Lähes kaikki elämämme elektroniikka - tietokoneet, stereot, leivänpaahtimet - sisältävät piirilevyjä, joille eri komponentit on juotettu. Tämä juottaminen tehdään usein käsin, uskomattoman herkkä menetelmä, jossa on vähän tilaa virheelle.
Mutta nyt, tämä juottaminen voi olla menneisyyttä. Ryhmä tutkijoita Bostonin Koillis-yliopistossa on keksinyt tavan "liimata" metalli metalliksi huoneenlämmössä, ilman lämpöä.
Koillisosaston mekaanisen ja teollisuuden tekniikan laitoksen professori ja puheenjohtaja Hanchen Huang ja kaksi hänen jatko-opiskelijaansa keksivat prosessin, jota he kutsuvat MesoGlue-ryhmäksi. Ryhmän tutkimus julkaistiin tässä kuussa lehdessä Advanced Materials and Processes .
Prosessi toimii hyödyntämällä metallisia nanorodia - pieniä metallitankoja, joiden leveys on vain 10 tai 20 nanometriä, toisella puolella iridiumilla ja toisella galliumilla. Tangot on järjestetty linjoiksi ylemmälle ja alemmalle alustalle, kuten vetoketjun hampaat. Kun hampaat lomitetaan, iridium ja gallium koskettavat ja muuttuvat nestemäisiksi. Sitten metallisten nanorodien ydin muuntaa kyseisen nesteen kiinteäksi muodostaen kiinteän sidoksen. Koko prosessi vie alle minuutin.
"Se tapahtuu huoneenlämmössä, melko paljon vain sormenpääpaineellasi", Huang sanoo.
Toisin kuin tavallinen polymeeriliima, metalliliima pysyy vahvana korkeissa lämpötiloissa ja korkeassa paineessa. Se on myös erinomainen lämmön ja sähkönjohdin ja kestää ilma- ja kaasuvuotoja.
Kuinka MesoGlue toimii (Koillinen yliopisto) MesoGlue-laitetta voidaan käyttää komponenttien kiinnittämiseen piirilevyihin juottamatta. Tämä eliminoi riskin, että juotosprosessi vahingoittaa piirilevyn muita elementtejä, mikä on pitkäaikainen ongelma piirilevyn luomisessa. MesoGlue voi olla hyödyllinen myös jäähdytyselementteissä, komponenteissa, jotka estävät elektroniikkaa ylikuumenemasta. Tyypillisesti jäähdytyselementit käyttävät ns. ”Lämpörasvaa” tai “lämpöpastaa”, johtavaa liimaa, jota käytetään täyttämään aukot jäähdytyselementin ja lämmönlähteen välillä. Tämä on tärkeää, koska se pitää ilman, joka muuten toimisi eristeenä ja vähentäisi jäähdytyselementin suorituskykyä. MesoGlue voisi korvata perinteisen lämpörasvan, koska sen lämmönjohtavuus on parempi eikä se ole altis kuivua. Viime kädessä lämmön haihtumisen lisääntynyt tehokkuus voisi pidentää elektroniikkatuotteen käyttöikää. MesoGlue voi olla hyödyllinen myös putkenosien kiinnittämisessä paikoissa, joissa hitsaus ei ole mahdollista - sanoen vedenalainen tai ulkoavaruudessa. Koska sidoksen muodostukseen ei käytetä lämpöä, sähköä tai kaasua, ei ole olemassa räjähdysten tai muiden vaarallisten reaktioiden riskiä.
Huang ja hänen tiiminsä ovat työskennelleet nanorod-tekniikan parissa kymmenen vuoden ajan. Huang hyvittää menestyksestään jatkuvan tuen Energian laitoksen perustietotekniikan toimistolle (BES), joka antoi laboratoriolleen pitkäaikaisen rahoituksen.
"Tässä maassa meillä on vain hyvin harvat virastot, jotka tukevat pitkäaikaista perustiedettä ja tutkimusta", hän sanoo. "[BES] on virasto, joka todella tekee pitkän aikavälin sijoituksen ja jolla voi olla todella vaikutusta."
Huang ja hänen opiskelijansa ovat saaneet väliaikaisen patentin MesoGlue-prosessille, ja ovat perustaneet yrityksen myymään tuotteen. He neuvottelevat parhaillaan eri teollisuudenalojen kanssa mahdollisista käyttötarkoituksista. Huang näkee MesoGlue: n käytön sekä päivittäisissä että epätavallisissa sovelluksissa. Vaikka liima on todennäköisesti aivan liian kallista tavanomaiseen kotitalouskäyttöön (jääkaapillesi ei ole gallium-iridium-liimattua makaronitaidetta, anteeksi), liima voi helposti korvata juottamisen tavallisessa kotitalouselektroniikassa - puhelimissa, tietokoneissa, televisiossa -, hän sanoo. Sitä voidaan käyttää myös armeijan ja ilmailualan tekniikassa, missä elektroniikan on pysyttävä äärimmäisen voiman alaisena.
"Teknologia on valmis, mutta se on integroitava [eri sovellusten] prosesseihin", Huang sanoo. Ja se, hän lisää, voi viedä kuukauden, ehkä vuoden. "En todellakaan tiedä", hän sanoo.
