Создан революционный нанотехнологичный медный припой

Создан революционный нанотехнологичный медный припойВ компании Lockheed Martin (США) разработан поистине революционный припой для создания электрических межконтактных соединений, который может применяться при температурах около 200 ?C. Для сравнения: рабочая температура традиционного оловянного припоя равна 183 ?C. Новый припой, получивший коммерческое название CuantumFuse, позволяет получать соединения с электрической и термической проводимостью, которые в 10 раз превышают показатели привычного оловянного материала.

До сих пор для снижения температуры плавления оловянного припоя в его состав добавлялся ещё и свинец (самый распространённый эвтектический сплав имеет формулу Sn63Pb37 и обозначается как 63/37 «у них» и ПОС64 «у нас»; температура его плавления — 183 ?C). Стоит ли говорить об огромном риске для здоровья, возникающим в случае частого или промышленного использования такого материала… Отвечая на угрозу, Европейское сообщество, а также некоторые штаты и отдельные города США объявили себя зонами, свободными от свинец-содержащего припоя. Правда, громкие слова пришлось немедленно подкрепить разработкой альтернативного материала, который мог бы по плавкости, проводимости и пр. заменить традиционный припой.

В итоге на свет появился сплав, представляющий собой комбинацию сразу трёх металлов — олова, серебра и меди (Sn/Ag/Cu, эвтектическая точка плавления — 217 ?C). Он снискал определённую популярность в сегменте потребительской электроники, где продукция характеризуется относительно коротким временем жизни и мягкими условиями эксплуатации (без агрессивных сред и высоких/низких температур и температурных перепадов). Но всех удовлетворить не смог. Во-первых, из-за высокой цены самого материала (около 20% серебра). Во-вторых, в силу повышенной температуры плавления, что увеличивает себестоимость продукции. В-третьих, он не слишком надёжен, ведь возникновение трещин и разломов не редкость для относительно хрупких интерметаллидов олова (особенно при температурных перепадах). Наконец, сплавы с высоким содержанием олова склонны образовывать так называемые оловянные усы, вызывающие короткие замыкания в электрических схемах. Всё это очень сильно ограничивает возможности применения существующих бессвинцовых припоев.

Проанализировав ситуацию и оценив бесперспективность оловянных сплавов (много их было, выше мы рассмотрели только самые удачные), материаловеды Lockheed Martin пошли другим путём. Тем более что им приходится думать в первую очередь не о потребительской электронике (где «и так сойдёт»), а о космосе и военных технологиях. Представьте себе замыкание в бомбе, ракете, радаре; подумайте, к чему приведёт распад припоя в стартующей МБР…

Вместо того чтобы создавать очередной мультикомпонентный эвтектический сплав, учёные воспользовались хорошо известным эффектом резкого снижения температуры плавления материала при переходе от макроскопического состояния к наноразмерному. Изменения могут достигать нескольких сотен градусов и объясняются необычайно высоким соотношением площади поверхности к объёму в случае наноматериалов (что приводит к изменению термодинамики кристаллического состояния). Этот интересный феномен позволил создать пасту-припой на основе чистой меди: наночастицы меди заключены в некоторую вязкую основу, основное назначение которой — сохранение наноструктурности меди.

Медь была выбрана по многим довольно очевидным причинам. В первую очередь это, конечно, высокая химическая стабильность и прочность, а также низкая стоимость (подкреплённая простотой синтеза самих наночастиц). Медь в четыре раза дешевле олова, в 100 раз — серебра и более чем в 10 тыс. раз — таких легкоплавких металлов, как золото и индий. Кроме того, она весьма равномерно и широко распространена в природе и обладает как минимум десятикратно более высокой электронной и термической проводимостью, чем оловянные припои. Наконец, значительная часть электронных схем и так уже использует медные проводники, поэтому применение медного припоя позволит получить дополнительные электрические преимущества и повышенную стабильность.

Да, к тому же медь не трескается и не ломается. И усов не образует!

{uppod video=http://www.youtube.com/watch?v=9a1eyel4qLE comment=»Подготовка паяльника»}

{social}