Почти вся электроника в нашей жизни - компьютеры, стереосистемы, тостеры - содержат печатные платы, на которых припаяны различные компоненты. Эту пайку часто делают вручную, невероятно деликатная процедура с небольшим пространством для ошибок.
Но сейчас эта пайка может уйти в прошлое. Команда исследователей из Северо-Восточного университета Бостона придумала способ «приклеивать» металл к металлу при комнатной температуре, не требуя нагрева.
Ханчен Хуанг, профессор и руководитель северо-восточного отделения механического и промышленного машиностроения, а также двое его аспирантов придумали этот процесс, который они называют MesoGlue. Исследование команды было опубликовано в этом месяце в журнале Advanced Materials and Processes .
Этот процесс основан на использовании металлических наностержней - крошечных металлических стержней шириной всего 10 или 20 нанометров, покрытых иридием с одной стороны и галлием с другой. Стержни расположены в виде линий на верхней и нижней подложке, как зубцы на молнии. Когда зубы переплетены, иридий и галлий соприкасаются и становятся жидкими. Затем ядро металлических наностержней превращает эту жидкость в твердое вещество, создавая прочную связь. Весь процесс занимает меньше минуты.
«Это происходит при комнатной температуре, в значительной степени только при нажатии пальца», - говорит Хуан.
В отличие от стандартного полимерного клея, металлический клей остается прочным при высоких температурах и под высоким давлением. Он также является отличным проводником тепла и электричества и защищает от утечек воздуха и газа.
Как работает MesoGlue (Северо-Восточный Университет) MesoGlue можно использовать для крепления компонентов к платам без пайки. Это исключает риск повреждения процесса пайки другими элементами на печатной плате, что является давней проблемой при создании печатной платы. MesoGlue также может быть полезен в радиаторах, компонентах, которые защищают электронику от перегрева. Как правило, радиаторы используют так называемый «термопаста» или «термопаста», проводящий клей, используемый для заполнения промежутков между радиатором и источником тепла. Это важно, потому что он удерживает воздух, который в противном случае выступал бы в качестве изолятора и снижал производительность радиатора. MesoGlue может заменить традиционную термопасту, поскольку обладает более высокой теплопроводностью и не склонна к высыханию. В конечном счете, повышенная эффективность рассеивания тепла может продлить срок службы электронного продукта. MesoGlue также может пригодиться для крепления фитингов в местах, где сварка невозможна, например, под водой или в космосе. Поскольку при создании связи не используется тепло, электричество или газ, нет риска взрыва или других опасных реакций.
Хуан и его команда работают над технологией наностержней уже более десятка лет. Хуанг приписывает значительную часть своего успеха постоянной поддержке Управления фундаментальных энергетических наук (BES) Министерства энергетики, которое предоставило его лаборатории долгосрочное финансирование.
«В этой стране у нас очень мало агентств, которые поддерживают долгосрочную фундаментальную науку и исследования», - говорит он. «[BES] - это агентство, которое действительно делает долгосрочные инвестиции, и это может быть очень эффективным».
Хуан и его ученики получили предварительный патент на процесс MesoGlue и создали компанию по продаже продукта. В настоящее время они ведут переговоры с различными отраслями о возможном использовании. Хуанг видит, что MesoGlue используется в повседневных и необычных приложениях. Хотя клей, вероятно, будет слишком дорогим для обычного домашнего использования (извините, не нужно использовать макароны, склеенные галлием и иридием для вашего холодильника), клей легко может заменить пайку в обычной бытовой электронике - телефонах, компьютерах, телевизорах, - говорит он. Он также может быть использован в военной и аэрокосмической технике, где электроника должна выдерживать экстремальные нагрузки.
«Технология готова, но она должна быть интегрирована в процессы [различных применений]», - говорит Хуан. И это, добавляет он, может занять месяц, а может и год. «Я действительно не знаю», - говорит он.
