Pulver driver smarta enheter

Halvledarkomponenter till smartphones och andra digitala prylar bearbetas i industriugnar med extremt höga krav på dimensionsstabilitet och renhet. Sandviks pulvermetallurgiska material klarar dessa utmaningar och ökar produktiviteten och hållbarheten inom elektronikindustrin.

I vårt digitaliserade samhälle använder allt fler människor alltmer sofistikerad teknik inbyggd i ett växande antal smarta enheter för både nytta och underhållning. Efterfrågan på hårdvara ökar samtidigt som kraven på hållbarhet och resurseffektivitet blir allt högre.

"Våra material används bland annat i värmesystem för industriugnar, där kiselbaserade halvledarkomponenter behandlas med olika beläggningar innan de monteras ihop till mönsterkort som hamnar i smartphones och datorer", förklarar Dilip Chandrasekaran, chef för forskning och utveckling på Sandviks Kanthal-division i Hallstahammar.

"Processerna är extremt krävande, med höga temperaturer på upp till 1.300 grader Celsius, vilket innebär att alla komponenter som passerar genom ugnarna måste klara den hårda gasatmosfären utan att ändra form eller avge några partiklar. Annars kan en hel produktionssats av dyra kiselskivor förstöras."

Semiconductor components are treated with various coatings in indus trial furnaces where temperatures can reach 1,300 degrees Celsius.

Uppvärmning i kärnan

Kanthal levererar en produkt som utgör kärnan i dessa ugnsapplikationer, själva värmeelementet, som består av en spiralformad metalltråd inbäddad i en keramisk fibermodul. När ström ansluts till tråden värms den upp och värmer upp det som ska bearbetas i ugnen.

"För att tillverka tråden börjar vi med ett metallpulver", säger Chandrasekaran. "Pulvret komprimeras sedan under högt tryck och hög temperatur till en fast kropp för vidare bearbetning, via varmvalsning och dragning, till sin slutliga form. Den pulvermetallurgiska processen skapar unika egenskaper i tråden tack vare en optimal mikrostruktur som inte kan uppnås i konventionellt producerad valsad tråd."

Produktionsprocessen bygger på avancerad pulvermetallurgi som gör det möjligt att strukturera metallen med miljarder små partiklar, vilket dramatiskt ökar dess hållfasthet. Ett vanligt problem med den här typen av värmesystem är annars att strukturella komponenter deformeras vid höga temperaturer över tid.

Bibehåller formen

För att ett material ska fungera korrekt vid extremt höga temperaturer måste det uppvisa både hög dimensionsstabilitet och motståndskraft mot oxidation och korrosion.

"Den speciella järn-, krom- och aluminiumlegering som våra produkter baseras på ger utmärkta oxidationsegenskaper i konventionellt tillverkad form", säger Chandrasekaran. "Med pulvermetallurgi går vi ett steg längre och erbjuder ett premiummaterial som också behåller sin form extremt väl vid höga temperaturer. Det innebär ett lägre underhållsbehov och högre produktivitet för de industrikunder som använder ugnarna."

Vid sidan av halvledarindustrin ser Chandrasekaran en stor och växande marknad bland tillverkare av solpaneler som också använder kisel som utgångsmaterial och som behöver värmebehandla sina komponenter i samma typ av krävande ugnsapplikationer.

Industriugnar för tillverkning av kiselskivor som används i t.ex. elektronik och solpaneler är en av de applikationer där pulvermetallurgi kan användas. Den spiralformade värmespiralen från Sandvik tål extrem värme tack vare trådens unika mikrostruktur. Tekniken bygger på avancerad pulvermetallurgi som tillför miljarder nanopartiklar till metallen, vilket dramatiskt förbättrar trådens mekaniska hållfasthet.