Presque toute l'électronique de nos vies - ordinateurs, chaînes stéréo, grille-pain - contient des cartes de circuit imprimé sur lesquelles différents composants sont soudés. Cette soudure est souvent faite à la main, une procédure incroyablement délicate avec peu de marge d'erreur.
Mais maintenant, cette soudure peut être une chose du passé. Une équipe de chercheurs de la Northeastern University de Boston a mis au point un moyen de «coller» un métal à la température ambiante sans nécessiter de chaleur.
Hanchen Huang, professeur et directeur du département de génie mécanique et industriel du Nord-Est, et deux de ses étudiants au doctorat ont mis au point le processus qu'ils ont appelé MesoGlue. Les recherches de l'équipe ont été publiées ce mois-ci dans la revue Advanced Materials and Processes .
Le processus fonctionne en exploitant des nanorodes métalliques - de minuscules tiges métalliques de 10 ou 20 nanomètres de large, recouvertes d'iridium d'un côté et de gallium de l'autre. Les tiges sont disposées en lignes sur un substrat supérieur et inférieur, comme des dents sur une fermeture à glissière. Lorsque les dents sont entrelacées, l'iridium et le gallium se touchent et deviennent liquides. Ensuite, le noyau des nanorodes métalliques transforme ce liquide en un solide, créant un lien ferme. L'ensemble du processus prend moins d'une minute.
«Cela se produit à la température de la pièce, à peu près avec juste la pression du doigt», dit Huang.
Contrairement à la colle polymère classique, la colle métallique reste forte à haute température et sous haute pression. C'est également un excellent conducteur de chaleur et d'électricité et résiste aux fuites d'air et de gaz.
Comment fonctionne MesoGlue (Northeastern University) MesoGlue peut être utilisé pour attacher des composants aux cartes de circuit imprimé sans soudure. Ceci élimine le risque que le processus de soudure endommage d'autres éléments de la carte de circuit imprimé, un problème de longue date dans la création de la carte de circuit imprimé. MesoGlue pourrait également être utile dans les puits de chaleur, les composants qui empêchent les composants électroniques de surchauffer. En règle générale, les dissipateurs de chaleur utilisent ce que l'on appelle «graisse thermique» ou «pâte thermique», un adhésif conducteur utilisé pour combler les vides entre le dissipateur de chaleur et la source de chaleur. Ceci est important car il empêche l'air d'entrer qui, sinon, agirait comme un isolant et réduirait les performances du dissipateur thermique. MesoGlue pourrait remplacer la graisse thermique traditionnelle car il présente une conductivité thermique supérieure et ne risque pas de se dessécher. En fin de compte, l'efficacité accrue de la dissipation thermique pourrait prolonger la durée de vie du produit électronique. MesoGlue pourrait également s'avérer utile pour la fixation de raccords de tuyauterie dans des endroits où le soudage est impossible - sous l'eau, par exemple, ou dans l'espace. Etant donné qu'aucune chaleur, électricité ou gaz n'est impliqué dans la liaison, il n'y a aucun risque d'explosion ou d'autres réactions dangereuses.
Huang et son équipe travaillent sur la technologie nanorod depuis une douzaine d'années. M. Huang attribue en grande partie son succès à l'appui constant du Bureau des sciences de l'énergie de base (BES) du Département de l'énergie, qui a accordé à son laboratoire un financement à long terme.
«Dans ce pays, nous n’avons que très peu d’organismes qui soutiennent la science et la recherche fondamentales à long terme», a-t-il déclaré. "[BES] est une agence qui fait vraiment un investissement à long terme et qui peut avoir un impact important."
Huang et ses étudiants ont reçu un brevet provisoire pour le procédé MesoGlue et ont lancé une société pour vendre le produit. Ils sont actuellement en pourparlers avec diverses industries sur les utilisations possibles. Huang voit MesoGlue être utilisé dans des applications aussi bien quotidiennes qu'extraordinaires. Bien que la colle soit probablement trop chère pour un usage domestique ordinaire (désolé, pas de macaronis collés au gallium-iridium pour votre réfrigérateur), la colle pourrait facilement remplacer la soudure dans les appareils électroniques domestiques ordinaires - téléphones, ordinateurs, télévision -, dit-il. Il pourrait également être utilisé dans les technologies militaires et aérospatiales, où l’électronique doit résister à une force extrême.
«La technologie est prête, mais elle doit être intégrée dans les processus [de diverses applications]», a déclaré Huang. Et cela, ajoute-t-il, pourrait prendre un mois, voire un an. «Je ne sais vraiment pas», dit-il.
