Розроблено воістину революційний припій для створення електричних сполук межконтактных

У компанії Lockheed Martin (США) розроблено воістину революційний припій для створення електричних межконтактных сполук, який може застосовуватися при температурах близько 200 C. Для порівняння: робоча температура традиційного олов’яного припою дорівнює 183 C.

Новий припой, який отримав комерційну назву CuantumFuse, дозволяє отримувати з’єднання з електричною та термічної провідністю, які в 10 разів перевищують показники звичного олов’яного матеріалу.

Досі для зниження температури плавлення олов’яного припою до його складу додавався ще й свинець (найпоширеніший эвтектический сплав має формулу Sn63Pb37 і позначається як 63/37 «у них» і ПОС64 «у нас»; температура його плавлення — 183 C). Чи варто говорити про величезний ризик для здоров’я, що виникають у разі частого або промислового використання такого матеріалу… Відповідаючи на загрозу, Європейське співтовариство, а також деякі штати і окремі міста США оголосили себе зонами, вільними від свинець містить припою. Щоправда, гучні слова довелося негайно підкріпити розробкою альтернативного матеріалу, який міг би за плавкости, провідності та ін. замінити традиційний припій.

У результаті на світ з’явився сплав, що представляє собою комбінацію відразу трьох металів — олова, срібла і міді (Sn/Ag/Cu, эвтектическая точка плавлення — 217 C). Він здобув певну популярність в сегменті споживчої електроніки, де продукція характеризується відносно коротким часом життя і м’якими умовами експлуатації (без агресивних середовищ і високих/низьких температур і температурних перепадів). Але всіх задовольнити не зміг. По-перше, з-за високої ціни самого матеріалу (близько 20% срібла). По-друге, в силу підвищеної температури плавлення, що збільшує собівартість продукції. По-третє, він не дуже надійний, адже виникнення тріщин та розломів не рідкість для відносно слабких інтерметалідів олова (особливо при температурних перепадах). Нарешті, сплави з високим вмістом олова схильні утворювати так звані олов’яні вуса, викликають короткі замикання в електричних схемах. Все це дуже сильно обмежує можливості застосування існуючих безсвинцевих припоїв.

Альфред Зін (Alfred Zinn), провідний розробник нанотехнологічного припою (фото Lockheed Martin).

Проаналізувавши і оцінивши безперспективність олов’яних сплавів (багато їх було, вище ми розглянули лише найбільш вдалі), матеріалознавці Lockheed Martin пішли іншим шляхом. Тим більше що їм доводиться думати в першу чергу не про споживчій електроніці (де «і так зійде»), а про космос і військових технологіях. Уявіть собі замикання в бомби, ракети, радари; подумайте, до чого призведе розпад припою у стартує МБР…

Замість того щоб створювати черговий мультикомпонентный эвтектический сплав, вчені скористалися добре відомим ефектом різкого зниження температури плавлення матеріалу при переході від макроскопічного стану до наноразмерному. Зміни можуть досягати декількох сотень градусів і пояснюються надзвичайно високим співвідношенням площі поверхні до об’єму у разі наноматеріалів (що призводить до зміни термодинаміки кристалічного стану). Цей цікавий феномен дозволив створити пасту-припій на основі чистої міді: наночастинки міді укладені в деяку в’язку основу, основне призначення якої — збереження наноструктурности міді.

Мідь була обрана по багатьом досить очевидних причин. В першу чергу це, звичайно, висока хімічна стабільність і міцність, а також низька вартість (підкріплена простотою синтезу самих наночастинок). Мідь в чотири рази дешевше олова, в 100 разів — срібла і більш ніж в 10 тис. разів — такого легкоплавкого металу, як індій. Крім того, вона досить рівномірно і широко поширена в природі і має як мінімум вдесятеро більш високої електронної та термічної провідністю, ніж олов’яні припои. Нарешті, значна частина електронних схем і так вже використовують мідні провідники, тому застосування мідного припою дозволить отримати додаткові електричні переваги та підвищену стабільність.

Так, до того ж мідь не тріскається і не ламається. І не утворює вусів!

Підготовлено за матеріалами Lockheed Martin.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *