Fast alle elektronischen Geräte in unserem Leben - Computer, Stereoanlagen, Toaster - enthalten Leiterplatten, auf die verschiedene Komponenten gelötet werden. Dieses Löten wird oft von Hand ausgeführt, ein unglaublich heikler Vorgang mit wenig Fehlerfreiheit.
Dieses Löten könnte nun der Vergangenheit angehören. Ein Forscherteam der Northeastern University in Boston hat einen Weg gefunden, Metall bei Raumtemperatur und ohne Wärmezufuhr auf Metall zu kleben.
Hanchen Huang, Professor und Vorsitzender der Fakultät für Maschinenbau und Industrie im Nordosten, und zwei seiner Doktoranden entwickelten den Prozess, den sie MesoGlue nennen. Die Forschungsergebnisse des Teams wurden diesen Monat in der Fachzeitschrift Advanced Materials and Processes veröffentlicht .
Das Verfahren nutzt metallische Nanostäbe - winzige Metallstäbe mit einer Breite von nur 10 oder 20 Nanometern, die auf der einen Seite mit Iridium und auf der anderen Seite mit Gallium beschichtet sind. Die Stäbe sind in Linien auf einem oberen und einem unteren Untergrund angeordnet, wie Zähne an einem Reißverschluss. Wenn die Zähne verflochten sind, berühren sich Iridium und Gallium und werden flüssig. Dann verwandelt der Kern der metallischen Nanostäbe diese Flüssigkeit in einen Feststoff, wodurch eine feste Bindung entsteht. Der gesamte Vorgang dauert weniger als eine Minute.
"Es geschieht bei Raumtemperatur, so ziemlich nur mit dem Fingerdruck", sagt Huang.
Im Gegensatz zu herkömmlichem Polymerkleber bleibt der Metallkleber bei hohen Temperaturen und hohem Druck fest. Es ist auch ein ausgezeichneter Leiter für Wärme und Strom und widersteht Luft- und Gaslecks.
Wie MesoGlue funktioniert (Northeastern University) Mit MesoGlue können Bauteile ohne Löten auf Leiterplatten befestigt werden. Dies eliminiert das Risiko, dass der Lötprozess andere Elemente auf der Leiterplatte beschädigt, ein langjähriges Problem bei der Leiterplattenherstellung. MesoGlue kann auch in Kühlkörpern nützlich sein, den Komponenten, die eine Überhitzung der Elektronik verhindern. In der Regel verwenden Kühlkörper so genannte „Wärmeleitpasten“ oder „Wärmeleitpasten“. Hierbei handelt es sich um leitfähige Klebstoffe, mit denen Lücken zwischen dem Kühlkörper und der Wärmequelle geschlossen werden. Dies ist wichtig, da Luft ferngehalten wird, die sonst als Isolator fungieren und die Leistung des Kühlkörpers verringern würde. MesoGlue kann herkömmliche Wärmeleitpasten ersetzen, da es eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist und nicht zum Austrocknen neigt. Letztendlich könnte die erhöhte Effizienz der Wärmeableitung die Lebensdauer des elektronischen Produkts verlängern. MesoGlue kann auch nützlich sein, um Rohrverbindungsstücke an Stellen anzubringen, an denen das Schweißen nicht möglich ist - etwa unter Wasser oder im Weltraum. Da an der Herstellung der Verbindung keine Wärme, Elektrizität oder Gas beteiligt sind, besteht keine Gefahr von Explosionen oder anderen gefährlichen Reaktionen.
Huang und sein Team arbeiten seit einem Dutzend Jahren an der Nanostab-Technologie. Huang verdankt seinen Erfolg der anhaltenden Unterstützung des Amtes für grundlegende Energiewissenschaften des Energieministeriums (BES), das sein Labor langfristig finanzierte.
„In diesem Land haben wir nur sehr wenige Agenturen, die langfristige Grundlagenforschung und Forschung unterstützen“, sagt er. "[BES] ist eine Agentur, die wirklich eine langfristige Investition tätigt und die sehr effektiv sein kann."
Huang und seine Studenten haben ein vorläufiges Patent für das MesoGlue-Verfahren erhalten und eine Firma gegründet, um das Produkt zu verkaufen. Sie sind derzeit in Gesprächen mit verschiedenen Branchen über mögliche Verwendungen. Huang sieht MesoGlue in alltäglichen und außergewöhnlichen Anwendungen. Obwohl der Kleber für den normalen Haushaltsgebrauch wahrscheinlich viel zu teuer ist (keine mit Gallium-Iridium geklebte Makkaroni-Kunst für Ihren Kühlschrank, sorry), könnte der Kleber das Löten in der normalen Haushaltselektronik ersetzen - Telefone, Computer, Fernsehen -, sagt er. Es könnte auch in der Militär- und Luftfahrttechnik eingesetzt werden, wo die Elektronik extremen Belastungen ausgesetzt sein muss.
„Die Technologie ist bereit, muss aber in die Prozesse [verschiedener Anwendungen] integriert werden“, sagt Huang. Und das könnte einen Monat dauern, vielleicht ein Jahr. "Ich weiß es wirklich nicht", sagt er.
