Хіміки розробили холодний припой

Хіміки Університету Айови розробили технологію холодної пайки металом, що дозволяє без нагрівання скріпляти між собою провідники (наприклад, струмопровідні доріжки або дроти) простим нанесенням пасти та механічним розтиранням. Метод використовує переохолоджені краплі рідкого металу і дозволяє використовувати для скріплення сплави з температурами плавлення до 140°C. Дослідження опубліковано в журналі Scientific Reports, коротко про нього повідомляє Nature.

Автори застосували три різних сплави: галій-вісмут з температурою плавлення 16°C, вісмут-індій-олово (сплав Філдса) — 62°C та вісмут-олово — 139°C. Для створення нового типа припою шматочки металу поміщали в невеликі сосуди, заповнені розчином оцтової кислоти, та нагрівали. Після плавлення метала хіміки за допомогою дремеля, що крутить хрестоподібну насадку, розбивали його на дрібні частини діаметром від чотирьох нанометрів до п’яти мікрометрів.

Із-за навколишнього агресивного середовища, частині покривались оболонкою ацетатів і оксидів метала і при цьому не злипались. Подальше охолодження не призводило до затвердіння металу — виникав стан переохолодження. Зокрема, цьому сприяло те, що оболонка не дозволяла краплі метала знайти собі центр кристалізації, наприклад, будь-яку піщинку.

Кульки «рідкого металу» під електронним мікроскопом. За допомогою сфокусованого іонного променя частини частково обтравлюють, але вони затвердівають при порушенні оболонки. Зображення: Simge Çınar et al. / Scientific Reports, 2016

Для пайки припой наносили між двома металічними смужками, що скріплюються, і механічно деформували, наприклад, прокатуючи зверху скляний циліндр. Порушувалась цілісність оболонки капсули і рідкий метал затвердівав, знайшовши центр кристалізації. В результаті два об’єкти міцно скріплялись між собою. Авторам удалось продемонструвати пайку сплавом Філдса двох золотих контактів, запаювання отвору в тонкому срібряному шарі та склеїть між собою золоту і алюмінієву фольгу. В подальшому, учені планують знайти сплави з більш високими вихідними температурами плавлення, які також здатні давати подібні краплі рідкого метала. Це підвищить надійність пайок і дозволить використати їх в мікроелектроніці.

Раніше інша група матеріалознавців повідомила про створення схожої технології для клею, що отримала назву «рідкий мармур». В ній краплі клейкого полімеру обсипаються порошком карбоната кальцію, завдяки чому виходить тонкий порошок, що становиться клейким під тиском та руйнує оболонку капсул.