高性能エレクトロニクスのためのナノ導電性接着剤

超音波分散機は、高性能電子機器およびナノエレクトロニクス用の高性能接着剤の製造において、信頼性の高い混合および粉砕技術として使用されています。高性能エレクトロニクスの製造では、ナノ導電性接着剤などの接着剤の需要が高まっています。このような高性能接着剤は、代替相互接続などとして使用され、錫/鉛はんだを置き換えることができます。

高性能エレクトロニクス向けの高性能接着剤

高性能電子機器の製造には、熱デカップリングと断熱のための高い金属接着性と熱伝導率を備えた接着剤が必要です。銀、ニッケル、グラフェン、酸化グラフェン、カーボンナノチューブ(CNT)などのナノ粒子は、エポキシ樹脂やポリマーに頻繁に組み込まれ、電気伝導性や絶縁性、熱伝導率、引張強度、ヤング率、柔軟性などの望ましい機能特性を得ることができます。高性能電子用に開発された高性能接着剤は、金属フィラー(銀、金、ニッケル、銅ナノ粒子など)を使用して電気伝導性を提供します。これらの材料の並外れた特性を解き放つためには、そのサイズをナノスケールに縮小する必要があります。ナノ粒子のサイズの縮小と分散は困難な作業であるため、強力な粉砕および分散技術が接着剤配合を成功させるための鍵となります。

超音波分散は、従来の混合および粉砕技術と比較した場合、さまざまな利点を提供します。その信頼性および有効性のために、超音波処理はナノ材料加工において確立されており、ナノ粒子が合成および/または液体に組み込まれるあらゆる産業で見出すことができる。したがって、超音波処理は、ナノ粒子、ナノワイヤ、またはカーボンナノチューブおよびグラフェン単分子膜(ナノシート)などのナノフィラーを含むナノ導電性接着剤の製造に理想的な技術である。
ECAは、 顕著な例は、ポリマーマトリックスと導電性フィラーからなる複合材料である導電性接着剤(ECA)の配合です。電子用途向けの高性能接着剤を配合するためには、高分子樹脂(エポキシ、シリコーン、ポリイミドなど)は接着性、機械的強度、衝撃強度などの物理的および機械的機能を提供する必要があり、金属フィラー(ナノ銀、ナノ金、ナノニッケル、ナノ銅など)は優れた導電性を生み出します。絶縁特性を有する接着剤の場合、鉱物ベースのフィラーが接着剤複合材料に組み込まれます。

超音波処理の前後:緑色の曲線は超音波処理前の粒子サイズを示し、赤色の曲線は超音波分散シリカの粒度分布です。

粘性接着剤へのナノ材料の超音波分散

超音波ホモジナイザーは、粒子の凝集、凝集体、さらには一次粒子を確実にサイズを縮小する必要がある場合に非常に効果的です。超音波ミキサーの利点は、ミクロンまたはナノの粒子がプロセスの結果として対象とされているかどうかに関係なく、粒子をより小さく、より均一な粒子サイズに粉砕する能力です。ブレードミキサーまたはローターステーターミキサー、高圧ホモジナイザー、ビーズミルなどの他の技術は、均一に小さなナノ粒子を生成できない、粉砕媒体による汚染、ノズルの詰まり、高エネルギー消費などの欠点を示していますが、超音波分散機は音響キャビテーションの動作原理を使用します。超音波生成キャビテーションは、非常に効果的でエネルギー効率が高く、ナノ粒子を充填したペーストなどの高粘度材料でも分散させることができることが実証されています。

超音波分散はどのように機能しますか?

キャビテーションせん断力と液体の流れは、粒子を加速して互いに衝突させます。これは、粒子間衝突として知られています。粒子自体が粉砕媒体として機能するため、従来のビーズミルを使用する場合に必要なビードの粉砕とその後の分離プロセスによる汚染を回避できます。粒子は最大280m/secの超高速で粒子間衝突によって粉砕されるため、粒子に非常に高い力が加わり、微小な分数に分割されます。摩擦と侵食により、これらの粒子片は研磨された表面と均一な形状になります。せん断力と粒子間衝突の組み合わせは、超音波均質化と分散に有利なエッジを与え、非常に均質なコロイド懸濁液と分散を提供します!
超音波によって生成される高せん断力のもう一つの利点は、せん断減粘の効果です。例えば、酸化CNTを充填した超音波調製エポキシ樹脂は、せん断減粘挙動を示す。せん断減粘により流体の粘度が一時的に低下するため、粘性複合材料の処理が容易になります。

UP200S、3 mmソノトロードを備えた200W超音波装置を使用した水中のグラファイトフレークのソノメカニカル剥離を示すフレームの高速シーケンス(aからfまで)。矢印は、キャビテーションバブルがスプリットを貫通するスプリット(剥離)の場所を示しています。
(研究と写真:© Tyurnina et al. 2020)

硬化剤に分散した異なるナノフィラーの比較(超音波処理-米国):(a)0.5重量%カーボンナノファイバー(CNF)。(b)0.5重量%CNToxi;(c)0.5重量%カーボンナノチューブ(CNT);(d)0.5重量%CNT半分散。(研究と写真:© Zanghellini et al., 2021)

高性能接着剤を配合するための高出力超音波装置

ヒールシャー超音波は、液体およびスラリー処理用の高性能超音波装置に関してはスペシャリストです。超音波分散機は、高充填樹脂などの高粘度材料を処理し、複合材料内のナノ材料の均一な分布を確保することを可能にします。
振幅、エネルギー入力、温度、圧力、時間などの超音波プロセスパラメータを正確に制御することで、ナノメートル範囲で接着剤を調整することができます。
あなたの処方がナノチューブ、セルロースナノ結晶(CNC)、ナノファイバー、またはナノ金属などの有機または無機ナノフィラーの分散を必要とするかどうか、ヒールシャー超音波はあなたの接着剤製剤のための理想的な超音波セットアップを持っています。
Hielscher Ultrasonics’ 工業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供することができ、非常に高い粘度でもナノ材料を解凝集および分散させることができます。最大200μmの振幅は、24/7操作で簡単に連続運転できます。
ヒールシャー超音波装置は、その品質、信頼性および堅牢性で認められています。ヒールシャー超音波はISO認定企業であり、最先端の技術と使いやすさを特徴とする高性能超音波装置に特に重点を置いています。もちろん、ヒールシャー超音波装置はCEに準拠しており、UL、CSAおよびRoHsの要件を満たしています。
以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。