зачем золото в электронике
Золото в современных технологиях. Прогноз
Все права на представленный материал принадлежат «World Gold Council» (WGC). Переведено и опубликовано с разрешения WGC.
Об этом мало кто задумывается, но золото тесно вплетено в повседневную жизнь современного человека. От смартфонов до медицинских диагностических приборов — люди каждый день полагаются на этот драгоценный металл. Однако объемы золота, используемого в технологиях, за последние несколько лет снизились, что объясняется, в первую очередь, экономией и замещением в области производства электроники. Сложившаяся ситуация тем не менее может в самое ближайшее время измениться:
с VI квартала 2016 года спрос на электронику начал снова расти, стали появляться новые перспективные технологии с использованием золота.
Золото в повседневной жизни
Большинство людей тем или иным образом используют золото в повседневной жизни, о чем они могут даже и не подозревать. Применение этого драгоценного металла в электронике устойчиво росло с начала 1970-х годов, когда начали появляться разнообразные приборы и устройства. Сегодня эта тенденция приобрела повсеместный характер с развитием смартфонов и планшетов, занимающих все более важное положение в жизни современного человека. Своего максимума спрос на золото со стороны электронной промышленности достиг в 2010 г. — 327 тонн. Однако рост данного показателя в начале 2000-х годов был вызван скорее стремительным повышением цены драгоценного металла, что существенно повлияло на его использование в производстве электроники. В 2016 г. цифра снизилась до 256 тонн.
Рост расходов как фактор спроса
Сложившаяся ситуация проявилась двояко. Во-первых, промышленность сделала акцент на снижение количества используемого золота в каждом устройстве (то есть на экономии), чему способствовал прогресс в производстве полупроводников, позволивший сократить объемы драгметалла без потери качества продукции. Все это оказало прямое влияние на два основных источника спроса золота в отрасли:
Справочный блок 1: почему золото используется в электронике?
Физические свойства золота делают этот металл отличным материалом для использования в разнообразных электронных устройствах:
Существует много способов использования золота в электронике, однако, пожалуй, наиболее востребованным из них является производство электролитических покрытий, соединений и контактов. Следом идут золотые проволочные соединения в полупроводниковых компонентах. Именно эти области применения золота в электронной отрасли основные и, вероятно, останутся таковыми в будущем.
Покрытие электрических контактов и соединений зачастую является единственным визуальным признаком использования золота в электронных устройствах. Когда две золотые поверхности вступают в контакт, получившееся таким образом соединение отличается превосходной устойчивостью, даже если покрытие необычайно тонкое. Поверхность подверженных коррозии материалов, как правило, окисляется, приобретая изолирующие, нарушающие и порой разрушающие свойства, что пагубно влияет на электрическое соединение и может вызвать поломку устройства.
Проволочные соединения из золота, в свою очередь, невооруженным взглядом не видны. Их используют для создания контакта между полупроводниками и тонким слоем металла на устройстве. Микросхемы могут содержать сотни проволочных соединений, в каждом из которых есть крошечное количество золота.
Только за последние четыре года в этих и некоторых других областях электроники было использовано более 1000 тонн золота.
Во-вторых, представители электронной промышленности озаботились поиском металлов, способных эффективно заместить собой золото. Это дало определенные результаты в производстве электролитических покрытий, однако наибольший эффект проявился в производстве проволочных выводов. По данным Semiconductor Industry Association, в 2011 г. золото с долей 77% занимало доминирующее положение в этой области. Сегодня доля снизилась до менее чем 40%, начали активно использоваться медь (главный «конкурент» золота), медь с палладиевым покрытием, серебро.
Падение спроса на проволочные соединения из золота последних шести лет — практически хрестоматийный пример удачной научно-исследовательской работы, обусловившей снижение цен. Медь не самый идеальный материал для производства данных элементов: в определенных условиях она подвержена коррозии, а также тверже золота (поэтому может повредить хрупкие пластины в процессе распайки). Более того, переход на медь дорого обошелся производителям полупроводников, потребовав крупных инвестиций в модификацию оборудования и технологических процессов.
Цена на золото в то же время достигла той точки, в которой производители больше не могли снизить расходы только за счет экономии, поэтому им пришлось обратиться к поиску качественной замены.
Именно замещением и экономией на золоте в основном объясняется спад спроса на него со стороны электронной промышленности в 2010–2016 гг., составивший 71 тонну. Данные за конец III квартала 2017 г. тем не менее показывают незначительное восстановление.
Перспективы
Есть основания полагать, что масштабный спад спроса на золото со стороны электронной промышленности остался позади. С начала 2017 г. и до конца III квартала наметился рост данного показателя — впервые с 2010 г. Имеется несколько перспективных областей, способствующих восстановлению роста.
Стабильность производства проволочных соединений из золота
Имеющиеся данные позволяют предположить, что резкий спад спроса на проволочные соединения из золота (золотую проволоку), наблюдавшийся в течение нескольких последних лет, начинает сходить на нет. В своей области эти элементы продолжают оставаться «рабочей лошадкой» (75–80% различных технологических компонентов комплектуются именно ими /1/), общий прогноз достаточно оптимистичен.
Несмотря на то что золото вряд ли вновь займет доминирующее положение в производстве проволочных соединений, этот драгметалл не потеряет статус основного во многих современных электронных устройствах. Очевидно, что во многих отраслях, например автоматизации и авиационной технике, экономить на качестве никто не будет, поэтому использование проволочных соединений из золота в наиболее важных компонентах (например, в тормозных и навигационных системах) продолжится.
Нехватка запоминающих устройств
Сейчас самый разгар периода нехватки цифровых запоминающих устройств. Микросхемы памяти — важнейший компонент смартфонов и компьютеров, и в то же время потребители постоянно требуют повышения объемов памяти, способной вместить большое количество данных. Это-то и привело к дефициту на данном рынке: производители работают на своем пределе, чтобы хоть как-то компенсировать нехватку запоминающих устройств. В Samsung Electronics, например, недавно объявили, что спрос на микросхемы памяти принес рекордные квартальные доходы /2/.
Развитие производства полупроводников
В долгосрочной перспективе дальнейшее развитие рынка полупроводников будет обеспечено распространением Интернета вещей, усовершенствованием аппаратной части систем виртуальной и дополненной реальности. Тенденции к использованию электрических приводов и совершенствованию средств коммуникации в мире ослабнуть не должны, что окажет положительный эффект на спрос на любые материалы, необходимые в производстве полупроводников, в том числе на золото.
Новое поколение смартфонов и других цифровых устройств
Эволюция автомобилестроения
Все рассматриваемые факторы так или иначе должны затронуть спрос на золото. В автомобильной промышленности уже используются самые разнообразные микросхемы, а с дальнейшим развитием техники на электрическом приводе необходимость в чипах возрастет еще сильнее. Областей их применения множество — от управления двигателем до тормозных систем, от соединения электронных узлов в единую сеть до мультимедийных систем; в производстве каждого из этих элементов используются высокотехнологичные электронные компоненты, в частности светодиоды или печатные платы. В долгосрочной перспективе успехи в области производства автоматизированных транспортных средств станут еще большим двигателем спроса на золото за счет внедрения современной электроники, например систем предупреждения столкновений.
Роль золота в чистых технологиях
Развитие нанотехнологий благодаря обширной научно-исследовательской работе в лабораториях по всему миру привело к появлению множества новых способов применения золота. Особенно перспективно выглядит область чистых технологий, в которой используемое нанозолото предлагает множество преимуществ.
Некоторые из научных открытий смогут заложить основу спроса на золото в будущем. Подобно производству полупроводников спрос возникнет в тех направлениях, где драгоценный металл будет использоваться в малых количествах при производстве продуктов массового потребления.
Эффективные катализаторы
Драгоценные металлы, в частности платина и палладий, а также серебро, исторически используются в химической промышленности в качестве катализаторов. Все они предназначены для процессов синтеза пластики и материалов, которыми мы пользуемся ежедневно. Кроме того, металлы платиновой группы (МПГ) применяются в производстве автомобильных каталитических конвертеров, предназначенных для снижения уровня загрязнения.
Отличным катализатором также являются наночастицы золота. В 2016 г. химическая компания Johnson Matthey выпустила основанный на этом металле катализатор для повышения эффективности синтеза винилхлоридного мономера (ВХМ) /5/ («предшественника» поливинилхлорида, третьего по распространению синтетического полимера в мире), который обычно используют в производстве труб и изоляции электрических кабелей. ВХМ — материал очень важный; как правило, он синтезируется с помощью ртутного катализатора. Учитывая ежегодные объемы выпуска винилхлоридного мономера, его получение является одним из крупнейших в мире процессов с использованием ртути. Разработка Johnson Matthey дает возможности компаниям-производителям ВХМ без ущерба отказаться от этого токсичного химического элемента. В зависимости от уровня потребления, спрос на золото благодаря новому катализатору может повыситься на 1–5 т.
Что более важно, разработка Johnson Matthey дает производителям рентабельный метод синтеза, который удовлетворяет требованиям Минаматской конвенции по ртути, гласящей в частности, что после 2017 г. ртуть не должна использоваться на новых фабриках по производству ВХМ, а после 2022 г. — необходимо полностью отказаться от этого вещества /6/.
В Science, одном из крупнейших в мире научных журналов, недавно была опубликована статья, в которой говорится о настоящем прорыве в области создания катализаторов из золота, применяемых при производстве топливных элементов — экологически чистых силовых блоков, вырабатывающих электричество только с одним попутным продуктом — водой. Чтобы работать эффективно, в топливный элемент должен подаваться чистый водород, а добиться этого без подходящего катализатора, способного качественно работать при низкой температуре, сложно. В процессе исследования было обнаружено, что катализаторы из золота полностью удовлетворяют всем требованиям. Достигнутый прогресс имеет отличные перспективы использования во многих важных отраслях промышленности /7/.
Чистая энергетика
Наконец, последний пример, как нанотехнологии могут повлиять на спрос на золото в среднесрочной перспективе, — распространение технологий получения солнечной энергии. История развития этой области достаточно любопытна. Драгоценный металл долгое время использовался при остеклении и изготовлении изделий из стекла. В 1960-х годах его стали наносить в виде тонкого слоя на окна, чтобы повысить энергетическую эффективность в зданиях. Золото отлично защищает от инфракрасного излучения, помогая предотвратить чрезмерное повышение температуры в зданиях, таким образом снижая расходы электроэнергии на кондиционирование воздуха. Так, например, каждое из 14 тыс. окон небоскреба Royal Bank Plaza в Торонто (Канада) покрыто слоем чистого золота.
Связь между солнечной энергетикой и золотом в последние годы только усилилась. Золотые наночастицы используют при изготовлении солнечных панелей, что позволяет им собирать больше энергии и перерабатывать ее в электричество. В перовскитовых солнечных элементах, одной из наиболее перспективных новых технологий в этой области, применяются электроды из драгоценного металла. Хотя на данный момент эта разработка по долговечности не может сравниться с традиционными технологиями, основанными на использовании кремния, работа по ее совершенствованию не прекращается.
Солнечная энергетика с точки зрения спроса на золото в перспективе может встать в один ряд с электронной промышленностью. Вполне возможно, что технологии получения солнечной энергии с использованием золота в виде наночастиц или покрытий войдут в массовое применение. Это приведет к тому, что золото будет использоваться в огромном количестве отдельных элементов многих устройств. Повысит ли это спрос — покажет время.
Прогноз
Золото высоко ценится в современном мире. Тысячи тонн, скрытые от наших глаз, обеспечивют бесперебойную работу электронных приборов, от которых мы во многом зависим в повседневной жизни. Высокие цены, появление конкурирующих технологий серьезно ограничили его применение. Однако золото продолжает оставаться важнейшим компонентом электроники. Объемы его использования до сих пор велики: в 2016 г. в технологиях золота было использовано больше, чем платины, палладия и прочих металлов; данный показатель был примерно эквивалентен закупкам центральных банков в 2010–2016 гг.
Прогноз спроса на золото в целом положительный, особенно учитывая развитие технологии электрического привода, а также потребность в более сложных и функциональных устройствах, что является стимулом для инноваций в производстве полупроводников. В краткосрочной и среднесрочной перспективах спрос на золото в технологической области стабилизируется, а в некоторых случаях вырастет.
Становление нанотехнологий также предлагает определенные возможности по использованию золота в новых сферах. Мы наблюдаем за началом выхода на рынок разработок, основанных на использовании золотых наночастиц. Некоторые из этих инноваций окажут положительное влияние на спрос, особенно в области чистых технологий. Прогнозы в этом смысле, скорее, долгосрочные, однако в конечном счете все пойдет на пользу решения научных задач и повышения спроса.
Наконец, ряд наиболее важных сфер применения золота могут не оказать никакого существенного влияния на общий спрос, однако несомненно сыграют огромную роль: например, появление надежных и дешевых средств медицинской диагностики в странах с ограниченными ресурсами (см. Справочный блок 2). Значимость подобных технологий ни в коем случае нельзя недооценивать.
Справочный блок 2: золото и медицина
Связь между золотом и медициной насчитывает не одну тысячу лет, и в последние годы по всему миру стали появляться множество диагностических инструментов и средств, сертифицированных надзорными органами.
Так, например, новый всплеск интереса переживает основанный на золоте лекарственный препарат Auranofin, изначально разработанный в середине 1980-х годов для лечения ревматоидного артрита; сегодня проводятся клинические испытания эффективности этого средства в борьбе с различными заболеваниями, в частности с раком яичников, а также с дизентерией. К числу других примеров такого рода можно отнести создание антибиотиков, призванных помочь в решении глобальной проблемы повышения резистентности к противомикробным препаратам. Наконец, основанные на использовании золота средства остаются основным способом диагностики различных заболеваний в странах с ограниченными ресурсами, в частности малярии и ВИЧ/СПИД.
По данным Всемирной организации здравоохранения, только за 2016 г. в различные страны мира было поставлено 312 млн содержащих золото средств диагностики малярии, в основном в Африку и Азию /8/.
Объемы спроса на золото в медицинских целях невелики и не отражаются на общих показателях. Однако необходимо подчеркнуть, что это яркий пример того, как даже небольшое количество драгоценного металла может повлиять на жизни людей по всему миру.
Список литературы приведен в журнале «Золотодобыча».
Золото в радиодеталях. В каких есть золото и как его добыть
Чтобы добыть золото, не обязательно выходить из дома. Достаточно дать объявление: — «Куплю старые радиодетали». В образцах былых десятилетий содержится желтый металл, иногда, в весьма приличных объемах. Купив у поставщиков определенные модели, можно извлечь из них ценное сырье.
Его, возможно, переплавить в слитки, но лучше в украшения, к примеру, кольца. С свободной продажей слитков могут возникнуть проблемы. «Побрякушки» же реализуются без труда. К каким именно радиодеталям с золотом стоит обратиться, как их обработать, чтобы заполучить драгоценность, далее.
Радиодетали, содержащие золото
Золотоносные месторождения разрабатывают, если содержание драгоценного элемента хотя бы 1 грамм на тонну породы. В одной микросхеме желтого металла от 1-го до 5-ти процентов. Золотом покрыты выводы детали, заключенные в керамический корпус.
Если он сделан из пластмассы, содержание ценного сырья меньше, — от 0,2 до 1-го процента. В транзисторах драгоценного элемента около 2-х процентов. Из золота сделана подложка, расположенная под проводником.
Но, все рекорды бьют конденсаторы. Их размеры примерно равны банке объемом три литра. В одной такой детали примерно 8 граммов желтого металла. К тому же, еще и 50 граммов серебра. Однако, дорогостоящей начинкой снабжены только конденсаторы, применявшиеся в военной технике – генераторах и станциях передачи радио-сигнала.
Немного золота можно извлечь и из радиоламп. Драгоценный элемент нанесен на сетку, расположенную близ катода. Последний, при работе лампы, нагревает сетку. Под действием тепла она начинает выделять электроны. Это нарушает работу товара.
Поэтому, и нужно покрытие радиодетали золотом. Напыление из него встречается и на ножках предметов освящения, но это касается только старых образцов, возрастом в десятки лет.
Несколько микрон драгоценного сырья наносили раньше и на разъемы, все виды полупроводников, таких как диоды, оптроны, тиристоры, стабилитроны. Реже всего золото можно встретить в резисторах. Однако, в некоторых из них наравне с серебром есть немного и желтого металла.
Таковы стандарты, по которым изготавливали радиодетали в СССР в 70-ых, 80-ых годах прошлого века. Золото есть и в современных радиодеталях. Однако, добывать сотые доли грамма из предмета, за который заплатили десятки, а то и сотни тысяч рублей, нецелесообразно. Пусть же в ход идут старые детали – другое дело.
Чаще всего радиодетали, содержащие золото, встречаются в вычислительных аппаратах старого образца, коммутационных приборах, радиотехнике. Электронно-вычислительные агрегаты серий СМ и СЕ должны интересовать соискателей в первую очередь. В одной такой машине от 0,2 до 10-ти килограммов золота. Тем же может похвастаться некоторая военная техника.
Новичкам будет полезен список не только общих названий радиодеталей, снабженных золотой «начинкой», но и конкретные обозначения моделей. И так:
Транзисторы КТ201, КТ203, КТ3102, КТ301, КТ306, КТ605. Все они снабжены ножками золотистой окраски.
КТ802, 808, 803, 809, 812, 908. Нужны образцы, выпущенные до 1986-го года. В более поздних моделях золото не употреблялось.
КТ907,904, 606. Внешне в них нет золотых элементов, отсутствует желтый цвет. Однако, ценное сырье на самом деле присутствует.
А вот у КТ602, 604, 611, 814, 815, 816, 9909 золотистые корпуса.
Реле РЭС9, 10, 15, 22, 34, РПС24, 32, 34, РКГ15.
Микросхемы К142ЕH, К50, К56PY2, АОТ101, К145, известная так же как «белый паук».
Микросхемы К133, 134, 178, 249, 564, 565, К140, 157, 217.
Диоды серии Д226 и подобные им.
Конденсаторы Км3, 4, 5, 6, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 52-1, 52-7, К53-1, 53-6, 53-7, 53-10, 53-15, 53-16.
Резисторы ПТП1, 2, ПЛП2, 6, ПП3-40, 3-41, 3-43, 3-44, 3-45, 3-47, КСП1, 4, КСУ1, КСД1, КПУ1, КПП1, СП5-1, 5-2, 5-3, 5-4, 5-14,5-15, 5-16, 5-17, СП3-19, 3-44.
Разъемы СНП59-64В, СНП59-96Р, ГРППМ7-90Ш, РППГ2-48.
Переключатели ТВ1, П23Г, Пг2-5, 2-6, 2-7, 2-10, П1Т3-1В, ПР2-10, ПКН8, ПТ33-26, ПП8-6, ППК2.
Как добыть золото из радиодеталей
Попробуем разобраться, как добыть золото из радиодеталей. Растворителем драгоценного металла является смесь из соляной и серной кислот. Пропорции – 3 к 1-му, соответственно. Смешивать надо жидкости определенной плотности.
Показатель серной кислоты должен быть 1,8 граммов на сантиметр кубический, соляной – 1,19 граммов на сантиметр кубический. Отделение золота от основы не пройдет окончательно, если не нагреть раствор до 60-ти, 70-ти градусов Цельсия.
Только в разгоряченную смесь стоит опускать деталь. После, следует добавить в емкость небольшое количество азотной кислоты. Получится раствор, известный как «царская водка». Он растворяет практически все элементы, в том числе и золото. Микросхема, или иной элемент, растает в смеси, который затем следует осадить восстановителем.
Следует учесть количество радиодеталей и содержание в них ценного сырья. Обычно, на 200 – 300 граммов поверхности, покрытой золотом, требуется полтора литра азотной кислоты. Технику следует максимально разобрать, отделить стеклянные элементы, участки без драгоценного напыления.
Они будут «забирать» на себя химический раствор, тогда его потребуется больше. Опускать в среду желательно только сами детали с желтым металлом.
При комнатной температуре, без нагревания выделить металл из смеси кислот можно методом электролиза. Он подходит только для работы с деталями из меди и латуни. Через раствор пропускают ток плотностью от 0,1 до 1 А/дм2. В качестве катода используют свинец или железо. Процедура отделения золота закончена, если сила тока начинает резко падать.
Можно купить уже готовые составы для отделения драгоценных металлов в специальных магазинах. Возможно так же наладить сотрудничество с небольшими предприятиями химической промышленности. Реактивы предлагают и многие интернет-сайты, доставляя продукцию на дом. Методы извлечения золота из радиодеталей, описанные выше, применимы в домашних условиях.
Затраты на выделение золота из радиодеталей
Один литр реактивов стоит примерно 300 рублей. 1 грамм выделенного золота ценится примерно в 2500-3000 рублей. Чтобы получить около 3-х граммов желтого металла из транзисторов КТ605, к примеру, потребуется 100 деталей. В каждой из них содержится 27 микро граммов ценного сырья.
Скупить транзисторы можно по 15-20 рублей за штуку. Потратите около 2000 рублей, получите примерно 8000-9000 тысяч. Рассчитывать рентабельность предприятия обязательно. «Переработка» некоторых радиодеталей нерентабельна.
WGC: использование золота в электрике
Уже на протяжении многих десятилетий золото играет важную роль в электрике. В отличие от других электропроводящих металлов, как медь и серебро, жёлтый драгметалл никогда не ржавеет и не тускнеет. Но при этом золото в чистом виде очень мягкий металл и легко поддаётся деформированию. Поэтому из него можно легко производить проволоку.
Именно по этой причине золото можно рассматривать в качестве идеального металла для использования в разных сферах, где применяется электричество. Об этом говорится в обзоре Всемирного совета по золоту (World Gold Concil).
Золотая проволока является идеальным материалом для сектора хранения данных, так как благодаря использованию драгметалла увеличивается объём хранения данных в смартфонах, ноутбуках, компьютерах и камерах.
Ещё одним важным источником спроса на золото является автомобильная отрасль, которая производит всё больше электрических автомобилей и автономных транспортных средств. В них активно применяется золотая проволока, так как она отлично проводит электричество. При этом большая часть драгметалла используется в электронных системах контроля, которые применяются для регулирования безопасности, энергосбережения, контроля выхлопов, получения информации о поездке и помощи водителю.
Поэтому в целом можно сказать, что спрос на золото со стороны производства электрических товаров будет и дальше расти. К такому выводу пришли эксперты Всемирного совета по золоту.