المعجون الإلكتروني ليس مجرد "ملاط": إنه تآزر بين المسحوق الوظيفي ومسحوق الزجاج والناقل

المعجون الإلكتروني هو مصطلح عام لشيء يشبه المعجون أو المواد الإلكترونية السائلةيتم تطبيقه عادة من خلال الطباعة على الشاشة، والطباعة بالحبر النفاث، طلاءأو الطباعة بالوسادة، أو الطباعة ثلاثية الأبعاد. يُرسَّب المعجون على ركائز مثل السيراميك، أو الزجاج، أو أغشية البوليمر، أو رقائق السيليكون، أو القواعد المعدنية. بعد التلبيد أو المعالجة، يُشكِّل أغشيةً أو أنماطًا وظيفية.

يُستخدم على نطاق واسع في دوائر الأغشية السميكة، وخلايا التغليف متعددة الطبقات، ومحثات الرقائق متعددة الطبقات، والخلايا الكهروضوئية، وتغليف أشباه الموصلات، وأجهزة العرض، والمستشعرات. يؤدي هذا المعجون أدوارًا متعددة، مثل التوصيل، وتعديل المقاومة، والعزل، والحماية، والتوصيل الشفاف.

للوهلة الأولى، يبدو المعجون الإلكتروني كتلةً لزجةً. في جوهره، هو نظامٌ مُركّبٌ متعدد المراحل. يتكون عادةً من مساحيق وظيفية، ومواد رابطة، وناقلات عضوية.

في معظم معاجين الأغشية السميكة، يتضمن هذا النظام تحديدًا مساحيق وظيفية، ومساحيق زجاجية، وناقلات عضوية. تُحدد المساحيق الوظيفية الأداء الكهربائي. تُوفر مساحيق الزجاج ثباتًا هيكليًا وقوة التصاق. تضمن الناقلات العضوية مرونة العملية. تختلف هذه المكونات الثلاثة في أدوارها، لكنها مترابطة. تُحدد معًا الأداء النهائي للمعجون.

في بعض الحالات الخاصة، قد لا تُستخدم مساحيق الزجاج. وعوضًا عن ذلك، تُستخدم الراتنجات أو المعادن ذاتية التلبيد كمكونات هيكلية.

مسحوق وظيفي - النواة التي تحدد الوظيفة

في المعجون الإلكتروني، يتمثل دور المساحيق الوظيفية في توفير الخصائص الكهربائية. يُحدد نوع المسحوق وظيفة المعجون في الجهاز مباشرةً، إذ يُحدد ما إذا كان المعجون موصلاً للضوء، أو مقاوماً له، أو عازلاً له، أو ناقلاً له أثناء التوصيل.

معجون موصلمعادن مثل الفضة (Ag)، والنحاس (Cu)، والنيكل (Ni)، أو النحاس المطلي بالفضة. تُشكّل هذه المعادن مساراتٍ موصلة وتعمل كأقطاب كهربائية.
معجون مقاوممساحيق الأكسيد، مثل أكسيد الروثينيوم (RuO₂) أو أكسيد الروديوم (RhO₂)، تُوفر مقاومة مُتحكم بها.
معجون عازلمساحيق مثل تيتانات الباريوم (BaTiO₃) أو تيتانات الباريوم والسترونشيوم (BST). تضمن هذه المساحيق العزل وتخزين الشحنات.
معجون موصل شفاف: أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO)، وأسلاك الفضة النانوية، والجرافين. تسمح هذه المواد بالتوصيل الكهربائي مع الحفاظ على نفاذية الضوء.

مسحوق الزجاج - "الموثق" و"المنظم الهيكلي"

في تركيبة المعجون، لا يُعد مسحوق الزجاج العنصر الأساسي، ولكنه يلعب دورًا حاسمًا. أثناء عملية التلبيد، يلين ويتدفق، ثم يتصلب مع الركيزة والمساحيق. يعمل مسحوق الزجاج كمادة رابطة ومنظم هيكلي.

وتشمل أدوارها الرئيسية ما يلي:

التصاق:يلين الزجاج عند درجات الحرارة العالية، ويربط المعادن أو الأكاسيد بالسيراميك أو الزجاج أو السيليكون. بدونه، قد تتقشر الأقطاب الكهربائية.
التكثيف: يملأ تدفقه الفراغات بين الجسيمات، مما يزيد من كثافة الغشاء ويحسّن الاستقرار الكهربائي.
مطابقة التمدد الحراري:يؤدي تعديل تركيبة الزجاج إلى جعل معامل تمدده أقرب إلى معامل تمدد الركيزة. هذا يُخفف الضغط ويمنع التشققات والتشوهات.

تُحدد المساحيق الوظيفية الخصائص الكهربائية. أما مساحيق الزجاج فتضمن ثبات هذه الخصائص وديمومة تأثيرها.

ملحوظةغالبًا ما تعتمد المعاجين الموصلة الشفافة المستخدمة على ركائز الزجاج أو البولي إيثيلين تيريفثالات أو البولي إيثيلين تيريفثالات (PI) على بوليمرات مثل الإيبوكسي أو الأكريليك أو البولي يوريثان كمواد رابطة. تتصلب هذه المعاجين في درجة حرارة منخفضة، أو حتى في درجة حرارة الغرفة، دون الحاجة إلى مساحيق الزجاج.

أنظمة الزجاج الرئيسية في المعاجين الإلكترونية

نوع الزجاج	النظام التمثيلي	نقطة تليين الزجاج (°م)	المواد الكيميائية استقرار	معامل التمدد الحراري (10°C-1)	المزايا	سلبيات
زجاج الرصاص	Pb0-Si0,、Pb0-B,0:-Si0.PbO-Zn0-B,0:-Si0,等	350-600	استقرار جيد	70-120	مقاومة عالية، خسارة عازلة منخفضة، درجة حرارة تليين منخفضة، واستقرار كيميائي جيد.	تشكل سيراميكات AIN القابلة للأكسدة بسهولة مخاطر كبيرة على البشر والبيئة.
زجاج البزموت	Bi,0;-B,0,-Si0₂、BizO:-B₂0:-BaOBi,0:-Zn0-Si0.Bi,0:-B,0:-Zn0.BizO:-Si0z-Sb,Os等	350-500	استقرار جيد	90-150	تتمتع أكاسيد البزموت العالية، المشابهة للزجاج الرصاصي، بدرجة حرارة تليين منخفضة واستقرار كيميائي جيد.	تعتبر سيراميكات AIN القابلة للأكسدة بسهولة باهظة الثمن، وعرضة لترسب البزموت، كما أنها تتمتع بمقاومة ضعيفة للأحماض.
زجاج البورات	Ba0-B,0:-Si0?Ca0-B,0:-Si0,-Ba0.Si0,-B,0;-AlO;-RO 等	300-600	غير مستقر للغاية	90-150	لا يمكن الوصول إلى نقطة الانصهار المنخفضة إلا عن طريق إضافة معدن قلوي، أو زجاج معدن قلوي ترابي، أو أيونات معادن ثقيلة.	إنها غير مستقرة كيميائيًا، ولها عمومًا معامل مرتفع للتمدد الحراري، وعرضة للانفصال الطوري.
زجاج الزنك	Zn0-B,0;-Si0.Zn0-Ba0-B,0:Zn0-B,0:-Al0:-Si0,等	450-600	استقرار جيد	60-90	إنها توفر خصائص كيميائية مستقرة، ومعامل تمدد حراري منخفض، وقوة ربط عالية، ونقطة انصهار منخفضة.	كما أن لديهم قابلية لحام ضعيفة وخصائص تدفق ضعيفة في درجات الحرارة المرتفعة.

الناقل العضوي – مفتاح التحكم في العملية

المادة الحاملة العضوية عبارة عن خليط من المذيبات (65-98% وزنًا)، ومكثفات، وعوامل ثيكسوتروبيك، ومواد خافضة للتوتر السطحي، ومُعدّلات تدفق. تحتوي المادة على الأقل على مذيب عضوي ومكثف. تشمل المذيبات الشائعة أسيتات إيثر ثنائي إيثيلين جليكول، وسيترات تريبوتيل، وفثالات ثنائي بوتيل.

مع أن الناقلات لا تُسهم في الوظائف الكهربائية، إلا أنها تُتحكم في قابلية المعالجة. فهي تُحدد خصائص الرومولوجيا والالتصاق الأولي بالركائز.

يتجه الاتجاه الحديث نحو استخدام مواد ناقلة منخفضة المخلفات والروائح وصديقة للبيئة. حتى أن بعض المنتجات تعتمد على أنظمة غروانية مائية أو غير عضوية لتلبية متطلبات التصنيع الأخضر.

خاتمة

تُعطي المساحيق الوظيفية للمعجون الإلكتروني خصائصه الكهربائية. وتُحافظ مساحيق الزجاج على هذه الخصائص بشكل ثابت ومتين. وتضمن الحوامل العضوية سهولة المعالجة أثناء التصنيع. الأجزاء الثلاثة مُقسّمة وظيفيًا بشكل واضح، ولكنها مُترابطة. وتُشكّل معًا نظامًا مُتوازنًا متعدد المراحل.