Нанопроводими лепила за високопроизводителна електроника

Ултразвуковите диспергатори се използват като надеждна технология за смесване и смилане при производството на високоефективни лепила за високопроизводителна електроника и наноелектроника. При производството на високопроизводителна електроника лепила като нанопроводимите лепила са много търсени. Такива високоефективни лепила се използват например като алтернативни електрически връзки и могат да заменят калаено-оловния припой.

Високоефективни лепила за високопроизводителна електроника

За производството на високопроизводителна електроника са необходими лепила с висока адхезия към метали и топлопроводност за термично разделяне и изолация. Наночастици от сребро, никел, графен, графенов оксид и въглеродни нанотръби (CNTs) често се включват в епоксидни смоли и полимери, за да се получат желаните функционални свойства като електропроводимост или изолация, топлопроводност, якост на опън, модул на Юнг и гъвкавост. Високоефективните лепила, разработени за високопроизводителна електроника, използват метални пълнители (като наночастици от сребро, злато, никел или мед), за да осигурят електропроводимост. За да се проявят изключителните свойства на тези материали, размерът им трябва да бъде намален до наномащаб. Тъй като намаляването на размера и диспергирането на наночастици е трудна задача, мощната технология за смилане и диспергиране е от ключово значение за успешните формулировки на лепила.

Ултразвуковото диспергиране предлага различни предимства в сравнение с традиционните технологии за смесване и смилане. Благодарение на своята надеждност и ефективност ултразвуковата обработка се е утвърдила при обработката на наноматериали и се използва във всяка промишленост, в която наночастици се синтезират и/или включват в течности. Следователно ултразвуковата обработка е идеалната технология за производство на нанопроводими лепила, съдържащи нанопълнители като наночастици, нанопроводници или въглеродни нанотръби и графенови монослоеве (нанолистове).
ECAs: Ярък пример е формулирането на електропроводими лепила (ECAs), които представляват композити, съставени от полимерна матрица и електропроводими пълнители. За да се формулира високоефективно лепило за електронни приложения, полимерната смола (например епоксидна смола, силикон, полиимид) трябва да осигурява физични и механични характеристики като адхезия, механична якост и ударна якост, докато металният пълнител (например наносребро, нанозлато, наноникел или наномед) осигурява превъзходна електропроводимост. За лепила с изолационни свойства в лепилния композит се включват пълнители на минерална основа.

Преди и след ултразвукова обработка: зелената крива показва размера на частиците преди ултразвуковата обработка, а червената крива представлява разпределението по размер на частиците на ултразвуково диспергирания силициев диоксид.

Ултразвуково диспергиране на наноматериали във вискозни лепила

Ултразвуковите хомогенизатори са много ефективни, когато размерът на агломерати, агрегати и дори първични частици трябва надеждно да бъде намален. Предимството на ултразвуковите смесители е способността им да смилат частиците до по-малки и по-еднородни размери, независимо дали целта на процеса е получаването на микрочастици или наночастици. Докато други технологии като лопаткови или роторно-статорни смесители, хомогенизатори с високо налягане, мелници с микросфери и др. имат недостатъци като неспособност за получаване на равномерно малки наночастици, замърсяване от смилащата среда, запушени дюзи и висока консумация на енергия, ултразвуковите диспергатори използват принципа на акустичната кавитация. Доказано е, че генерираната от ултразвук кавитация е високоефективна, енергийно ефективна и способна да диспергира дори силно вискозни материали като пасти с наночастици.

Как работи ултразвуковото диспергиране?

Кавитационните сили на срязване и течните потоци ускоряват частиците, така че те се сблъскват помежду си. Това е известно като междучастичен сблъсък. Самите частици действат като смилаща среда, което предотвратява замърсяването от смилащи микросфери и премахва последващия процес на отделяне, необходим при използването на конвенционални мелници с микросфери. Тъй като частиците се раздробяват при междучастични сблъсъци с много високи скорости до 280m/sec, върху тях действат изключително големи сили, поради което те се разпадат на миниатюрни фрагменти. Триенето и ерозията придават на тези фрагменти от частици полирана повърхност и еднородна форма. Комбинацията от сили на срязване и междучастични сблъсъци дава предимство на ултразвуковата хомогенизация и диспергиране, като осигурява силно хомогенни колоидни суспензии и дисперсии!
Друга полза от големите сили на срязване, генерирани от ултразвука, е ефектът на намаляване на вискозитета при срязване. Например ултразвуково приготвените епоксидни смоли с пълнител от окислени CNTs проявяват намаляване на вискозитета при срязване. Тъй като този ефект временно понижава вискозитета на течността, обработката на вискозни композити се улеснява.

Високоскоростна последователност от кадри (от a до f), илюстрираща сономеханичното разслояване на графитна люспа във вода с помощта на UP200S, ултразвуков апарат с мощност 200W и 3-mm сонотрод. Стрелките показват мястото на разделяне (разслояване), като кавитационни мехурчета проникват в образуваната цепнатина.
(Изследване и изображения:© Tyurnina et al. 2020)

Сравнение на различни нанопълнители, диспергирани във втвърдител (ултразвукова обработка – US): (a) 0,5 wt% въглеродно нановлакно (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% въглеродна нанотръба (CNT); (d) 0,5 wt% частично диспергирани CNT.
(Изследване и изображение: © Zanghellini et al., 2021)

Ултразвукови апарати с висока мощност за формулиране на високоефективни лепила

Hielscher Ultrasonics е специалист в областта на високоефективното ултразвуково оборудване за обработка на течности и суспензии. Ултразвуковите диспергатори позволяват обработката на силно вискозни материали като смоли с високо съдържание на пълнители и осигуряват равномерното разпределение на наноматериали в композитите.
Прецизният контрол върху параметрите на ултразвуковия процес като амплитуда, вложена енергия, температура, налягане и време позволява адаптирането на лепилата в нанометровия диапазон.
Независимо дали вашата формулировка изисква диспергиране на органични или неорганични нанопълнители като нанотръби, целулозни нанокристали (CNCs), нановлакна или нанометали, Hielscher Ultrasonics разполага с идеалната ултразвукова инсталация за вашата формулировка на лепило.
Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher Ultrasonics могат да осигуряват много високи амплитуди и са способни да деагломерират и диспергират наноматериали дори при много висок вискозитет. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа в режим 24/7.
Ултразвуковите апарати на Hielscher са признати за своето качество, надеждност и здравина. Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високоефективните ултразвукови апарати, отличаващи се с най-съвременна технология и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher съответстват на CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.
Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати: