高性能エレクトロニクス用ナノ導電性接着剤

超音波分散機は、高性能エレクトロニクスや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・粉砕技術として使用されている。高性能エレクトロニクスの製造において、ナノ導電性接着剤のような接着剤は高い需要があります。このような高性能接着剤は、例えば、代替相互接続として使用され、錫/鉛はんだに取って代わることができる。

高性能エレクトロニクス用高性能接着剤

高性能エレクトロニクスの製造には、熱の遮断や絶縁のために高い金属接着性と熱伝導性を持つ接着剤が必要である。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、導電性や絶縁性、熱伝導性、引張強度、ヤング率、柔軟性などの所望の機能特性を得るために、エポキシ樹脂やポリマーに頻繁に組み込まれている。高性能電子機器用に開発された高性能接着剤は、導電性を付与するために金属フィラー（銀、金、ニッケル、銅ナノ粒子など）を使用している。これらの材料の並外れた特性を引き出すためには、そのサイズをナノスケールまで小さくする必要がある。ナノ粒子のサイズ縮小と分散は困難な作業であるため、強力な粉砕・分散技術が接着剤処方の成功の鍵となる。

超音波分散は、従来の混合・粉砕技術と比較して様々な利点がある。その信頼性と有効性から、超音波処理はナノ材料処理において確立されており、ナノ粒子が合成されたり、液体に組み込まれたりするあらゆる産業で見られる。したがって、超音波処理は、ナノ粒子、ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、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す。
ECA： 導電性接着剤（ECA）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。電子用途の高性能接着剤を調合するためには、高分子樹脂（エポキシ、シリコーン、ポリイミドなど）が接着性、機械的強度、衝撃強度などの物理的・機械的機能性を提供し、金属フィラー（ナノ銀、ナノ金、ナノニッケル、ナノ銅など）が優れた導電性を生み出す必要があります。絶縁特性を持つ接着剤の場合、鉱物ベースのフィラーが接着剤複合体に組み込まれる。

超音波処理前と処理後：緑色の曲線は超音波処理前の粒子径、赤色の曲線は超音波分散シリカの粒子径分布。

粘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、粒子の凝集体や凝集塊、さらには一次粒子を確実に小さくする必要がある場合に非常に有効です。超音波ミキサーの利点は、ミクロン粒子であれナノ粒子であれ、粒子をより小さく均一に粉砕できることです。ブレードミキサーや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では、均一に小さいナノ粒子を製造することができない、粉砕媒体による汚染、ノズルの詰まり、高いエネルギー消費などの欠点がありますが、超音波分散機は音響キャビテーションの作動原理を使用しています。超音波によって発生するキャビテーションは、非常に効率的でエネルギー効率が高く、ナノ粒子を含むペーストのような粘性の高い材料も分散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するのか？

キャビテーショナル・シアーの力と液体の流れが粒子を加速し、粒子同士が衝突する。これは粒子間衝突として知られている。粒子そのもの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した場合に必要であった、粉砕ビーズによる汚染やその後の分離工程を回避することができます。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、粒子には非常に大きな力が加わり、その結果、粒子は微細な断片に分裂する。摩擦と浸食により、これらの粒子片は研磨された表面と均一な形状になる。せん断力と粒子間衝突の組み合わせにより、超音波ホモジナイザーと超音波分散は、非常に均質なコロイド懸濁液と分散液を提供する有利なエッジを与えます！
超音波によって発生する高剪断力のもう一つの利点は、剪断減肉の効果である。例えば、酸化CNTを充填したエポキシ樹脂を超音波で調製すると、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、粘性のある複合材料の加工が容易になる。

3mmのソノトロードを備えた200W超音波発生装置UP200Sを用いた、水中でのグラファイト薄片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、キャビテーション気泡が貫通した割れ（剥離）の場所を示す。
(研究・写真：© Tyurnina et al.）

硬化剤中に分散させた様々なナノフィラーの比較（超音波処理-US）：（a）0.5wt%のカーボンナノファイバー（CNF）；（b）0.5wt%のCNToxi；（c）0.5wt%のカーボンナノチューブ（CNT）；（d）0.5wt%のCNT半分散。
(研究・写真：© Zanghellini et al, 2021）

高性能接着剤配合用ハイパワー超音波発生装置

Hielscher Ultrasonics社は、液体およびスラリー処理用の高性能超音波装置のスペシャリストです。超音波分散機は、高充填樹脂のような高粘性材料の処理や、複合材料内のナノ材料の均一な分散を可能にします。
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ーを正確に制御することで、ナノメートル領域で接着剤を調整することができる。
ナノチューブ、セルロースナノクリスタル（CNC）、ナノファイバー、ナノ金属など、有機または無機のナノフィラーの分散が必要な製剤であれ、ヒールシャー・ウルトラソニックは、お客様の接着剤製剤に理想的な超音波セットアップを提供します。
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、非常に高い粘度であってもナノ材料を凝集・分散させることができます。最大200µmの振幅は、24時間365日の連続運転が容易です。
Hielscher社の超音波装置は、その品質、信頼性、堅牢性で高く評価されています。Hielscher UltrasonicsはISO認証取得企業であり、最先端技術と使いやすさを特徴とする高性能超音波振動子に特に重点を置いています。もちろん、Hielscherの超音波装置はCEに準拠しており、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。
下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：