Химики из Университета Айовы разработали технологию холодной пайки металлом, позволяющую без использования нагрева скреплять между собой проводники (например, токопроводящие дорожки или провода) простым нанесением пасты и механическим растиранием. Метод использует переохлажденные капли жидкого металла и позволяет использовать для скрепления сплавы с температурами плавления до 140 °C. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports, кратко о нем сообщает Nature.

Авторы использовали три различных сплава: галлий-висмут с температурой плавления 16 °C, висмут-индий-олово (сплав Филдса) — 62 °C и висмут-олово — 139 °C. Для создания нового типа припоя кусочки металла помещали в небольшие сосуды, заполненные раствором уксусной кислоты и нагревали. После плавления металла химики с помощью дремеля, вращавшего крестовидную насадку, разбивали его на мелкие частицы диаметром от четырех нанометров до пяти микрометров. 

Из-за окружающей агрессивной среды, частицы покрывались коркой ацетатов и оксидов металла и не слипались обратно. При этом, дальнейшее охлаждение не приводило к застыванию металла — возникало состояние переохлаждения. В частности, этому благоприятствовало то, что оболочка не позволяла капле метала найти себе центр кристаллизации, например, какую-либо песчинку. 

Шарики «жидкого металла» под электронным микроскопом. С помощью сфокусированного ионного луча частицы частично обтравливают, но они тут же застывают при нарушении оболочки. Изображение: Simge Çınar et al. / Scientific Reports, 2016

Для пайки припой наносили между двумя скрепляемыми металлическими полосками и механически деформировали, например, прокатывая сверху стеклянный цилиндр. Нарушалась целостность корки капсулы и жидкий металл застывал, найдя центр кристаллизации. В результате два объекта прочно скреплялись между собой. Авторам удалось продемонстрировать пайку сплавом Филдса двух золотых контактов, запаивание отверстия в тонком серебряном слое и склеить между собой золотую и алюминиевую фольгу. В дальнейшем, ученые планируют найти сплавы с более высокими исходными температурами плавления, которые также способны давать подобные капли жидкого металла. Это увеличит надежность спаек и позволит использовать их в микроэлектронике.

Ранее другая группа материаловедов сообщила о создании похожей технологии для клея, получившей название «жидкий мрамор». В ней капли клейкого полимера обсыпаются порошком карбоната кальция, благодаря почему получается тонкий порошок, становящийся клейким под давлением, разрушающим оболочку капсул.

Автор: Владимир Королёв