Νανοαγώγιμες κόλλες για ηλεκτρονικά υψηλής απόδοσης

Οι υπερηχητικοί διασκορπιστές χρησιμοποιούνται ως αξιόπιστη τεχνική ανάμιξης και άλεσης στην παραγωγή συγκολλητικών υψηλής απόδοσης για ηλεκτρονικά υψηλής απόδοσης και νανοηλεκτρονικά. Στην παραγωγή ηλεκτρονικών υψηλής απόδοσης, οι κόλλες όπως οι νανοαγώγιμες κόλλες έχουν μεγάλη ζήτηση. Τέτοιες κόλλες υψηλής απόδοσης χρησιμοποιούνται π.χ. ως εναλλακτικές διασυνδέσεις και μπορούν να αντικαταστήσουν τη συγκόλληση κασσίτερου/μολύβδου.

Κόλλες υψηλής απόδοσης για ηλεκτρονικά υψηλής απόδοσης

Για την παραγωγή ηλεκτρονικών υψηλής απόδοσης απαιτούνται κόλλες με υψηλή μεταλλική συγκολλητικότητα και αγωγιμότητα θερμότητας για αποσύνδεση θερμότητας και μόνωση. Τα νανοσωματίδια όπως ο άργυρος, το νικέλιο, το γραφένιο, το οξείδιο του γραφενίου και οι νανοσωλήνες άνθρακα (CNTs) ενσωματώνονται συχνά σε εποξειδικές ρητίνες και πολυμερή για να αποκτήσουν τις επιθυμητές λειτουργικές ιδιότητες όπως ηλεκτρική αγωγιμότητα ή μόνωση, αγωγιμότητα θερμότητας, αντοχή σε εφελκυσμό, συντελεστή young και ευελιξία. Κόλλες υψηλής απόδοσης που αναπτύχθηκαν για υψηλής απόδοσης ηλεκτρονικά πληρωτικά μετάλλων υψηλής απόδοσης (όπως νανοσωματίδια αργύρου, χρυσού, νικελίου ή χαλκού) για την παροχή ηλεκτρικής αγωγιμότητας. Προκειμένου να ξεκλειδώσετε εξαιρετικές ιδιότητες αυτών των υλικών, το μέγεθός τους πρέπει να μειωθεί σε νανοκλίμακα. Καθώς η μείωση του μεγέθους και η διασπορά των νανοσωματιδίων είναι μια δύσκολη εργασία, μια ισχυρή τεχνολογία φρεζαρίσματος και διασποράς είναι το κλειδί για επιτυχημένες συγκολλητικές συνθέσεις.

Υπερήχων διασπορά προσφέρει διάφορα πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις παραδοσιακές τεχνικές ανάμειξης και άλεσης. Λόγω της αξιοπιστίας και της αποτελεσματικότητάς του, υπερήχηση έχει καθιερωθεί στην επεξεργασία νανοϋλικών και μπορεί να βρεθεί σε οποιαδήποτε βιομηχανία όπου νανο-σωματίδια συντίθενται ή / και ενσωματώνονται σε υγρά. Υπερήχους είναι επομένως η ιδανική τεχνική για την παραγωγή νανο-αγώγιμων συγκολλητικών ουσιών που περιέχουν νανο-πληρωτικά όπως νανοσωματίδια, νανοσύρματα ή νανοσωλήνες άνθρακα και μονοστιβάδες γραφενίου (νανο-φύλλα).
ΟΕΠ: Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η διατύπωση ηλεκτρικά αγώγιμων συγκολλητικών ουσιών (ECAs), οι οποίες είναι σύνθετες ύλες κατασκευασμένες από πολυμερή μήτρα και ηλεκτρικά αγώγιμα πληρωτικά. Προκειμένου να διαμορφωθεί μια κόλλα υψηλής απόδοσης για ηλεκτρονικές εφαρμογές, μια πολυμερής ρητίνη (π.χ. εποξειδική, σιλικόνη, πολυϊμίδιο) πρέπει να παρέχει φυσικές και μηχανικές λειτουργίες όπως πρόσφυση, μηχανική αντοχή, αντοχή σε κρούση, ενώ το μεταλλικό πληρωτικό (π.χ. νανο-άργυρος, νανο-χρυσός, νανο-νικέλιο ή νανο-χαλκός) δημιουργεί ανώτερη ηλεκτρική αγωγιμότητα. Για κόλλες με μονωτικές ιδιότητες, τα πληρωτικά με βάση ορυκτά ενσωματώνονται στο συγκολλητικό σύνθετο υλικό.

Πριν και μετά κατεργασία με υπερήχους: Το πράσινο καμπύλη δείχνει το μέγεθος των σωματιδίων πριν επεξεργασία με υπερήχους, το κόκκινο καμπύλη είναι η κατανομή μεγέθους σωματιδίων της υπερήχους διεσπαρμένο διοξείδιο του πυριτίου.

Υπερηχητική διασπορά νανοϋλικών σε ιξώδεις κόλλες

Οι ομογενοποιητές υπερήχων είναι πολύ αποτελεσματικοί όταν τα συσσωματώματα σωματιδίων, τα συσσωματώματα και ακόμη και τα πρωτογενή σωματίδια πρέπει να μειωθούν αξιόπιστα σε μέγεθος. Το πλεονέκτημα των υπερηχητικών αναμικτήρων είναι η ικανότητά τους να αλέθουν σωματίδια σε μικρότερα και πιο ομοιόμορφα μεγέθη σωματιδίων, είτε στοχεύουν μικρον- είτε νανοσωματίδια ως αποτέλεσμα της διαδικασίας. Ενώ άλλες τεχνολογίες όπως οι αναμικτήρες λεπίδων ή ρότορα-στάτορα, οι ομογενοποιητές υψηλής πίεσης, οι μύλοι σφαιριδίων κ.λπ., παρουσιάζουν μειονεκτήματα όπως η αδυναμία παραγωγής ομοιόμορφα μικρών νανοσωματιδίων, η μόλυνση από μέσα άλεσης, τα φραγμένα ακροφύσια και η υψηλή κατανάλωση ενέργειας, οι διασκορπιστές υπερήχων χρησιμοποιούν την αρχή λειτουργίας της ακουστικής σπηλαίωσης. Η σπηλαίωση που παράγεται από υπερήχους έχει αποδειχθεί ως εξαιρετικά αποτελεσματική, ενεργειακά αποδοτική και ικανή να διασκορπίσει ακόμη και πολύ ιξώδη υλικά όπως πάστες φορτωμένες με νανοσωματίδια.

Πώς λειτουργεί η υπερηχητική διασπορά;

Οι δυνάμεις διάτμησης σπηλαίωσης και τα υγρά ρεύματα επιταχύνουν τα σωματίδια έτσι ώστε να συγκρούονται μεταξύ τους. Αυτό είναι γνωστό ως σύγκρουση μεταξύ σωματιδίων. Τα ίδια τα σωματίδια λειτουργούν ως μέσο άλεσης, το οποίο αποφεύγει τη μόλυνση με χάντρες λείανσης και την επακόλουθη διαδικασία διαχωρισμού, η οποία είναι απαραίτητη όταν χρησιμοποιούνται συμβατικοί μύλοι σφαιριδίων. Δεδομένου ότι το σωματίδιο θρυμματίζεται με σύγκρουση μεταξύ σωματιδίων με πολύ υψηλές ταχύτητες έως και 280m/sec, εξαιρετικά υψηλές δυνάμεις ασκούνται στα σωματίδια, τα οποία επομένως σπάνε σε λεπτά κλάσματα. Η τριβή και η διάβρωση δίνουν σε αυτά τα θραύσματα σωματιδίων μια γυαλισμένη επιφάνεια και ομοιόμορφα διαμορφωμένη μορφή. Ο συνδυασμός των δυνάμεων διάτμησης και της σύγκρουσης μεταξύ των σωματιδίων δίνει υπερήχων ομογενοποίηση και διασπορά το πλεονεκτικό άκρο παρέχοντας εξαιρετικά ομοιογενή κολλοειδή εναιωρήματα και διασπορές!
Ένα άλλο πλεονέκτημα των δυνάμεων υψηλής διάτμησης που παράγονται από υπερήχους είναι η επίδραση της αραίωσης διάτμησης. Για παράδειγμα, οι εποξειδικές ρητίνες που παρασκευάζονται με υπερήχους γεμάτες με οξειδωμένα CNTs παρουσιάζουν συμπεριφορά αραίωσης διάτμησης. Καθώς η αραίωση διάτμησης μειώνει προσωρινά το ιξώδες του υγρού, διευκολύνεται η επεξεργασία ιξωδών σύνθετων υλικών.

Μια ακολουθία υψηλής ταχύτητας (από το a έως το f) πλαισίων που απεικονίζουν sono-μηχανική απολέπιση μιας νιφάδας γραφίτη στο νερό χρησιμοποιώντας το UP200S, έναν υπερηχητικό 200W με sonotrode 3 mm. Τα βέλη δείχνουν τον τόπο της διάσπασης (απολέπιση) με φυσαλίδες σπηλαίωσης που διεισδύουν στη διάσπαση.
(Μελέτη και φωτογραφίες: © Tyurnina et al. 2020)

Σύγκριση διαφορετικών νανοϊνών διασκορπισμένων σε σκληρυντικό (υπερήχους-ΗΠΑ): (α) 0,5% wt% νανοΐνες άνθρακα (CNF). β) 0,5% κ.β% CNToxi· γ) νανοσωλήνες άνθρακα 0,5 % κ.β. (CNT)· δ) 0,5% κ.β. ημιδιασκορπισμένο CNT.
(Μελέτη και εικόνα: © Zanghellini et al., 2021)

Υπερήχων υψηλής ισχύος για τη διαμόρφωση συγκολλητικών υψηλής απόδοσης

Hielscher Υπέρηχοι είναι ειδικός όταν πρόκειται για υψηλής απόδοσης υπερηχητικό εξοπλισμό για την επεξεργασία υγρών και πολτού. Οι διασκορπιστές υπερήχων επιτρέπουν την επεξεργασία εξαιρετικά ιξώδους υλικών, όπως ρητίνες υψηλής πλήρωσης και εξασφαλίζουν την ομοιόμορφη κατανομή των νανοϋλικών εντός των σύνθετων υλικών.
Ο ακριβής έλεγχος των παραμέτρων της διαδικασίας υπερήχων, όπως το πλάτος, η εισροή ενέργειας, η θερμοκρασία, η πίεση και ο χρόνος επιτρέπουν την προσαρμογή συγκολλητικών ουσιών στην περιοχή νανομέτρων.
Είτε η σύνθεσή σας απαιτεί τη διασπορά οργανικών ή ανόργανων νανο-πληρωτικών όπως νανοσωλήνες, νανοκρυστάλλους κυτταρίνης (CNCs), νανοΐνες ή νανο-μέταλλα, η Hielscher Ultrasonics έχει την ιδανική υπερηχητική ρύθμιση για τη συγκολλητική σας σύνθεση.
Hielscher Υπέρηχοι’ οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων μπορούν να παρέχουν πολύ υψηλά πλάτη και είναι σε θέση να αποσυσσωματώνουν και να διασκορπίζουν νανοϋλικά ακόμη και σε πολύ υψηλά ιξώδη. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία.
Hielscher υπερήχων αναγνωρίζονται για την ποιότητα, την αξιοπιστία και την ευρωστία τους. Η Hielscher Ultrasonics είναι μια εταιρεία πιστοποιημένη με ISO και δίνει ιδιαίτερη έμφαση σε υπερήχους υψηλής απόδοσης που διαθέτουν τεχνολογία αιχμής και φιλικότητα προς το χρήστη. Φυσικά, οι υπερηχητικοί Hielscher είναι συμβατοί με το CE και πληρούν τις απαιτήσεις των UL, CSA και RoHs.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας: