Наноструктурований мідний припій замінить звичні олов'яно-свинцеві припої

( 5 Голосів, Всередньому: 4,60 із 5 )
Неділя, 28 жовтень 2012

мідний припій У компанії Lockheed Martin (США) розроблено насправді революційний припій для створення електричних міжконтактних з'єднань, що може застосовуватися при температурах близько 200 °C. Для порівняння: робоча температура традиційного олов'яного припою дорівнює 183 °C.

Новий припій, що одержав комерційну назву CuantumFuse, дозволяє одержувати з'єднання з електричною і термічною провідністю, які у 10 разів перевищують показники звичного олов'яного матеріалу.

Дотепер для зниження температури плавлення олов'яного припою у його склад додавався ще і свинець (найпоширеніший евтектичний 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 виникає у випадку частого або промислового використання такого матеріалу... Відповідаючи на загрозу, Європейський Союз, а також деякі штати і окремі міста США оголосили себе зонами, вільними від свинцевовмісного припою. Правда, гучні слова довелося негайно підкріпити розробкою альтернативного матеріалу, що міг би по плавкості, провідності та ін. замінити традиційний припій. 

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

віскери

Срібні віскери, що ростуть з резисторів, змонтованих на платі (зобр. Jonathon Reinhart)

Проаналізувавши ситуацію й оцінивши безперспективність олов'яних сплавів (багато їх було, вище ми розглянули тільки найвдаліші), матеріалознавці Lockheed Martin пішли іншим шляхом. Тим більше що їм доводиться думати у першу чергу не про споживчу електроніку (де «і так зійде»), а про космос і військові технології. Уявіть собі замикання у бомбі, ракеті, радарі; подумайте, до чого призведе розпад припою у стартуючій МБР... 

Замість того щоб створювати черговий мультикомпонентний евтектичний сплав, вчені скористалися добре відомим ефектом різкого зниження температури плавлення матеріалу при переході від макроскопічного стану до нанорозмірного. Зміни можуть сягати кількох сотень градусів і пояснюються надзвичайно високим співвідношенням площі поверхні до об'єму у випадку наноматеріалів (що приводить до зміни термодинаміки кристалічного стану). Цей цікавий феномен дозволив створити пасту-припій на основі чистої міді: наночастинки міді поміщені у деяку в'язку основу, основне призначення якої - збереження наноструктурності міді. 

Альфред Зін (Alfred Zinn)

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

Мідь була обрана по багатьом досить очевидним причинам. У першу чергу це, звичайно, висока хімічна стабільність і міцність, а також низька вартість (підкріплена простотою синтезу самих наночастинок). Мідь у чотири рази дешевша за олово, у 100 разів – за срібло і більш ніж у 10 тис. разів - за такий легкоплавкий метал, як індій. Крім того, вона досить рівномірно і широко поширена у природі і володіє як мінімум десятикратно більш високою електронною та термічною провідністю, ніж олов'яні припої. Нарешті, значна частина електронних схем і так вже використовує мідні провідники, тому застосування мідного припою дозволить одержати додаткові електричні переваги та підвищену стабільність. До того ж мідь не тріскається і не ламається. І віскерів не утворює!

 

 

Джерело: InfoNova.org.ua

За матеріалами: science.compulenta.ru