Page 42 - SHY2012

Basic HTML Version

6/2007
[ www.shy-hitsaus.net ]
40
Elektroniikan voittokulkua
Elektroniikka tarkoittaa eri ihmisille hieman
eri asioita, ja virallisluontoisiakin määritel-
miä on useita. Suomen Akatemian tieteen
keskustoimikunnan elektroniikkajaosto
on 1970-luvulla määritellyt elektroniikan
seuraavasti: “ Elektroniikka on teknologia,
jossa puolijohdeainetta, elektroniputkia ja
muita elektronisia komponentteja käytetään
hyväksi toteutettaessa mitä erilaisimpia jär-
jestelmiä, tiedon siir toa ja käsittelyä, ko-
neistojen automaattista valvontaa ja ohja-
usta ...”. Määritelmä tuntuu tänäkin päivänä
käteensopivalta, vaikkakin elektroniputket
kuuluvat useimmissa sovelluksissa jo his-
toriaan.
Elektroniikan voittokulun voidaan sanoa alka-
neen 1950-luvulla, jolloin ensimmäiset tran-
sistorit valmistettiin teollisesti. Transistori on
kytkimenä, vahvistimena tai muistielement-
tinä toimiva puolijohdekomponentti. Aluksi
sentin parin mittaiset transistorit korvasivat
suuremmat, epäluotettavat ja paljon tehoa
kuluttavat elektroniputket. Myöhemmin kehi-
tys on kulkenut nopeasti kohti yhä pienempiä
transistoreita.
Nykyisin muutaman neliömillimetrin kokoi-
sen piisirun pintaan voidaan rakentaa mo-
nimutkainen integroitu piiri eli mikropiiri,
johon kuuluu jopa kymmeniä miljoonia tran-
sistoreita. Äärimmäisen pienet transistorit
tekevät mahdolliseksi esimerkiksi tietoko-
neen muistin jatkuvan kasvun. Yksittäisiä
transistoreita ei nähdä piisirun pinnalla pal-
jain silmin lainkaan, vaan transistorin ja sen
rakenteen katselemiseen tarvitaan erittäin
voimakkaasti suurentavaa elektronimikro-
skooppia (SEM).
Piiteknologian alkuaikoina kukaan ei pys-
tynyt ennustamaan, mihin kaikkeen tätä
mikroelektroniikkaa voidaan soveltaa 50
vuotta myöhemmin, siis tällä hetkellä.
Esimerkiksi tietokoneet, matkapuhelimet,
laskimet, sykemittarit sekä erilaiset anturit
ja automaattiset toiminnot vaikkapa henki-
löautoissa ovat tulleet yleisiksi vasta viime
vuosikymmeninä.
Kuvassa 1 nähdään elinkaarensa loppuvai-
heessa olevan matkapuhelimen piirilevy ja
sen pinnalla olevaan sähköpiiriin juottamalla
liitetyt lukuisat elektroniikan komponentit.
Liitokset ovat tinaseosta sisältäviä juotoslii-
toksia, joita on tässäkin piirilevyssä satoja.
Suurimmat mustat komponentit ovat puhe-
limen “älykomponentteja” eli integroituja
piirejä (IC, integrated circuit), joita sanotaan
myös aktiivisiksi komponenteiksi. Passiivisia
elektroniikan komponentteja ovat muun mu-
assa vastukset, kondensaattorit ja kelat.
Myös hitsausvir talähteet ja muut hitsauk-
sessa tarvittavat laitteet sisältävät nykyisin
runsaasti elektroniikkaa, sekä tehoelekt-
roniikkaa että mikroelektroniikkaa. Vuosi-
kymmenien varrella on tehoelektroniikan
nykyaikainen suuntaus eli puolijohdetekno-
logia tehnyt mahdolliseksi ensiksi diodi- ja
tyristoritasasuuntaajien sekä myöhemmin
hitsausinver tterien käytön hitsausvir taläh-
teissä. Samalla on kehitetty uusia säätö- ja
ohjausjärjestelmiä, joiden alueella mikro-
elektroniikan merkitys on ratkaiseva. Hitsa-
usliitoksen laatu saadaan uutta sukupolvea
olevilla hitsauslaitteilla aiempaa paremmaksi
ja tasaisemmaksi, ja samalla hitsaustyö on
vaivattomampaa kuin ennen.
Mikä ihmeen piisiru?
Puhtaasta piistä valmistettu piisiru on nyky-
aikaisen mikroelektroniikan keskeisin osa.
Pii on materiaalina puolijohde, jonka sähkön-
johtokyky on parempi kuin varsinaisilla eris-
teillä, mutta toisaalta paljon huonompi kuin
metalleilla. Piisiru on neliömäinen, yleensä
muutaman millimetrin kokoinen ja noin puo-
len millimetrin paksuinen palanen.
Elektroniikan liitokset
juottamalla ja hitsaamalla
Jouko Leinonen
Elektroniikkatuotteissa käytetään lukuisia materiaaleja kuten
piitä, kuparia, alumiinia, kultaa, hopeaa, tantaalia, muoveja ja
monia muita aineita. Niistä tehtyjen komponenttien metalliset
johdinjalat yhdistetään piirilevyn liitosalueille juottamalla. Sulan
lämpötila on tällöin noin 230-260 °C. Pistemäisen juotosliitoksen
koko on usein alle millimetrin, ja liitoksia voi olla satoja yhdellä
pienelläkin piirilevyllä.
Monia elektroniikan liitoksia tehdään myös hitsaamalla. Koska
lämmöntuontia on eri syistä rajoitettava ja liitoksen koko pidettävä
samalla pienenä, perinteinen kaarihitsaus ei tule kysymykseen.
Sen sijaan esimerkiksi laserhitsaus, ultraäänihitsaus ja vastushit-
saus soveltuvat moniin käyttökohteisiin. Lisäksi TWI on äskettäin
kehittänyt ultraohuiden materiaalien piste- ja päittäisliitoksille
soveltuvan mikrokitkahitsausprosessin (μFSW).
Kuva 1. Matkapuhelimen piirilevy lukuisine komponentteineen ja
juotosliitoksineen.