بوسطن, أكتوبر 31, 2023 — ضمان عدم التأثر السلبي للمكونات الإلكترونية الحساسة بالتداخل الكهرومغناطيسي المشع (EMI) هو جزء أساسي من تصميم الدوائر. حيث تحديد الحجم وقرب المكونات من بعضها البعض هي أولوية، مثل الهواتف الذكية والساعات الذكية، فإن التحصين التقليدي على مستوى اللوحة باستخدام الأغلفة المعدنية يتم استبداله بشكل متزايد بالتحصين على مستوى تغليف الرقائق باستخدام الطلاءات الموصلة المطبقة مباشرة على رقائق أشباه الموصلات. هذا النهج يستخدم تقنيات الطلاء الحديثة مثل الرش والطباعة، مما يخلق فرصًا جديدة للمواد الوظيفية.
عند اختيار مادة لـالتحصين التغليفي للرقائق من التداخل الكهرومغناطيسي، هناك عدة عوامل يجب مراعاتها. أهمها هو تخفيض الإشعاع الكهرومغناطيسي المستقبل، والذي يعتمد على التوصيل الكهربائي والنفاذية المغناطيسية. وغالبًا ما يتم التعبير عنه بفاعلية التحصين (SE)، حيث تمكن القيم الأعلى من استخدام طبقة أرق، مما يقلل من الوزن واستهلاك المواد. ومن العوامل المادية الأخرى اللصق بالمادة الرابطة للرقائق المجاورة، والتوصيل الحراري، والكثافة، والاستقرار الكيميائي، والتوافق مع طريقة الترسيب إذا كانت المعالجة من محلول.
مفهوم التجارية للتحصين من التداخل الكهرومغناطيسي. المصدر: آي دي تك إكس
المعدن المرسب بالتندفع
الترسيب المعدني بالتندفع هي تقنية مألوفة للتحصين التغليفي، حيث يتم تعريض كتل صلبة عالية النقاوة من المعادن لشعاع من الأيونات المشحونة التي تسبب ترسيبها. وتستخدم العديد من طبقات التحصين التغليفي طبقات متعددة من المعادن، والتي يمكن الحصول عليها بسهولة عن طريق تبديل كتل التندفع. وعادة ما تكون طبقات التغطية و/أو اللصق مصنوعة من التيتانيوم أو الكروم أو الفولاذ المقاوم للصدأ، بينما تكون طبقة التحصين الرئيسية عادة من معادن أرخص ثمنًا مثل النحاس أو الألومنيوم أو النيكل.
على الرغم من أن الترسيب بالتندفع مألوف، إلا أن هناك نطاقًا للابتكار. حيث اقترحت إستراتيجية واحدة، مستوحاة من طلاءات منع الانعكاس البصرية، استخدام تداخل بناء من تركيبة متعددة الطبقات لزيادة فاعلية التحصين. ومع ذلك، فإن هذه التحسينات تعتمد بشكل كبير على التردد بسبب المسافة الثابتة للمواد.
الحبر الموصل
يوفر ترسيب المواد من المحلول بديلاً للترسيب بالتندفع، مع تكاليف معدات منخفضة كون العملية تتم في ظروف جوية بدلاً من الفراغ. وقد تم تطوير مجموعة من طرق المعالجة من المحلول، بما في ذلك الرش والطباعة بالنافثة الحبرية، للتحصين من التداخل الكهرومغناطيسي، والتي تتطلب جميعها الحبر الموصل. على الرغم من ارتفاع أسعار المعادن، إلا أن حبر الفضة لا يزال يهيمن على السوق بسبب توصيله العالي واستقراره الكيميائي.
على الرغم من استخدام نفس المعدن الأساسي، إلا أن هناك نطاقًا واسعًا للتمييز بين موردي الحبر الموصل. حيث أن شكل وحجم الجسيمات عوامل رئيسية، حيث توفر الجسيمات النانوية عادة توصيلًا أعلى ولكنها تتطلب درجات حرارة أعلى للتجفيف مقارنة بالحبر المتضمن شرائح المعدن. كما أن الحبر خالي الجسيمات، المعروف أيضًا باسم الحبر الجزيئي، هو بديل مثير للاهتمام. حيث أنه بدلاً من كونه معلق لجسيمات المعدن، فإن الحبر عبارة عن محلول لمركبات عضوية فلزية يتم تحويلها إلى معدن صلب في الموقع. ومن مزايا الحبر خالي الجسيمات أنه يلغي مخاطر انسداد البخاخ، وهو عامل هام لطرق الطباعة الرقمية مثل الرش والنافثة الحبرية التي تتيح الترسيب الانتقائي.
المواد الثنائية الأبعاد MXenes
إن المادة المثالية للتحصين من التداخل الكهرومغناطيسي ستتمتع بتوصيل كهربائي عال، وكثافة منخفضة، ومرونة لاستيعاب التمدد الحراري، وكيمياء سطحية قابلة للتعديل لضمان الالتصاق، وقابلية للمعالجة من المحلول. وتتوافق فئة المواد الناشئة MXenes، وهي عائلة من المواد غير العضوية ثنائية الأبعاد تتكون من عدة طبقات من كربيدات ونيتريدات وكربونيتريدات معدنية انتقالية، مع هذا الوصف. وبالتالي، فإن MXenes تكون موضوع بحث أكاديمي وتجاري للتطبيقات عبر الإلكترونيات، بما في ذلك التحصين من التداخل الكهرومغناطيسي، مع الجهود الحالية لتوسيع نطاق إنتاجها.
تغطية شاملة
يوفر تقرير آي دي تك إكس “EMI Shielding for Electronics 2024-2034: Forecasts, Technologies, Applications” نظرة شاملة على سوق “التحصين من التداخل الكهرومغناطيسي للإلكترونيات”، مع تقييم أكثر تفصيلاً للفئات المادية المبينة أعلاه بالإضافة إلى المواد الهجينة المحتوية على النانوكربون والهياكل غير المنتظمة والمواد المزدوجة الوظيفة للتحصين/الواجهة الحرارية. كما يتم تقييم الابتكارات التي ستدعم تبني الدمج غير المتجانس وتغليف الرقائق المتقدمة، إلى جانب أنشطة اللاعبين الرئيسيين. ويتم توفير توقعات لمدة 10 سنوات لكل من طرق الترسيب واستهلاك الحبر الموصل، مع الاعتما
