Нано-провідні клеї для високопродуктивної електроніки

Ультразвукові диспергатори використовуються як надійна техніка змішування та подрібнення у виробництві високопродуктивних клеїв для високопродуктивної електроніки та наноелектроніки. У виробництві високопродуктивної електроніки попит на клеї, такі як нано-провідні клеї, є високим. Такі високопродуктивні клеї використовуються, наприклад, як альтернативні з’єднувачі та можуть замінити олов’яно-свинцевий припій.

Високопродуктивні клеї для високопродуктивної електроніки

Для виробництва високопродуктивної електроніки необхідні клеї з високою адгезією до металів та теплопровідністю для теплового роз’єднання та ізоляції. Наночастинки, такі як срібло, нікель, графен, оксид графену та вуглецеві нанотрубки (CNTs), часто вводяться 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 високопродуктивної електроніки, використовують металеві наповнювачі (такі як наночастинки срібла, золота, нікелю або міді) для забезпечення електропровідності. Щоб розкрити надзвичайні властивості цих матеріалів, їхній розмір має бути зменшений до нанорівня. Оскільки зменшення розміру та диспергування наночастинок є складним завданням, потужна технологія подрібнення та диспергування є ключовою для успішних формуляцій клеїв.

Ультразвукове диспергування пропонує різноманітні переваги порівняно з традиційними техніками змішування та подрібнення. Завдяки своїй надійності та ефективності, ультразвукова обробка закріпилася в обробці наноматеріалів і може бути знайдена в будь-якій промисловості, де наночастинки синтезуються та/або вводяться в рідини. Тому ультразвукова обробка є ідеальною технікою для виробництва нано-провідних клеїв, що містять нанонаповнювачі, такі як наночастинки, нанопроволоки або вуглецеві нанотрубки та одношаровий графен (нанолисти).
ECA: Яскравим прикладом є формуляція електропровідних клеїв (ECA), які є композитами, виготовленими з полімерної матриці та електропровідних наповнювачів. Щоб сформулювати високопродуктивний клей для електронних застосувань, полімерна смола (наприклад, епоксидна, силіконова, поліімідна) повинна забезпечувати фізичні та механічні функціональні можливості, такі як адгезія, механічна міцність, ударна міцність, тоді як металевий наповнювач (наприклад, нано-срібло, нано-золото, нано-нікель або нано-мідь) створює надзвичайну електропровідність. Для клеїв з ізолюючими властивостями в композит клею вводяться наповнювачі на мінеральній основі.

До та після ультразвукової обробки: зелена крива показує розмір частинок до ультразвукової обробки, червона крива – розподіл розмірів частинок кремнезему, диспергованого ультразвуком.

Ультразвукове диспергування наноматеріалів у в’язкі клеї

Ультразвукові гомогенізатори є дуже ефективними, коли агломерати частинок, агрегати та навіть первинні частинки повинні бути надійно зменшені в розмірі. Перевагою ультразвукових змішувачів є їхня здатність подрібнювати частинки до менших та більш однорідних розмірів, чи то мікро-, чи наночастинки як цільовий результат процесу. Тоді як інші технології, такі як лопатеві або роторно-статорні змішувачі, високо-тискні гомогенізатори, кульові млини тощо, мають недоліки, такі як нездатність виробляти однорідно малі наночастинки, забруднення подрібнювальними середовищами, засмічені насадки та високе енергоспоживання, ультразвукові диспергатори використовують робочий принцип акустичної кавітації. Кавітація, що генерується ультразвуком, продемонстрована як дуже ефективна, енергозберігаюча та здатна диспергувати навіть дуже в’язкі матеріали, такі як пасти, навантажені наночастинками.

Як працює ультразвукове диспергування?

Кавітаційні зсувні сили та потоки рідини прискорюють частинки так, що вони зіштовхуються одна з одною. Це відомо як міжчастинкове зіткнення. Самі частинки діють як подрібнювальне середовище, що уникає забруднення шліфувальними кульками та наступного процесу розділення, який необхідний при використанні звичайних кульових млинів. Оскільки частинки руйнуються внаслідок міжчастинкових зіткнень при дуже високих швидкостях до 280m/sec, на частинки діють надзвичайно високі сили, тому вони розбиваються на крихітні фракції. Тертя та ерозія надають цим уламкам частинок поліровану поверхню та однорідну форму. Поєднання зсувних сил та міжчастинкових зіткнень надає ультразвуковій гомогенізації та диспергуванню переважну перевагу, забезпечуючи дуже однорідні колоїдні суспензії та дисперсії!
Ще однією перевагою високих зсувних сил, що генеруються ультразвуком, є ефект псевдопластичності (shear-thinning). Наприклад, епоксидні смоли, підготовлені ультразвуком та наповнені окисленими CNTs, демонструють поведінку псевдопластичності. Оскільки псевдопластичність тимчасово знижує в’язкість рідини, обробка в’язких композитів полегшується.

Високошвидкісна послідовність (від a до f) кадрів, що ілюструють сономеханічне розшарування пластинки графіту у воді з використанням UP200S, 200W ультразвукового апарату з 3-mm сонотродом. Стрілки показують місце розщеплення (розшарування) з кавітаційними бульбашками, що проникають у розщеплення.
(Дослідження та зображення:© Tyurnina et al. 2020)

Порівняння різних нанонаповнювачів, диспергованих у затверджувачі (ультразвукова обробка–US): (a) 0,5 wt% вуглецеве нановолокно (CNF); (b) 0,5 wt% CNToxi; (c) 0,5 wt% вуглецева нанотрубка (CNT); (d) 0,5 wt% CNT напівдисперговані.
(Дослідження та зображення: © Zanghellini et al., 2021)

Високопотужні ультразвукові апарати для формулювання високопродуктивних клеїв

Hielscher Ultrasonics є спеціалістом у сфері високопродуктивного ультразвукового обладнання для обробки рідин та суспензій. Ультразвукові диспергатори дозволяють обробляти дуже в’язкі матеріали, такі як сильно наповнені смоли, та забезпечують однорідний розподіл наноматеріалів у композитах.
Точний контроль над параметрами ультразвукового процесу, такими як амплітуда, енерговитрати, температура, тиск та час, дозволяє налаштовувати клеї в нанометровому діапазоні.
Незалежно від того, чи вимагає ваша формуляція диспергування органічних або неорганічних нанонаповнювачів, таких як нанотрубки, нанокристали целюлози (CNCs), нановолокна або нанометали, Hielscher Ultrasonics має ідеальну ультразвукову установку для вашої формуляції клею.
Промислові ультразвукові процесори Hielscher Ultrasonics можуть забезпечувати дуже високі амплітуди та здатні дезагломерувати та диспергувати наноматеріали навіть при дуже високих в’язкостях. Амплітуди до 200µm можуть легко працювати безперервно в режимі 24/7.
Ультразвукові апарати Hielscher відомі своєю якістю, надійністю та міцністю. Hielscher Ultrasonics є компанією, сертифікованою за ISO, і надає особливого значення високопродуктивним ультразвуковим апаратам, що мають передові технології та зручність у використанні. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та вимогам UL, CSA та RoHs.
Нижче наведена таблиця дає вам уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: