(Phys.org) - Des scientifiques de la direction des matériaux avancés et des nanosystèmes du Lockheed Martin Space Systems Advanced Technology Center (ATC) à Palo Alto ont développé un matériau d'interconnexion électrique révolutionnaire à base de cuivre et de nanotechnologie, ou à souder, qui peut être traité autour de 200 °C. Une fois entièrement optimisé, le matériau de soudure CuantumFuse devrait produire des joints avec une conductivité électrique et thermique jusqu'à 10 fois supérieure à celle des matériaux à base d'étain actuellement utilisés. Des applications dans des systèmes militaires et commerciaux sont actuellement à l'étude.
"Nous sommes extrêmement enthousiasmés par notre percée CuantumFuse, et sommes très satisfaits des progrès que nous réalisons pour l'amener à pleine maturité, " a déclaré le Dr Kenneth Washington, vice-président de l'ATC. « Nous sommes fiers de proposer des innovations telles que CuantumFuse pour les applications spatiales et de défense, mais dans ce cas, nous sommes enthousiasmés par l'énorme potentiel de CuantumFuse dans les applications de défense et de fabrication commerciale."
Autrefois, presque toutes les soudures contenaient du plomb, mais il y a maintenant un besoin urgent de soudure sans plomb en raison d'un effort mondial visant à éliminer progressivement les matières dangereuses dans l'électronique. L'Union européenne a mis en place la soudure sans plomb en 2006. L'État de Californie l'a fait le 1er janvier. 2007, suivi peu après par le New Jersey et la ville de New York.
Le principal remplacement sans plomb - une combinaison d'étain, argent et cuivre (Sn/Ag/Cu) – s'est avéré acceptable pour l'industrie de l'électronique grand public qui traite principalement des cycles de vie de produits courts et des environnements d'exploitation relativement bénins. Cependant, plusieurs problèmes se sont posés :des températures de traitement élevées entraînent des coûts plus élevés, la forte teneur en étain peut conduire à des moustaches d'étain pouvant provoquer des courts-circuits, et les fractures sont courantes dans les environnements difficiles, rendant difficile la quantification de la fiabilité. Ces problèmes de fiabilité sont particulièrement aigus dans les systèmes militaires, aérospatial, médical, pétrole et gaz, et l'industrie automobile. Dans de telles applications, la longue durée de vie et la robustesse des composants sont essentielles, où les vibrations, choc, Cyclisme thermique, humidité, et l'utilisation de températures extrêmes peut être courante.
« Pour répondre à ces préoccupations, nous avons réalisé qu'une approche fondamentalement nouvelle était nécessaire pour résoudre le défi de la soudure sans plomb, " a déclaré le Dr Alfred Zinn, scientifique des matériaux à l'ATC et inventeur de la soudure CuantumFuse. "Plutôt que de trouver un autre alliage multi-composants, notre équipe a conçu une solution basée sur l'abaissement du point de fusion bien connu des matériaux sous forme de nanoparticules. Compte tenu de ce phénomène à l'échelle nanométrique, nous avons produit une pâte à braser à base de cuivre pur."
Un certain nombre d'exigences ont été prises en compte dans le développement de la pâte à souder CuantumFuse, notamment, mais sans s'y limiter :1) une taille de nanoparticule suffisamment petite, 2) une distribution de taille raisonnable, 3) évolutivité de la réaction, 4) synthèse à faible coût, 5) résistance à l'oxydation et à la croissance aux conditions ambiantes, et 6) une fusion de particules robuste lorsqu'elle est soumise à une température élevée. Le cuivre a été choisi car il est déjà utilisé dans toute l'industrie électronique comme traceur, interconnecter, et matériel de protection, minimiser les problèmes de compatibilité. C'est bon marché (1/4 du prix de l'étain; 1/100 du prix de l'argent, et 1/10, 000e celui de l'or), abondant, et a une conductivité électrique et thermique 10 fois supérieure à celle de la soudure commerciale à base d'étain.
L'ATC a fait la démonstration de CuantumFuse avec l'assemblage d'une petite carte de caméra de test. "Ces réalisations sont extrêmement excitantes et prometteuses, mais nous devons encore résoudre un certain nombre de défis techniques avant que CuantumFuse soit prêt pour une utilisation de routine dans des applications militaires et commerciales, " a déclaré Mike Beck, directeur du groupe Matériaux Avancés et Nanosystèmes à l'ATC. "Résoudre ces défis, telles que l'amélioration de la force de liaison, est au centre de la recherche et du développement en cours du groupe. »
