Forskere udvikler revolutionerende nanoteknologi kobberlodde

(Phys.org) – Forskere i direktoratet for avancerede materialer og nanosystemer ved Lockheed Martin Space Systems Advanced Technology Center (ATC) i Palo Alto har udviklet et revolutionært nanoteknologisk kobberbaseret elektrisk sammenkoblingsmateriale, eller lodde, der kan behandles omkring 200 °C. Når den er fuldt optimeret, CuantumFuse loddematerialet forventes at producere samlinger med op til 10 gange den elektriske og termiske ledningsevne sammenlignet med tinbaserede materialer, der i øjeblikket er i brug. Anvendelser i militære og kommercielle systemer er i øjeblikket under overvejelse.

"Vi er enormt begejstrede for vores CuantumFuse-gennembrud, og er meget tilfredse med de fremskridt, vi gør for at bringe det til fuld modenhed, " sagde Dr. Kenneth Washington, vicepræsident for ATC. "Vi er stolte af at levere innovationer som CuantumFuse til rum- og forsvarsapplikationer, men i dette tilfælde er vi begejstrede for CuantumFuses enorme potentiale inden for forsvars- og kommercielle fremstillingsapplikationer."

I fortiden, næsten alle lodninger indeholdt bly, men der er nu et presserende behov for blyfri lodning på grund af en verdensomspændende indsats for at udfase farlige materialer i elektronik. Den Europæiske Union implementerede blyfri loddemetal i 2006. Staten Californien gjorde det den 1. januar, 2007, kort efter fulgt af New Jersey og New York City.

Den vigtigste blyfri erstatning – en kombination af tin, sølv og kobber (Sn/Ag/Cu) – har vist sig acceptabelt for forbrugerelektronikindustrien, der hovedsageligt beskæftiger sig med korte produktlivscyklusser og relativt godartede driftsmiljøer. Imidlertid, der er opstået flere problemer:høje behandlingstemperaturer giver højere omkostninger, det høje tinindhold kan føre til knurhår, der kan forårsage kortslutninger, og brud er almindelige i udfordrende miljøer, gør det vanskeligt at kvantificere pålidelighed. Disse pålidelighedsproblemer er særligt akutte i systemer til militæret, rumfart, medicinsk, olie og gas, og bilindustrien. I sådanne applikationer, lang levetid og robusthed af komponenter er afgørende, hvor vibrationer, chok, termisk cykling, fugtighed, og ekstrem temperaturbrug kan være almindelig.

"For at løse disse bekymringer, vi indså, at en fundamentalt ny tilgang var nødvendig for at løse den blyfri loddeudfordring, " sagde Dr. Alfred Zinn, materialeforsker ved ATC og opfinder af CuantumFuse loddemetal. "I stedet for at finde en anden multi-komponent legering, vores team udtænkte en løsning baseret på den velkendte smeltepunktsnedsættelse af materialer i nanopartikelform. I betragtning af dette nanoskala fænomen, vi har produceret en loddepasta baseret på rent kobber."

En række krav blev behandlet i udviklingen af ​​CuantumFuse loddepastaen, herunder, men ikke begrænset til:1) tilstrækkelig lille nanopartikelstørrelse, 2) en rimelig størrelsesfordeling, 3) reaktionsskalerbarhed, 4) lavpris syntese, 5) oxidations- og vækstmodstand under omgivende forhold, og 6) robust partikelsammensmeltning, når den udsættes for forhøjet temperatur. Kobber blev valgt, fordi det allerede bruges i hele elektronikindustrien som et spor, sammenkoble, og pudemateriale, minimere kompatibilitetsproblemer. Det er billigt (1/4 af prisen på tin; 1/100 af prisen for sølv, og 1/10, 000. det af guld), rigelig, og har 10 gange den elektriske og termiske ledningsevne sammenlignet med kommercielt tinbaseret loddemetal.

ATC har demonstreret CuantumFuse med samlingen af ​​et lille testkamerakort. "Disse resultater er ekstremt spændende og lovende, men vi skal stadig løse en række tekniske udfordringer, før CuantumFuse vil være klar til rutinemæssig brug i militære og kommercielle applikationer, " sagde Mike Beck, direktør for Advanced Materials and Nanosystems-gruppen ved ATC. "Løser disse udfordringer, såsom forbedring af bindingsstyrken, er fokus på koncernens løbende forskning og udvikling."