Специальные капсулы с жидким металлом позволяют производить пайку без использования тепла - «Наука и технологии»

Пайка является весьма и весьма распространенной технологией, широко используемой при производстве и ремонте электроники практически любого вида. В большинстве случаев для качественной пайки используются высокотемпературные припои, точка плавления которых находится в пределах 200-300 градусов Цельсия. Для критичных случаев используют низкотемпературные припои, к примеру, сплав Вуда или сплав Розе, температура плавления которых не превышает 100 градусов. Но бывают и особо критичные случаи, когда воздействие даже не очень высокой температуры принципиально недопустимо, и в данном случае для пайки можно использовать новую технологию, разработанную исследователями из Аризонского университета.

Основу разработанной технологии пайки составляют капельки жидкого металла, металлического сплава, остающегося в жидком состоянии при нормальной температуре, облаченные в специальную тонкую защитную оболочку. Весь фокус и заключается в этой оболочке, которая удерживает металлический сплав в жидком состоянии даже тогда, когда температура окружающей среды существенно ниже температуры плавления данного сплава. Но когда эти хрупкие оболочки разрушаются, жидкий металл, попадая на спаиваемые поверхности, охлаждается и становится твердым, скрепляя поверхности в единое целое.

В основе всего этого лежит явление, известное под названием переохлаждение. Защитная раковина, оболочка капельки жидкого металла, не содержит никаких дефектов, она имеет абсолютно равномерную толщину, что препятствует возникновению точек кристаллизации, из которых и берет начало процесс затвердевания. Если наблюдать за медленным процессом образования льда, то можно заметить, что этот процесс начинается от одной или нескольких точек. Эти точки представляют собой области с более низкой температурой, которая возникает из-за присутствия неоднородностей, к примеру, частичек пыли. И если устранить эти неоднородности, то жидкости можно охлаждать ниже точки из замерзания, при этом они будут продолжать оставаться в жидком состоянии.

Капельки жидкого металла с однородной защитной оболочкой были получены исследователями путем распыления жидкого металла в пену, содержащую большое количество кислорода. Этот кислород является причиной формирования тонкой окисной пленки вокруг капельки металла, которая затем укрепляется за счет реакции с уксусной кислотой, образуя прочное окисно-ацетатное соединение. А последующее плавное снижение температуры позволяет металлическому сплаву продолжать оставаться в жидком состоянии. Отфильтрованные капельки в защитных оболочках могут быть нанесены на предварительно очищенные и химически активированные спаиваемые поверхности, а приложенное извне давление заставит разрушиться их хрупкие оболочки.

Проверяя работу технологии такой низкотемпературной пайки, исследователям удалось припаять золотой проводник к золотой поверхности, "заживить" отверстия, сделанные в серебряной фольге и спаять вместе два кусочка фольги из разных металлов. Несмотря на это, можно сказать, что выбрасывать традиционный паяльник еще рано, ведь трудность производства микрокапелек жидкого металла в защитных оболочках делает эту технологию достаточно дорогостоящей. Однако, в некоторых случаях, когда использование высокой температуры принципиально недопустимо, этот метод может стать единственным, который позволит изготовить или починить некоторые экзотические элементы не менее экзотических электронных устройств.