(Phys.org)—Forskare vid direktoratet för avancerade material och nanosystem vid Lockheed Martin Space Systems Advanced Technology Center (ATC) i Palo Alto har utvecklat ett revolutionerande kopparbaserat elektriskt sammankopplingsmaterial för nanoteknik, eller löda, som kan bearbetas runt 200 ° C. När den väl är helt optimerad, CuantumFuse lödmaterialet förväntas producera fogar med upp till 10 gånger den elektriska och termiska ledningsförmågan jämfört med tennbaserade material som för närvarande används. Tillämpningar i militära och kommersiella system är för närvarande under övervägande.
"Vi är oerhört glada över vårt CuantumFuse-genombrott, och är mycket nöjda med de framsteg vi gör för att nå det till full mognad, " sa Dr Kenneth Washington, vice ordförande för ATC. "Vi är stolta över att tillhandahålla innovationer som CuantumFuse för rymd- och försvarstillämpningar, men i det här fallet är vi glada över den enorma potentialen hos CuantumFuse i försvars- och kommersiella tillverkningstillämpningar."
Förr, nästan alla lödare innehöll bly, men det finns nu ett akut behov av blyfritt lod på grund av en världsomspännande ansträngning för att fasa ut farliga material inom elektronik. Europeiska unionen implementerade blyfritt lod 2006. Staten Kalifornien gjorde det den 1 januari, 2007, följt strax därefter av New Jersey och New York City.
Den huvudsakliga blyfria ersättningen – en kombination av tenn, silver och koppar (Sn/Ag/Cu) - har visat sig acceptabelt för konsumentelektronikindustrin som mestadels behandlar korta produktlivscykler och relativt godartade driftsmiljöer. Dock, flera problem har uppstått:höga bearbetningstemperaturer leder till högre kostnader, den höga tennhalten kan leda till tennmorrhår som kan orsaka kortslutning, och frakturer är vanliga i utmanande miljöer, gör det svårt att kvantifiera tillförlitligheten. Dessa tillförlitlighetsproblem är särskilt akuta i system för militären, flyg, medicinsk, olja och gas, och fordonsindustrin. I sådana applikationer, lång livslängd och robusthet hos komponenter är avgörande, där vibrationer, chock, termisk cykling, fuktighet, och extrem temperaturanvändning kan vara vanligt.
"För att ta itu med dessa farhågor, vi insåg att ett helt nytt tillvägagångssätt behövdes för att lösa den blyfria lödutmaningen, "sa Dr Alfred Zinn, materialforskare vid ATC och uppfinnare av CuantumFuse lödmetall. "Istället för att hitta en annan flerkomponentslegering, vårt team tog fram en lösning baserad på den välkända smältpunktssänkningen av material i nanopartikelform. Med tanke på detta nanoskala fenomen, Vi har tillverkat en lödpasta baserad på rent koppar. "
Ett antal krav togs upp i utvecklingen av CuantumFuse lödpasta, inklusive, men inte begränsat till:1) tillräckligt liten nanopartikelstorlek, 2) en rimlig storleksfördelning, 3) reaktionsskalbarhet, 4) låg kostnadssyntes, 5) oxidations- och tillväxtbeständighet vid omgivningsförhållanden, och 6) robust partikelfusion när den utsätts för förhöjd temperatur. Koppar valdes eftersom det redan används i hela elektronikindustrin som spår, sammankoppla, och dynmaterial, minimera kompatibilitetsproblem. Det är billigt (1/4 av kostnaden för tenn; 1/100 av kostnaden för silver, och 1/10, 000:e av guld), riklig, och har 10 gånger den elektriska och värmeledningsförmågan jämfört med kommersiellt tennbaserat löd.
ATC har demonstrerat CuantumFuse med monteringen av ett litet testkamerakort. "Dessa prestationer är extremt spännande och lovande, men vi måste fortfarande lösa ett antal tekniska utmaningar innan CuantumFuse kommer att vara redo för rutinmässig användning i militära och kommersiella tillämpningar, sa Mike Beck, chef för gruppen Advanced Materials and Nanosystems på ATC. "Att lösa dessa utmaningar, som att förbättra bindningsstyrkan, är fokus på gruppens pågående forskning och utveckling."
