Kupari ja messinki sulakkeiden sisä- ja ulkokorkit: materiaalien ominaisuudet, teollisuuden suuntaukset ja teknologiset innovaatiot

 

Piirin suojauksen ydinkomponenttina sulakkeiden sisä- ja ulkokansimateriaalien valinta vaikuttaa suoraan tuotteen luotettavuuteen ja käyttöikään. Kuparikorkki (puhdas kupari) ja messinkiinen sisäsuojus (kupari-sinkkiseos) ovat nykyisin yleisimpiä sisä- ja ulkokansimateriaaleja, ja näiden kahden välillä on merkittäviä eroja johtavuuden, mekaanisen lujuuden, korroosionkestävyyden ja kustannusten suhteen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kuparin edut:
Kuparilla on erinomainen sähkönjohtavuus (sähkönjohtavuus noin 58 MS/m) ja lämmönjohtavuus (lämmönjohtavuuskerroin 386,4 W/m·K), ja se on hopean jälkeen hyvä johdin. Sen puhtausominaisuudet (kuparipitoisuus suurempi tai yhtä suuri kuin 99,9 %) tekevät siitä hyvän suorituskyvyn korkeataajuisissa-piireissä, ja sillä on hyvä taipuisuus ja se on helppo kylmä-meistää ja venyttää. Esimerkiksi uusien energiaajoneuvojen suurjännitesulakkeissa kuparikoskettimet voivat vähentää tehokkaasti lämpötilan nousua ja parantaa turvallisuutta. Lisäksi Copper Stop Endillä on vahva korroosionkestävyys, erityisesti kuivissa ympäristöissä, eikä se ole helppo hapettaa, joten se sopii tarkkuuselektroniikkalaitteille.

 

Messingin ominaisuudet:
Messinki koostuu kuparista ja sinkistä (sinkkipitoisuus on yleensä 30–40 %), ja sen mekaaninen lujuus (vetolujuus noin 300 MPa) ja kovuus (Brinell-kovuus noin 80 HB) ovat huomattavasti kuparia korkeammat ja sen hinta on 15–20 % alhaisempi. Esimerkiksi teollisuuden ohjauksen alan sulakkeissamessinkinen ulkokorkkikestää suurempaa mekaanista rasitusta ja välttää tärinän aiheuttaman löystymisen. Lisäksi messingillä on parempi korroosionkestävyys rikki{1}}pitoisissa ympäristöissä, ja sitä käytetään usein ulkona tai korkean kosteuden olosuhteissa.

 

Suorituskyvyn puutteet:
Kuparilla on alhainen kovuus (noin 35 HB), se on alttiina kulumiselle pitkäaikaisen-käytön jälkeen, korkea sulamispiste (1083 astetta) ja tiukat hitsausprosessivaatimukset. Messinkiputken päätykappaleen johtavuus on vain 1/5 kuparin johtavuudesta (noin 11 MS/m), mikä voi aiheuttaa lämmitysongelmia korkean virran -skenaarioissa. Lisäksi kun messingin sinkkipitoisuus ylittää 39 %, se on altis "kausihalkeilulle", jota on parannettava lämpökäsittelyllä tai lisäämällä hivenseoselementtejä (kuten tinaa ja alumiinia).

 

 

 

Ympäristönsuojelumääräykset edistävät materiaaliinnovaatioita:
EU:n RoHS-direktiivin ja Kiinan "hallintatoimenpiteiden vaarallisten aineiden käytön rajoittamiseksi sähkö- ja elektroniikkatuotteissa" käyttöönoton myötä sulaketeollisuus on nopeuttanut lyijyä sisältävien -materiaalien poistamista. Esimerkiksi lyijyttömät messinki-päädyt (kuten vaihtoehtoiset CuZn39Pb3-materiaalit) ja nikkeli-tinapinnoitus ovat yhä suositumpia, kun taas bio-pohjaisten muovikuorien (jotka sisältävät 30 % kasvikuitua) avulla voidaan saavuttaa 90 % komponenttien kierrätys. Lisäksi Copper End Capin korkea kierrätysaste (noin 95 %) tekee siitä edullisemman kiertotaloudessa.

 

Älykäs ja pienikokoinen kysyntä:
Uusien energiaajoneuvojen, aurinkosähköenergian varastoinnin ja muiden alojen nopea kehitys on asettanut korkeampia vaatimuksia sulakkeille. Esimerkiksi älykkäät sulakkeet integroivat lämpötila-antureita ja viestintämoduuleja, jotka voivat lähettää reaaliaikaista -ajankohtaista tietoa Bluetoothin kautta ennakoivan ylläpidon saavuttamiseksi. Materiaalivalinnalla kupariputkisuojus on ensimmäinen valinta korkeataajuiseen signaalinsiirtoon korkean johtavuutensa ansiosta, kun taas messinki parantaa kosketuksen luotettavuutta pintakullausprosessien (kuten kemiallinen nikkelipinnoitus + upotuskulta) avulla.

 

Uusien materiaalien tutkiminen:
Teollisuus kehittää tehokkaita{0}}komposiittimateriaaleja korvaamaan perinteiset kuparimateriaalit. Lisäksi kupari-grafeenikomposiittisula voi lisätä rikkoutumistehokkuutta 50 %, kun taas nestemäisen metallin (kuten gallium-pohjaisen metalliseoksen) sulakkeiden vasteaika lyhenee mikrosekunteihin.