Нанопровідні клеї для високопродуктивної електроніки

Ультразвукові дисперси використовуються як надійна техніка змішування та фрезерування у виробництві високопродуктивних клеїв для високопродуктивної електроніки та наноелектроніки. У виробництві високопродуктивної електроніки великим попитом користуються такі клеї, як нанопровідні клеї. Такі високопродуктивні клеї використовуються, наприклад, як альтернативні з'єднання між собою і можуть замінити олов'яний/свинцевий припій.

Високопродуктивні клеї для високопродуктивної електроніки

Для виробництва високопродуктивної електроніки потрібні клеї з високою клеєм металу і теплопровідністю для теплороз'єднання і ізоляції. Наночастинки, такі як срібло, нікель, графен, оксид графена та вуглецеві нанотрубки (УНТ), часто включаються в епоксидні смоли та полімери для отримання бажаних функціональних властивостей, таких як електропровідність або ізоляція, теплопровідність, міцність на розрив, модуль Юнга та гнучкість. Високопродуктивні клеї, розроблені для високопродуктивного електронного використання металевих наповнювачів (таких як срібло, золото, нікель або наночастинки міді) для забезпечення електропровідності. Для того щоб розкрити надзвичайні властивості цих матеріалів, їх розмір необхідно зменшити до наномасштабу. Оскільки зменшення розміру та дисперсія наночастинок є складним завданням, потужна технологія фрезерування та диспергування є ключем до успішних рецептур клею.

Ультразвукове диспергування пропонує різні переваги в порівнянні з традиційними методами змішування та фрезерування. Завдяки своїй надійності та ефективності ультразвукова обробка була встановлена в обробці наноматеріалів і може бути знайдена в будь-якій галузі, де наночастинки синтезуються та / або включаються в рідини. Тому ультразвук є ідеальною технікою для виробництва нанопровідних клеїв, які містять нано-наповнювачі, такі як наночастинки, нанодроти або вуглецеві нанотрубки та моношари графена (наношари).
ЕКА: Яскравим прикладом є рецептура електропровідних клеїв (ЕКА), що представляють собою композити з полімерної матриці і електропровідних наповнювачів. Для того, щоб сформулювати високопродуктивний клей для електронних застосувань, полімерна смола (наприклад, епоксидна смола, силікон, поліімід) повинна забезпечувати фізичні та механічні функції, такі як адгезія, механічна міцність, ударна в'язкість, тоді як металевий наповнювач (наприклад, нано-срібло, нано-золото, нано-нікель або нано-мідь) створює чудову електропровідність. Для клеїв, що володіють ізоляційними властивостями, в клейовий композит вбудовуються наповнювачі на мінеральній основі.

До і після обробки ультразвуком: зелена крива показує розмір частинок перед ультразвуком, червона крива - розподіл за розміром частинок ультразвуково диспергованого кремнезему.

Ультразвукова дисперсія наноматеріалів у в'язкі клеї

Ультразвукові гомогенізатори дуже ефективні, коли агломерати частинок, агрегати і навіть первинні частинки повинні бути надійно зменшені в розмірах. Перевагою ультразвукових змішувачів є їх здатність фрезерувати частинки до менших і більш однорідних розмірів частинок, незалежно від того, мікро- або наночастинки націлені на результат процесу. У той час як інші технології, такі як лопатеві або роторно-статорні змішувачі, гомогенізатори високого тиску, млини з бісеру тощо, показують недоліки, такі як нездатність виробляти рівномірно малі наночастинки, забруднення фрезерними середовищами, засмічені сопла та високе споживання енергії, ультразвукові дисперсії використовують принцип роботи акустичної кавітації. Кавітація, що генерується ультразвуком, була продемонстрована як високоефективна, енергоефективна і здатна розсіювати навіть високов'язкі матеріали, такі як пасти, завантажені наночастинками.

Як працює ультразвукове диспергування?

Кавітаційні сили зсуву і потоки рідини прискорюють частинки так, що вони стикаються один з одним. Це відоме як міжчастинне зіткнення. Самі частинки виступають в ролі фрезерного середовища, що дозволяє уникнути забруднення шляхом подрібнення бісеру і подальшого процесу сепарації, що необхідно при використанні звичайних бісерних млинів. Оскільки частка розбивається при зіткненні міжчастинок з дуже високою швидкістю до 280м/сек, до частинок прикладаються надзвичайно високі сили, які тому розпадаються на хвилинні дроби. Тертя і ерозія надають цим фрагментам частинок поліровану поверхню і рівномірно сформовану форму. Поєднання сил зсуву та міжчастинкового зіткнення надають ультразвуковій гомогенізації та дисперсії вигідну перевагу, забезпечуючи високооднорідні колоїдні суспензії та дисперсії!
Ще однією перевагою високозсувних сил, що генеруються ультразвуком, є ефект зсуву-витончення. Наприклад, ультразвуково підготовлені епоксидні смоли, наповнені окисленими УНТ, демонструють зсувно-стоншувальну поведінку. Оскільки зсув-стоншування тимчасово знижує в'язкість рідини, полегшується обробка в'язких композитів.

Високошвидкісна послідовність (від а до f) кадрів, що ілюструють соно-механічне відлущування графітового пластівця у воді за допомогою UP200S, ультраакукатора потужністю 200 Вт з 3-мм сонотродом. Стрілки показують місце розщеплення (відлущування) з кавітаційними бульбашками, що проникають в розкол.
(Дослідження та фотографії: © Тюрніна та ін. 2020)

Порівняння різних нанофілерів, диспергованих у затверджувачі (ультразвук — США): (а) 0,5% вуглецевого нановолокна (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5% вуглецевої нанотрубки (CNT); (d) 0,5% CNT напівдисперсний.
(Дослідження та фото: © Zanghellini et al., 2021)

Ультразвукові апарати високої потужності для складання високопродуктивних клеїв

Hielscher Ultrasonics є спеціалістом, коли справа доходить до високопродуктивного ультразвукового обладнання для обробки рідини та шламу. Ультразвукові дисперси дозволяють обробляти високов'язкі матеріали, такі як високонаповнені смоли, і забезпечують рівномірний розподіл наноматеріалів всередині композитів.
Точний контроль над параметрами ультразвукового процесу, такими як амплітуда, введення енергії, температура, тиск і час, дозволяє адаптувати клеї в діапазоні нанометрів.
Якщо ваша рецептура вимагає дисперсії органічних або неорганічних нано-наповнювачів, таких як нанотрубки, целюлозні нанокристали (ЧПУ), нановолокони або нанометали, Hielscher Ultrasonics має ідеальну ультразвукову установку для вашої клейової рецептури.
Hielscher Ультразвук’ Промислові ультразвукові процесори можуть доставляти дуже високі амплітуди і здатні деагломерувати і розсіювати наноматеріали навіть при дуже високій в'язкості. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно запускати в режимі 24/7.
Hielscher ультраакукатори визнані своєю якістю, надійністю та надійністю. Hielscher Ultrasonics є сертифікованою ISO компанією і робить особливий акцент на високопродуктивних ультразвукових апаратах, що відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для користувачів. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher сумісні з CE і відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.
У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв: