Auksinių vielučių panaudojimas yra vienas iš būdų prie puslaidininkio kristalo prijungti puslaidininkių prietaisų išvesties kontaktus. Priklausomai nuo prietaiso funkcijos, parametrų ir pagaminimo metų, auksinių vielučių diametras dažniausiai būna apie 15-50µm, o ilgis gali siekti ir 1 cm. Vielučių skaičius apytiksliai sutampa su išvesties kontaktų skaičiumi, nors mikroschemose su dideliu skaičiumi kojelių – dažniausiai būna didesnis. Ne visuose puslaidininkiuose prietaisuose yra naudojamos auksinės vielutės. Pavyzdžiui, daugelyje didesnės galios tranzistoriuose naudojamos aliuminio vielutės, šiuolaikiniuose prietaisuose vis dažniau naudojamos varinės vielutės, o didelį išvesties kontaktų skaičių turinčiose mikroschemose vielutės visai nenaudojamos (naudojamas flip-chip tipo sujungimas). Šiame straipsnyje aprašysiu vieną iš būdų, kaip atskirti auksines vielutes iš puslaidininkių prietaisų su plastikiniais korpusais.
Norint šiame straipsnyje aprašytu būdu išgauti kiek galima didesnę dalį auksinių vielučių su kiek galima mažiau pastangų, svarbu puslaidininkius prietaisus surūšiuoti. Rūšiuojama pagal šiuos kriterijus:
- Tarybinių laikų prietaisai, kuriuos perlaužus matosi paauksuoti išvesties kontaktai. Šiuose prietaisuose pagrindinis aukso šaltinis yra ne auksinės vielutės, bet paauksuoti išvesties kontaktai. Pavyzdžiui, iš tik 14 kojelių turinčios vienos mikroschemos galima išgauti apie 1,5 mg gryno aukso.
- Stambios SIP (Single in-line package) ir DIP (Dual in-line package) tipo mikroschemos su labai retai išdėstytomis išvesties kojelėmis. Tokiose mikroschemose kojelių skaičius nebūna didesnis nei 64.
- Smulkūs ir iki 10 išvesties kojelių turintys prietaisai, pvz. smulkūs tranzistoriai ir mikroschemos.
- Prietaisai, kurių išvesties kojelės pagamintos iš geležies-nikelio lydinių, pvz., kovaro. Tokius prietaisus lengva atskirti naudojant magnetą.
- Prietaisai, kurių išvesties kojelės pagamintos iš kitų nei geležies-nikelio lydinių. Tokie prietaisai arba visai nereaguoja į priglaudžiamą stiprų magnetą, arba reaguoja labai silpnai.
- BGA (ball-grid-array) tipo mikroschemos, turinčios daugiau nei 100 išvesties kontaktų. Su šio tipo mikroschemomis dirbama tokiu pačiu būdu kaip ir penktame punkte aprašytais prietaisais. Tačiau BGA tipo mikroschemos yra pačios vertingiausios, nes jose būna didelis skaičius ilgesnių auksinių vielučių Pavyzdžiui, iš virš 1000 išvesties kontaktų turinčios mikroschemos galima išgauti iki 35mg aukso. Su tokiomis mikroschemomis dirbu atskirai ir kruopščiau.
Visi prietaisai turi būti be lydmetalio likučių arba jo kiekis turi būti labai mažas. Priešingu atveju cheminio apdorojimo metu lydmetalio reakcijos su azoto rūgštimi metu susidarantis alavo nitratas labai apsunkins tirpalų filtravimą. Darbus bus lengviau atlikti, jei nuo prietaisų bus pašalintos metalinės kojelės.
Visą auksinių vielučių atskyrimo procesą galimą padalinti į 5 etapus:
Deginimas
Norint atskirti puslaidininkio prietaiso viduje esančias auksines vielutes pirmiausia reikia pašalinti plastikinio prietaiso korpusą. Yra keletas būdų kaip korpusas gali būti pašalintas. Pats paprasčiausias būdas – deginimas.
Priklausomai nuo deginamų prietaisų kiekių ir dydžių, galimos įvairios deginimo įrenginio konstrukcijos. Mano įrenginys – tai iš nerūdijančio plieno tinklelio padarytas krepšelis. Tinklelio akutės dydis – 1 mm, vielutės storis – 0.4mm. Krepšelis pritvirtintas prie rėmo, kurio konstrukcija padaryta tokia, kad krepšelį būdų paprasta įkelti ir ištraukti iš ugnies. Svarbu, kad tinklelis būdų padarytas iš nerūdijančio plieno, o ne paprasto plieno ar spalvotojo metalo. Tokiu atveju jis ne tik tarnaus ilgiau, bet ir mažiau užterš po deginimo likusius pelenus metalų oksidais.
Puslaidininkių prietaisų plastmasiniai korpusai greičiau ir pilnai sudegs, jei į krepšelį jie bus supilti taip, kad kiek galima mažiau vienas kitą uždengtų, t.y. kad oras ir karštis galėtų pasiekti kiek galima didesnį prietaisų plotį. Dėl to, prietaisai turi būti supilti įvairiomis kryptimis per visą krepšelio dugno plotą 2-3 sluoksniais, o pagal antrą kriterijų surūšiuoti prietaisai 1-2 sluoksniais.
Malkas ar kitą ugnies šaltinį reikia sudėti taip, kad ugnis krepšelį apsuptų iš visų pusių. Keletą degančių malkų reikia uždėti ir ant krepšelio viršaus. Taip puslaidininkiai prietaisai degs tolygiai. Deganti plastmasė išskiria nesudegusių dalelių dūmus, todėl labai svarbu, kad krepšelis į ugnį būtų įkišamas tik gerai įsiliepsnojus ugniai, kuri būtų intensyvi ir aukšta. Tokiu būdų dūmuose esančios nesudegusios dalelės pateks atgal į ugnį ir taip galutinai sudegs. Pasipraktikavus galima pasiekti, kad deganti plastmasė beveik visai neišskirtų juodų dūmų.
Puslaidininkius prietaisus įkišus į ugnį, praeina šiek tiek laiko, kol jie įkaista ir užsidega. Užsidegę dega intensyviai. Pasibaigus intensyviai degimo stadijai, prietaisus labai atsargiai galima pamaišyti ir taip atidengti nesudegusias jų vietas. Pamaišius, krepšelis vėl dedamas į ugnį ir laikomas ugnyje kol prietaisai pilnai sudega. Pilnai sudegusių prietaisų plastmasės tampa baltos arba rausvos spalvos pelenais. Svarbu, kad ant prietaisų nebesimatytų juodų dėmių, kas reikštų, kad prietaisai dar nėra pilnai sudegę. Nesudegusios plastmasės vietos net ir malant nėra pilnai sutrupinamos ir jose esančios auksinės vielutės nebūtų atskirtos, o skalavimo metu greičiausiai būtų išskalautos kartu su pelenais.
Malimas
Sudegusi puslaidininkių prietaisų plastmasė, skirtingai nei pavyzdžiui mediena, nevirsta pelenais. Taip yra dėl to, kad plastmasėje esantis kvarcas ar kitos nedegios medžiagos, išlaiko pradinę prietaiso formą. Norint pilnai sutrinti sudegusią plastmasę, reikia sudegusius prietaisus sumalti.
Plastmasė gali būti malama rutuliniu būdu. Į tvirtą plastikinę dėžutę supilami sudegę prietaisai ir stambūs plieniniai rutuliai. Dėžutė sandariai uždaroma ir stipriai kratoma. Dėžutės dydis, vienu metu malamų prietaisų kiekis, rutulių dydis ir kiekis, malimo laikas parenkami taip, kad kratomi rutuliai galėtų pakankamai laisvai judėti.
Po pelenų, kurie buvo gauti deginant puslaidininkių prietaisų surūšiuotų pagal 1 kriterijų, sijojimo likusios dalys nėra išmetamos. Dalis tokių metalinių dalių yra padengtos storu aukso sluoksniu. Jos yra išsaugojamos ir atskiru apdorojimo procesu iš jų išgryninamas auksas.
Magnetinis atskyrimas
Kaip jau buvo minėta ankščiau, pagal ketvirtą kriterijų atskirtuose puslaidininkių prietaisų išvesties kontaktai gaminami iš kovaro ir kitų prie magneto limpančių lydinių. Kovaras lėtai tirpsta net ir karštoje azoto rūgštyje, dėl to jį reikia pašalinti mechaniniu būdu. Kovaras iš pelenų šalinamas maišant magnetą pelenuose. Deja, dalis auksinių vielučių būna apsisukusios ir susikabinusios su išvesties kontaktais, todėl yra pašalinamos kartu.
Tam, kad sumažinti auksinių vielučių išgavimo nuostolius, su magnetų išimu kiek galima mažesnį išvesties kontaktų kiekį. Prieš atskiriant kontaktus nuo magneto, juos stipriai padaužau į dėžutės, kurioje supilti pelenai, briauną.
Skalavimas
Skalavimo tikslas išskirti iš pelenų pačią lengviausią pelenų frakciją, kuri sudaro didžiąją jų dalį. Tai reikia padaryti dėl to, kad vėliau cheminio apdorojimo metu būtų paprasčiau daryti tirpalų filtravimą.
Skalavimui galima panaudoti aukštą stiklinę. Į stiklinę įpilama tiek pelenų, kad vėliau būtų patogu juos pamaišyti, o išpilamas skystis nebūtų per tirštas. Ant pelenų užpilama vandens ir pamaišoma. Lengviausia pelenų frakcija skęsta lėtai, o metalinė frakcija greitai. Dėl to, po kurio laiko dalį skysčio galima išpilti, o kartu su juo išsipils ir lengvieji pelenai. Taip kartojama daug kartų, kol stiklinėje lieka tik metalinė ir sunkioji pelenų frakcijos.
Skalavimas turi būti daromas labai kruopščiai, nes su išpilamu skysčiu gali kartu išbėgti ir dalis auksinių vielučių. Dėl to, prieš išpilant dalį skysčio reikia palaukti pakankamai ilgai, kol nusės metalinė pelenų frakcija (ypač po pirmų nupylimų, kada skystis būną tirštas). Taip pat, nupilti reiktų lėtai ir ne daugiau nei pusę stiklinės.
Bazinių metalų tirpinimas
Po pelenų skalavimo juose lieka metalinė ir sunkioji pelenų frakcijos. Sunkiąją pelenų frakciją sudaro kvarcas, nesudegusios plastmasės dalelės ir kitos medžiagos, kurios vėliau netrukdys atlikti cheminį apdorojimą. Metalinę frakciją be auksinių vielučių sudaro įvairūs metalai: varis, sidabras, aliuminis ir kiti. Juos reikia pašalinti, kad cheminio apdorojimo metu būtų galima išgauti kiek galima grynesnį auksą.
Metalai šalinami juos ištirpinant azoto rūgštyje. Po tirpinimo likęs tirpalas nėra išpilamas. Jis išsaugojamas ir atskiru apdorojimo procesu iš jo išgaunamas sidabras ir varis. Po tirpinimo likę pelenai gerai išskalaujami vandeniu. Skalaujama tol, kol lakmuso popierėlis neberodo rūgštinės terpės.
Jei apdorojami puslaidininkiai prietaisai, kurie buvo surūšiuoti pagal 2 kriterijų, likę pelenai tirpinami druskos rūgštyje. Taip pašalinamos iš aliuminio pagamintos dalys, kurios dažnai naudojamos stambių puslaidininkių prietaisų gamyboje. Po tirpinimo likę pelenai vėl gerai išskalaujami vandeniu.
Likę pelenai patikrinami su galingu magnetu. Juose dar gali būti likę smulkių kovaro dalelių, kurias reikia pašalinti.
Likę pelenai sudaryti tik iš auksinių vielučių ir stambiosios pelenų frakcijos. Naudojant įvairius cheminius apdorojimo metodus, iš jų galimą išgryninti auksą.