Bijna alle elektronica in ons leven - computers, stereo's, broodroosters - bevat printplaten waarop verschillende componenten worden gesoldeerd. Dit solderen wordt vaak met de hand gedaan, een ongelooflijk delicate procedure met weinig ruimte voor fouten.
Maar nu is dit solderen misschien verleden tijd. Een team van onderzoekers aan de Northeastern University in Boston heeft een manier bedacht om metaal op metaal op kamertemperatuur te "lijmen", zonder dat warmte nodig is.
Hanchen Huang, professor en voorzitter van de afdeling mechanische en industriële engineering van Northeastern, en twee van zijn promovendi bedachten het proces, dat ze MesoGlue noemen. Het onderzoek van het team werd deze maand gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials and Processes .
Het proces werkt door gebruik te maken van metalen nanostaven - kleine metalen staven van slechts 10 of 20 nanometer breed, gecoat met iridium aan de ene kant en gallium aan de andere. De staven zijn gerangschikt in lijnen op een bovenste en een onderste substraat, zoals tanden op een rits. Wanneer de tanden met elkaar verweven zijn, raken het iridium en gallium elkaar en worden vloeibaar. Vervolgens verandert de kern van de metalen nanostaafjes die vloeistof in een vaste stof, waardoor een stevige binding ontstaat. Het hele proces duurt minder dan een minuut.
"Het gebeurt bij kamertemperatuur, vrijwel met alleen je vingertopdruk, " zegt Huang.
In tegenstelling tot standaard polymeerlijm blijft de metaallijm sterk bij hoge temperaturen en onder hoge druk. Het is ook een uitstekende geleider van warmte en elektriciteit en is bestand tegen lucht- en gaslekken.
Hoe MesoGlue werkt (Northeastern University) MesoGlue kan worden gebruikt om componenten aan printplaten te bevestigen zonder te solderen. Dit elimineert het risico dat het soldeerproces andere elementen op de printplaat beschadigt, een langdurig probleem bij het maken van printplaten. MesoGlue kan ook nuttig zijn in koellichamen, de componenten die voorkomen dat elektronica oververhit raakt. Meestal gebruiken koellichamen wat bekend staat als "thermisch vet" of "thermische pasta", een geleidende lijm die wordt gebruikt om gaten tussen het koellichaam en de warmtebron op te vullen. Dit is belangrijk omdat het lucht buitenhoudt die anders als een isolator zou werken en de prestaties van het koellichaam zou verminderen. MesoGlue kan traditioneel thermisch vet vervangen, omdat het een hogere warmtegeleiding heeft en niet snel uitdroogt. Uiteindelijk kan de verhoogde efficiëntie van warmteafvoer de levensduur van het elektronische product verlengen. MesoGlue kan ook handig zijn voor het bevestigen van buisfittingen op plaatsen waar lassen niet mogelijk is, bijvoorbeeld onder water of in de ruimte. Aangezien er geen warmte, elektriciteit of gas betrokken is bij het maken van de binding, is er geen risico op explosies of andere gevaarlijke reacties.
Huang en zijn team werken al twaalf jaar aan de nanorod-technologie. Huang dankt veel van zijn succes aan de voortdurende steun van het Department of Energy Bureau van Basic Energy Sciences (BES), dat zijn laboratorium op lange termijn financierde.
"In dit land hebben we maar heel weinig instanties die basiswetenschap en onderzoek op lange termijn ondersteunen, " zegt hij. "[BES] is een bureau dat echt een langetermijninvestering doet en dat echt impact kan hebben."
Huang en zijn studenten hebben een voorlopig patent voor het MesoGlue-proces ontvangen en hebben een bedrijf gelanceerd om het product te verkopen. Ze zijn momenteel in gesprek met verschillende industrieën over mogelijk gebruik. Huang ziet MesoGlue worden gebruikt in toepassingen zowel dagelijks als buitengewoon. Hoewel de lijm waarschijnlijk veel te duur is voor normaal huishoudelijk gebruik (geen gallium-iridium-gelijmde macaroni-kunst voor je koelkast, sorry), kan de lijm het solderen in gewone huishoudelijke elektronica (telefoons, computers, televisie) gemakkelijk vervangen. Het zou ook kunnen worden gebruikt in militaire en ruimtevaarttechnologie, waar elektronica onder extreme kracht moet standhouden.
"De technologie is klaar, maar moet worden geïntegreerd in de processen [van verschillende toepassingen]", zegt Huang. En dat, voegt hij eraan toe, kan een maand, misschien een jaar duren. "Ik weet het echt niet", zegt hij.
