция объединяется с плюсовым классом, а немагнитная с пластиковой крошкой. Магнитная фракция поступает на выборку (сокращение пробы) до 5-10 %. Данная промежуточная проба обжигается и опробуется растворением. Сокращенная проба пластиковой немагнитной фракции измельчается до крупности 1 мм и опробуется пробирным методом (без предварительного обжига). Рекомендуемая схема опробования микросхем в пластиковом корпусе представлена на рис. 1. В зависимости от возможностей и производительности оборудования немагнитную пластиковую фракцию можно полностью измельчать до крупности минус 1 мм, что способствует большей представительности пробы немагнитной пластиковой фракции.

Микросхемы в керамическом корпусе

Как правило, практически во всех керамических микросхемах в качестве керамической основы используют керамику 22ХС (95 % Аl203 и 3 % Si02) «Поликор» (100 % Аl203). В микросхемах и диодных матрицах с корпусом из стеклокерамики используют специальные сорта стекла С48-2, С49-2; С73-4, С88-1 на основе диоксида кремния (~ 65 %), оксида бора (5-20 %) и оксида натрия (7-12 %). Вывода микросхем выполнены из платинита (47% Ni, 48 % Fe, 5 % Сu). Вывода обычно позолочены и массовое содержание золота в них составляет 5-10 %. Монтаж выводов к кристаллу кремния выполняется или проволокой из чистого золота диаметром 0,05-0,1 мм или пайкой на кристалле композицией Al - Сг - Сu - Al. Кристалл закрепляется на позолоченной посадочной площадке пайкой сплавом Au - Si.

Как правило, основное количество золота в керамических микросхемах сосредоточено в форме покрытия на выводах, меньшая часть — в виде тонкой проволоки, припоев. В ряде микросхем позолота нанесена на рамки и крышки, изготовленные из железо-никелевых сплавов. Позолота на керамике характерна для большей части микросхем и в основном сосредоточена на посадочном месте под кристалл кремния.

Металлические части микросхем являются магнитными и хорошо отделяются магнитной сепарацией. Содержание металлической фракции составляет от 20 % (крупные микросхемы без металлических крышек) до 70 % (мелкие микросхемы с крышками).

Рекомендуемая схема опробования микросхем на керамической основе достаточно проста. В наиболее сложном варианте (смесь микросхем различных типов) она представлена на рис. 2. В основу схемы положены магнитная сепарация и классификация по размерам. После дробления микросхем и магнитной сепарации магнитную фракцию додрабливают для окончательного отделения керамики. Магнитную фракцию рассеивают на сите с крупностью ячейки 5 мм. Крупную фракцию (относительно бедные по золоту крышки и рамки) сокращают и опробуют отдельно. Мелкую фракцию, более богатую по золоту, также сокращают и опробуют отдельно, если степень сокращения одинакова, например, 10 %, то сокращенные пробы можно объединить и опробовать растворением совместно.

Керамическую фракцию после магнитной сепарации классифицируют на сите 3 мм (1 мм). Крупную фракцию додрабливают. Фракцию 3 мм сокращают до 5-10 %, измельчают до 1 мм и опробуют. Возможно и полное измельчение керамической фракции перед опробованием до крупности 1 мм.

Микросхемы в металлическом корпусе

Типы микросхем в металлическом корпусе очень разнообразны и невозможно дать их общее описание. Наиболее богаты по золоту мелкие (массой 1-2 г) микросхемы типа УД с позолотой на выводах и основании. Основание микросхемы изготовлено из железо-никелевого сплава и содержит до 30-45 % по массе стекла (изолятор). Крышка микросхемы, приваренная к основанию контактной сваркой, как правило из никеля.

Для некоторых более крупных микросхем позолота может быть нанесена на внутреннюю поверхность основания и, крайне редко, на крышку. В крупных микросхемах золото также находится часто в виде золотой проволоки (коммутация от выводов к кристаллу). Для ряда крупных микросхем характерно наличие керамических конденсаторов, содержащих платину и палладий. Корпус крупных микросхем, как правило, изготовлен из низколегированной нержавеющей стали. Схема опробования очень проста для микросхем одного типа и заключается в выборке представительной партии (5-10 %) и ее опробовании растворением. Для партии микросхем различных типов неизбежным является приемное растворение всей партии.

Микросхемы

Данный тип деталей электроники представлен двумя основными группами:
1 — брак завода-изготовителя по параметрам или невостребованная готовая продукция;
2 — микросхемы, изъятые из изделия методом срезки, выкусывания, выпайки и т. д.

Первая группа вторичного сырья по содержанию драгоценного металла близка к паспортным данным для данного типа микросхем. Некоторый разброс значений возможен и обычно зафиксирован в паспорте на партию изделий. Как правило, масса драгоценного металла в этом случае составляет 85-100 % от паспортного значения.

Вторая группа вторичного сырья, как правило, характеризуется минусовым отклонением. Данные отклонения относительно невелики для тех типов микросхем, в которых драгоценный металл полностью сосредоточен внутри корпуса.

В случае же, когда позолота сосредоточена на внешних частях (вывода, основание) отклонение может составлять до 20-50 % от паспортных данных. Это обусловлено потерями уже на стадии монтажа микросхемы на изделие. От выводов микросхемы, длина которых составляет 20 мм, при монтаже пайкой отрезают лишнюю часть и, как правило, остается только 3-5 мм. Кроме того, при пайке припоем позолота с выводов переходит в припой. При демонтаже изделия и удалении микросхем срезкой или отпайкой золото теряется дополнительно механически.

При опознавательно-информационном описании изделий мы брали свободную среднюю выборку 5-10 единиц микросхем данного типа из партии, представленной поставщиком вторичного сырья, и делали анализ на содержание золота и (или) серебра. Среднее значение массы драгоценного металла и его содержания, а также отклонения от средних значений представлены в описании.

назад

Металлы