المعجون الإلكتروني مصطلح عام يُطلق على منتجات المواد الإلكترونية، سواء كانت على شكل معجون أو سائل. تُطبّق هذه المعاجين عادةً على ركائز مثل السيراميك والزجاج والأغشية البوليمرية ورقائق السيليكون والقواعد المعدنية، وذلك عبر الطباعة بالشاشة الحريرية أو الطباعة النفاثة للحبر أو الطلاء أو الطباعة الوسيطة أو الطباعة ثلاثية الأبعاد. بعد التلبيد أو المعالجة، تُشكّل طبقات أو أنماطًا وظيفية. يُستخدم هذا المعجون على نطاق واسع في الدوائر ذات الأغشية السميكة، ومكثفات السيراميك متعددة الطبقات (MLCCs)، ومحاثات الرقائق متعددة الطبقات، والخلايا الكهروضوئية، وتغليف أشباه الموصلات، وأجهزة العرض، والمستشعرات. تؤدي هذه المعاجين وظائف متنوعة تشمل التوصيل، وضبط المقاومة، والخصائص العازلة، والحماية، والتوصيل الشفاف. تُعدّ هذه المعاجين نظامًا ماديًا أساسيًا لتحقيق أداء عالٍ وموثوقية في المكونات الإلكترونية الحديثة.
مع أن المعجون الإلكتروني قد يبدو بسيطًا في مظهره، إلا أنه في جوهره نظام مركب متعدد المراحل، يتكون عادةً من ثلاثة أجزاء: مسحوق وظيفي، ومادة رابطة، وناقل عضوي. في معظم معاجين الأغشية السميكة، يتكون هذا النظام تحديدًا من ثلاثة مكونات رئيسية: مسحوق وظيفي، ومزيج زجاجي، وناقل عضوي. يحدد المسحوق الوظيفي الخصائص الكهربائية، بينما يضمن مزيج الزجاج ثبات الهيكل والالتصاق، بينما يُمكّن المركب العضوي من تكيف العملية. لهذه المكونات الثلاثة أدوار مميزة، لكنها مترابطة، حيث تُحدد مجتمعةً الأداء النهائي للمعجون. تجدر الإشارة إلى أنه في بعض التطبيقات الخاصة، توجد أنظمة بديلة قد تتخلى عن مزيج الزجاج، أو تستخدم الراتنجات بدلاً منه، أو تعتمد على التلبيد الذاتي للمعادن.
مسحوق وظيفي
في معاجين الإلكترونيات، يُوفر المسحوق الوظيفي الخصائص الكهربائية المطلوبة. يُحدد نوع المسحوق المُختار مباشرةً دور المعجون في الجهاز. يعمل كموصل، أو مقاوم، أو عازل، أو موصل شفاف. باختصار، يُحدد المسحوق الوظيفي الوظيفة النهائية للمعجون الإلكتروني. تشمل الأنواع الشائعة من المساحيق الوظيفية في معاجين الإلكترونيات ما يلي:
زجاج فريت
على الرغم من أنه ليس المكون الرئيسي في تركيبات المعجون الإلكتروني، إلا أن فريت الزجاج يلعب دورًا داعمًا بالغ الأهمية. أثناء عملية التلبيد، يلين ويتدفق، ثم يتماسك مع الركيزة والمسحوق الوظيفي، ليؤدي دورًا مزدوجًا كـ "رابط" و"مُعدِّل للبنية". وظائفه الرئيسية هي:
① الترابط اللاصق: يُلحم الزجاج المُطرّى عند درجات حرارة عالية مساحيق المعدن أو الأكسيد بإحكام على سطح السيراميك أو الزجاج أو رقائق السيليكون. قد يؤدي نقص تماسك الزجاج إلى ضعف التصاقه أو حتى تقشيره.
② التكثيف: تساعد سيولة الزجاج على ملء المسام بين الجسيمات، مما يزيد من كثافة وسلامة الطبقة المحروقة، وبالتالي تحسين الاستقرار الكهربائي.
③ مطابقة التمدد الحراري: من خلال تعديل تركيبة الزجاج، يمكن مطابقة معامل التمدد الحراري (CTE) الخاص به مع معامل الركيزة، مما يخفف الضغط ويقلل من خطر التشقق أو الانحناء بعد التلبيد.
إذا كان المسحوق الوظيفي يُحدد الأداء الكهربائي للمعجون الإلكتروني، فإن خليط الزجاج يُحدد مدى ثبات هذه الخصائص واستمراريتها. أنظمة الزجاج الرئيسية المستخدمة في المعاجين الإلكترونية هي كما يلي:
أنظمة الزجاج في المعاجين الإلكترونية
| نوع الزجاج | الأنظمة التمثيلية | نقطة تليين الزجاج /°م | الاستقرار الكيميائي | معامل التمدد الحراري /10⁻⁷°C⁻¹ | المزايا | العيوب |
| الزجاج المحتوي على الرصاص | PbO-SiO₂، PbO-B₂O₃-SiO₂، PbO-ZnO-B₂O₃-SiO₂، إلخ. | 350~600 | استقرار جيد | 70~120 | مقاومة عالية، خسارة عازلة منخفضة، درجة حرارة تليين منخفضة، استقرار كيميائي جيد. | يعتبر خطيرًا على البشر والبيئة؛ حيث يمكن أن يؤدي إلى أكسدة سيراميك AlN. |
| الزجاج القائم على البزموت | Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂، Bi₂O₃-B₂O₃-BaO، Bi₂O₃-ZnO-SiO₂، Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO، Bi₂O₃-SiO₂-Sb₂O₅، إلخ. | 350~500 | استقرار جيد | 90~150 | مشابه للزجاج الذي يحتوي على الرصاص: درجة حرارة تليين منخفضة، واستقرار كيميائي جيد. | مقاومة ضعيفة للأحماض؛ يمكن أن تؤدي إلى أكسدة سيراميك AlN. |
| زجاج البورات | BaO-B₂O₃-SiO₂، CaO-B₂O₃-SiO₂-BaO، SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-RO، إلخ. | 300~600 | أقل استقرارا | 90~150 | يتميز عمومًا بمعامل تمدد حراري مرتفع. ولا يتحقق تأثير ذوبان منخفض إلا بإضافة أيونات فلز قلوي، أو فلز قلوي ترابي، أو أيونات معادن ثقيلة. | غير مستقر كيميائيًا، وعرضة للانفصال الطوري. |
| الزجاج القائم على الزنك | ZnO-BaO-B₂O₃، ZnO-B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂، إلخ. | 450~600 | استقرار جيد | 60~90 | مستقر كيميائيا، معامل منخفض للتمدد الحراري، قوة ربط عالية، نقطة انصهار منخفضة. | قابلية اللحام ضعيفة، وقدرة التدفق في درجات الحرارة المرتفعة ضعيفة نسبيًا. |
ملاحظة: تعتمد المعاجين الموصلة الشفافة، والتي تستخدم غالبًا على ركائز الزجاج، والبولي إيثيلين تيريفثالات، والبولي إيثيلين تيريفثالات، وغيرها من الركائز الشفافة/المرنة، بشكل أكثر شيوعًا على البوليمرات (مثل الإيبوكسي، والراتنج الأكريليكي، والبولي يوريثين، وما إلى ذلك) كمرحلة رابطة بدلاً من الفريت الزجاجي، والتصلب في درجات حرارة منخفضة أو حتى درجة حرارة الغرفة.
مركبة عضوية
يتكون المركب العضوي من مذيب عضوي، ويتراوح وزنه الإجمالي بين 65% و98% تقريبًا. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك: ثنائي إيثيلين جليكول، وأسيتات أحادي إيثيل إيثر، وسيترات ثلاثي بوتيل، وفثالات ثلاثي بوتيل، وغيرها، ومكثفات، وعوامل ثيكسوتروبيك، ومواد خافضة للتوتر السطحي، وعوامل تسوية. ويحتوي المركب، كحد أدنى، على مذيب عضوي ومكثف.
على الرغم من أن المادة العضوية لا تُسهم في الوظيفة الكهربائية للطبقة النهائية المُحرَقة، إلا أنها تُحدد قابلية معالجة العجينة أثناء التحضير. ويتمثل دورها الأساسي في تزويد العجينة بخصائص ريولوجية مناسبة لعمليات التطبيق المختلفة، بالإضافة إلى الالتصاق الأولي بالركيزة. في السنوات الأخيرة، اتجه تطوير المواد العضوية نحو تقليل الرواسب والروائح الكريهة، والحفاظ على البيئة. حتى أن بعض المنتجات تحاول استخدام أنظمة غروانية مائية أو غير عضوية لتلبية متطلبات التصنيع الأخضر.
ملخص
يوفر المسحوق الوظيفي الخصائص الكهربائية اللازمة للمعجون الإلكتروني. ويضمن التزجيج الزجاجي ثبات هذه الخصائص ومتانتها. وأخيرًا، يضمن الناقل العضوي سهولة معالجة المعجون أثناء التصنيع. تتميز هذه المكونات الثلاثة بتقسيم واضح للعمل، لكنها مترابطة في الوقت نفسه، لتشكل نظامًا متوازنًا متعدد المراحل.
يُعدّ استخدام مطاحن النفث الهوائي ومطاحن التصنيف مناسبًا للغاية لتحضير المساحيق الوظيفية وفتات الزجاج المستخدمة في المعاجين الإلكترونية. بالنسبة للمساحيق المعدنية الوظيفية كالفضة والنحاس والنيكل، يوفر الطحن بالنفث الهوائي طريقة خالية من التلوث، إذ يُمكنه تحقيق توزيع دقيق لحجم الجسيمات وشكل كروي، وهما عنصران أساسيان لضمان موصلية عالية وقابلية طباعة ممتازة. وبالمثل، تتفوق مطاحن التصنيف في معالجة المواد الهشة كفتات الزجاج، حيث يُمكن للتكسير المُتحكم به أن يُنتج مسحوقًا ناعمًا ومتجانسًا بمساحة سطحية مُحددة ضرورية لتحقيق أفضل نشاط تلبيد وقوة ربط. وتُعدّ القدرة على التحكم الدقيق في حجم القطع العلوي وعرض التوزيع من خلال التصنيف المُتكامل أمرًا بالغ الأهمية، إذ تؤثر هذه المعايير بشكل مباشر على خواص انسياب المعجون وكثافة التلبيد، وبالتالي على أداء الطبقة الإلكترونية المُلبّدة.
مسحوق ملحمي
في آلات مسحوق ملحمةنحن متخصصون في تقديم حلول طحن وتصنيف مُصممة خصيصًا. صُممت مجموعتنا من مطاحن نفث الهواء ومطاحن التصنيف لتوفير خصائص الجسيمات الدقيقة اللازمة لمعاجين الإلكترونيات عالية الأداء. تواصل معنا لمعرفة كيف يُمكن لخبرتنا مساعدتك في تحسين عملية إنتاج المساحيق لديك.
