Нанопроводящие клеи для высокопроизводительной электроники

Ультразвуковые диспергаторы используются в качестве надежного метода смешивания и измельчения при производстве высокоэффективных клеев для высокопроизводительной электроники и наноэлектроники. В производстве высокопроизводительной электроники большим спросом пользуются такие клеи, как нанопроводящие клеи. Такие высокоэффективные клеи используются, например, в качестве альтернативных межсоединений и могут заменить оловянный/свинцовый припой.

Высокоэффективные клеи для высокопроизводительной электроники

Для производства высокопроизводительной электроники требуются клеи с высокой адгезией металла и теплопроводностью для теплоизоляции и развязки. Наночастицы, такие как серебро, никель, графен, оксид графена и углеродные нанотрубки (УНТ), часто включаются в эпоксидные смолы и полимеры для получения желаемых функциональных свойств, таких как электропроводность или изоляция, теплопроводность, прочность на разрыв, модуль Юнга и гибкость. Высокоэффективные клеи, разработанные для высокоэффективной электроники, используют металлические наполнители (такие как наночастицы серебра, золота, никеля или меди) для обеспечения электропроводности. Чтобы раскрыть исключительные свойства этих материалов, их размер должен быть уменьшен до наномасштаба. Поскольку уменьшение размера и диспергирование наночастиц является сложной задачей, мощная технология измельчения и диспергирования является ключом к успешному созданию адгезивных составов.

Ультразвуковое диспергирование имеет различные преимущества по сравнению с традиционными методами смешивания и измельчения. Благодаря своей надежности и эффективности, ультразвук нашел применение в обработке наноматериалов и может быть найден в любой отрасли, где наночастицы синтезируются и/или встраиваются в жидкости. Таким образом, ультразвуковая технология является идеальным методом для производства нанопроводящих клеев, содержащих нанонаполнители, такие как наночастицы, нанопроволоки или углеродные нанотрубки и монослои графена (нанолисты).
ЭКА: Ярким примером является рецептура электропроводящих клеев (ЭХА), которые представляют собой композиты из полимерной матрицы и электропроводящих наполнителей. Для того, чтобы создать высокоэффективный клей для электронных применений, полимерная смола (например, эпоксидная, силиконовая, полиимидная) должна обеспечивать физические и механические характеристики, такие как адгезия, механическая прочность, ударная вязкость, в то время как металлический наполнитель (например, наносеребро, нанозолото, наноникель или наномедь) обеспечивает превосходную электропроводность. Для клеев с изоляционными свойствами в клеевой композит встраиваются наполнители на минеральной основе.

До и после ультразвуковой обработки: зеленая кривая показывает размер частиц до ультразвуковой обработки, красная кривая — распределение частиц по размерам ультразвукового диспергированного диоксида кремния.

Ультразвуковое диспергирование наноматериалов в вязкие клеи

Ультразвуковые гомогенизаторы очень эффективны, когда агломераты, агрегаты и даже первичные частицы должны быть надежно уменьшены в размерах. Преимущество ультразвуковых смесителей заключается в их способности измельчать частицы до более мелких и однородных размеров, независимо от того, являются ли микронные или наночастицы целью в качестве технологического результата. В то время как другие технологии, такие как лопастные или роторно-статорные смесители, гомогенизаторы высокого давления, бисерные мельницы и т. д., имеют недостатки, такие как неспособность производить равномерно малые наночастицы, загрязнение мелющими телами, засорение сопел и высокое энергопотребление, ультразвуковые диспергаторы используют принцип работы акустической кавитации. Кавитация, генерируемая ультразвуком, была продемонстрирована как высокоэффективная, энергоэффективная и способная диспергировать даже высоковязкие материалы, такие как пасты с наночастицами.

Как работает ультразвуковое диспергирование?

Кавитационные сдвиговые силы и потоки жидкости ускоряют частицы так, что они сталкиваются друг с другом. Это известно как столкновение между частицами. Сами частицы выступают в качестве мелющей среды, что позволяет избежать загрязнения измельчающими валиками и последующего процесса сепарации, который необходим при использовании обычных бисерных мельниц. Поскольку частицы разбиваются при столкновении между частицами на очень высоких скоростях до 280 м/с, к частицам действуют необычайно высокие силы, которые поэтому разбиваются на мельчайшие фракции. Трение и эрозия придают этим фрагментам частиц полированную поверхность и равномерную форму. Сочетание поперечных сил и столкновений между частицами дает ультразвуковой гомогенизации и диспергированию преимущественную грань, обеспечивая высокооднородные коллоидные суспензии и дисперсии!
Еще одним преимуществом высоких сдвиговых сил, создаваемых ультразвуком, является эффект истончения сдвига. Например, ультразвуковые эпоксидные смолы, заполненные окисленными УНТ, обладают способностью к разжижению при сдвиге. Поскольку разжижение при сдвиге временно снижает вязкость жидкости, это облегчает обработку вязких композитов.

Высокоскоростная последовательность кадров (от a до f), иллюстрирующая сономеханическое отслаивание графитовой чешуйки в воде с помощью ультразвукового аппарата мощностью 200 Вт UP200W с 3-мм сонотродом. Стрелками показано место расщепления (отслаивания) с проникновением в раскол кавитационных пузырьков.
(Этюд и фото: © Тюрнина и др. 2020)

Сравнение различных нанонаполнителей, диспергированных в отвердителе (ультразвук — УЗИ): (а) 0,5 мас.% углеродного нановолокна (CNF); b) 0,5 масс.% CNToxi; c) 0,5 мас.% углеродных нанотрубок (УНТ); d) 0,5 мас.% УНТ полудиспергированный.
(Исследование и фото: © Zanghellini et al., 2021)

Мощные ультразвуковые аппараты для создания высокоэффективных клеев

Компания Hielscher Ultrasonics специализируется на производстве высокопроизводительного ультразвукового оборудования для обработки жидкостей и суспензий. Ультразвуковые диспергаторы позволяют обрабатывать высоковязкие материалы, такие как высоконаполненные смолы, и обеспечивать равномерное распределение наноматериалов в композитах.
Точный контроль параметров ультразвукового процесса, таких как амплитуда, потребляемая энергия, температура, давление и время, позволяет подбирать клеи в нанометровом диапазоне.
Независимо от того, требуется ли для вашей рецептуры диспергирование органических или неорганических нанонаполнителей, таких как нанотрубки, нанокристаллы целлюлозы (ЧПУ), нановолокна или нанометаллы, Hielscher Ultrasonics предлагает идеальную ультразвуковую установку для вашей адгезивной формулы.
Hielscher Ultrasonics’ Промышленные ультразвуковые процессоры могут обеспечивать очень высокую амплитуду и способны деагломерировать и диспергировать наноматериалы даже при очень высокой вязкости. Амплитуды до 200 мкм могут легко работать непрерывно в режиме 24/7.
Ультразвуковые аппараты Hielscher известны своим качеством, надежностью и прочностью. Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: