(Phys.org)—Gli scienziati della direzione dei materiali avanzati e dei nanosistemi del Lockheed Martin Space Systems Advanced Technology Center (ATC) di Palo Alto hanno sviluppato un rivoluzionario materiale di interconnessione elettrica nanotecnologico a base di rame, o saldatura, che possono essere lavorati intorno ai 200 °C. Una volta completamente ottimizzato, si prevede che il materiale di saldatura CuantumFuse produca giunti con una conduttività elettrica e termica fino a 10 volte superiore rispetto ai materiali a base di stagno attualmente in uso. Sono attualmente allo studio applicazioni in sistemi militari e commerciali.
"Siamo enormemente entusiasti della nostra svolta CuantumFuse, e siamo molto soddisfatti dei progressi che stiamo facendo per portarlo alla piena maturità, " ha detto il dottor Kenneth Washington, vicepresidente dell'ATC. "Siamo orgogliosi di fornire innovazioni come CuantumFuse per applicazioni spaziali e di difesa, ma in questo caso siamo entusiasti dell'enorme potenziale di CuantumFuse nelle applicazioni della difesa e della produzione commerciale."
Nel passato, quasi tutte le saldature contenevano piombo, ma ora c'è un urgente bisogno di saldature senza piombo a causa di uno sforzo mondiale per eliminare gradualmente i materiali pericolosi nell'elettronica. L'Unione Europea ha implementato la saldatura senza piombo nel 2006. Lo Stato della California lo ha fatto il 1 gennaio, 2007, seguito subito dopo da New Jersey e New York City.
Il principale sostituto senza piombo:una combinazione di stagno, argento e rame (Sn/Ag/Cu) – si è dimostrato accettabile per l'industria dell'elettronica di consumo che si occupa principalmente di brevi cicli di vita dei prodotti e ambienti operativi relativamente favorevoli. Però, sono sorti molteplici problemi:le alte temperature di lavorazione comportano costi più elevati, l'alto contenuto di stagno può portare a baffi di stagno che possono causare cortocircuiti, e le fratture sono comuni in ambienti difficili, rendendo difficile quantificare l'affidabilità. Questi problemi di affidabilità sono particolarmente acuti nei sistemi per l'esercito, aerospaziale, medico, olio e gas, e industrie automobilistiche. In tali applicazioni, la lunga durata e la robustezza dei componenti sono fondamentali, dove vibrazione, shock, ciclo termico, umidità, e l'uso a temperature estreme può essere comune.
"Per affrontare queste preoccupazioni, ci siamo resi conto che era necessario un approccio fondamentalmente nuovo per risolvere la sfida della saldatura senza piombo, " ha detto il dottor Alfred Zinn, scienziato dei materiali presso l'ATC e inventore della saldatura CuantumFuse. "Piuttosto che trovare un'altra lega multicomponente, il nostro team ha ideato una soluzione basata sulla nota depressione del punto di fusione dei materiali in forma di nanoparticelle. Dato questo fenomeno su scala nanometrica, abbiamo prodotto una pasta saldante a base di rame puro."
Nello sviluppo della pasta saldante CuantumFuse sono stati affrontati numerosi requisiti, tra cui:ma non limitato a:1) dimensione delle nanoparticelle sufficientemente piccola, 2) una distribuzione dimensionale ragionevole, 3) scalabilità della reazione, 4) sintesi a basso costo, 5) resistenza all'ossidazione e alla crescita in condizioni ambientali, e 6) fusione di particelle robuste quando sottoposte a temperature elevate. Il rame è stato scelto perché è già utilizzato in tutta l'industria elettronica come traccia, interconnessione, e materiale del tampone, riducendo al minimo i problemi di compatibilità. Costa poco (1/4 del costo dello stagno; 1/100 del costo dell'argento, e 1/10, 000esimo quello d'oro), abbondante, e ha 10 volte la conduttività elettrica e termica rispetto alla saldatura commerciale a base di stagno.
L'ATC ha dimostrato CuantumFuse con l'assemblaggio di una piccola scheda della fotocamera di prova. "Questi risultati sono estremamente eccitanti e promettenti, ma dobbiamo ancora risolvere una serie di sfide tecniche prima che CuantumFuse sia pronto per l'uso di routine in applicazioni militari e commerciali, " ha detto Mike Beck, direttore del gruppo Advanced Materials and Nanosystems presso l'ATC. "Risolvere queste sfide, come migliorare la forza del legame, è il focus sulla continua ricerca e sviluppo del gruppo."
