وباعتبارها مادة -غير عضوية وغير معدنية عالية الأداء-، يتم تحضير دخان السيليكا بشكل أساسي من الكوارتز الطبيعي أو الكوارتز المنصهر من خلال سلسلة من إجراءات المعالجة الدقيقة، بما في ذلك التكسير والتصنيف والطحن والفصل المغناطيسي والتعويم والتخليل الحمضي. من بينها، تظهر مركبات قولبة الإيبوكسي (EMCs) المصنوعة من دخان السيليكا الكروي تركيزًا منخفضًا من الضغط وقوة عالية، مما يجعلها أكثر ملاءمة للدوائر المتكاملة (ICs) من دخان السيليكا الزاوي. وفي الوقت نفسه، يمكن لدخان السيليكا الكروي أن يقلل من تآكل المعدات والقوالب أثناء تصنيع المنتجات ذات الصلة.
باعتباره مادة حشو أساسية لتغليف الدوائر المتكاملة، يتم استخدام دخان السيليكا بشكل أساسي في مجالين رئيسيين: مركبات قولبة الإيبوكسي والصفائح المغطاة بالنحاس (CCLs). في مركبات صب الايبوكسي، يمثل دخان السيليكا 70-90٪ من التركيب الإجمالي. إن معامل التمدد الحراري المنخفض وخصائص العزل الكهربائي الممتازة تقلل بشكل فعال من الضغط الداخلي في مركبات القولبة، وتقلل من خطر تشقق الرقائق، وتحسن التبديد الحراري والقوة الميكانيكية. كما أنه يحمي الرقائق من التآكل بسبب الرطوبة الخارجية والغبار، ويتكيف مع أكثر من 97% من سيناريوهات تغليف أشباه الموصلات.
في مجال الصفائح المغطاة بالنحاس، يعمل دخان السيليكا على تحسين مقاومة الحرارة، وثبات الأبعاد، ودقة الحفر للركائز. يستخدم دخان السيليكا الكروي العالي-، مع سيولته الجيدة ومعدل التعبئة العالي، بشكل أساسي في -التطبيقات عالية الجودة مثل -التردد العالي والشرائح المغطاة بالنحاس- ذات السرعة العالية- وركائز IC. من خلال تركيب المساحيق ذات أحجام الجسيمات المختلفة، يتم تحسين الخواص الكهربائية والميكانيكية للصفائح المغطاة بالنحاس- بشكل أكبر، مما يدعم تطوير الدوائر المتكاملة نحو التصغير والكثافة العالية.
تنقسم تقنيات تحضير أبخرة السيليكا الكروية للدوائر المتكاملة بشكل أساسي إلى فئتين: الطرق الفيزيائية والطرق الكيميائية. تشمل الطرق الفيزيائية ذوبان اللهب ومعالجة البلازما، بينما تشمل الطرق الكيميائية طريقة سول-جل، وطريقة المستحلب الدقيق، وطريقة الترسيب الكيميائي، وطريقة الرش، وطريقة طور البخار.
الطرق الفيزيائية
الصهر باللهب عبارة عن تقنية يتم من خلالها-طحن رمل الكوارتز عالي النقاء، ثم غربلته وتنقيته، ثم إدخاله في مجال-عالي الحرارة يتم توليده عن طريق احتراق غاز-الأكسجين. يذوب المسحوق عند درجات حرارة عالية ويتم تبريده بعد ذلك لتكوين دخان سيليكا كروي عالي النقاء-.
يستخدم العلاج بالبلازما الطاقة العالية للبلازما لمعالجة المواد. بالمقارنة مع طريقة البلازما، تتميز عملية الصهر باللهب بعمليات ناضجة وبسيطة، وتكلفة منخفضة، وسهولة التحكم، وكفاءة إنتاج عالية، وجدوى أكبر للإنتاج الصناعي-على نطاق واسع.
الطرق الكيميائية
تتضمن طريقة سول-جل سلسلة من التفاعلات الكيميائية (التحلل المائي، التكثيف، إلخ) للمركبات المعدنية العضوية أو غير العضوية في الطور السائل لتشكيل نظام سول. بعد التعتيق، تتبلمر الجزيئات الغروية في المحلول تدريجيًا إلى مادة هلامية، والتي يتم بعد ذلك تجفيفها ومعالجتها ومعالجتها للحصول على المنتج النهائي.
تستخدم طريقة المستحلب الدقيق المواد الخافضة للتوتر السطحي لاستحلاب مذيبين غير قابلين للامتزاج في نظام تشتيت دقيق موحد. تعمل هذه التشتتات الدقيقة- كمفاعلات دقيقة، حيث يتم حصر نواة ونمو الجزيئات الصلبة داخل مفاعلات دقيقة فردية، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج جسيمات كروية دقيقة.
يستخدم الترسيب الكيميائي بشكل عام السيليكات كمصدر للسيليكون والأحماض غير العضوية أو العضوية كمحمضات، مع إضافة مناسبة للمواد الخافضة للتوتر السطحي. يتم الحصول على دخان السيليكا الكروي عن طريق التحكم في ظروف التفاعل لتكوين رواسب، يليها الغسيل والتجفيف والتكليس.
طريقة الرش هي تقنية شائعة لإعداد المسحوق. بالنسبة لدخان السيليكا الكروي، يتم حقن مادة السيليكا في جهاز رش ويتم تفتيتها إلى قطرات دقيقة. وبسبب التوتر السطحي، تميل القطرات إلى تكوين أشكال كروية ثم يتم تجفيفها لإنتاج دخان السيليكا الكروي.
تستخدم طريقة الطور البخاري الغازات مباشرة أو تحول المواد إلى غازات من خلال وسائل تقنية معينة، مما يسمح بحدوث تفاعلات فيزيائية أو كيميائية في الحالة الغازية. ثم تتكثف الجسيمات وتنمو أثناء التبريد لتشكل جسيمات نانوية.
يتميز دخان السيليكا الكروي المحضر بالطرق الكيميائية بنقائه العالي وأحجام الجسيمات التي يمكن التحكم فيها بشكل موحد. ومع ذلك، فإن المنتجات الناتجة عن طرق مثل طريقة سول-جل والترسيب الكيميائي تميل إلى التكتل. بالإضافة إلى ذلك، فإن المواد الخام المستخدمة في العمليات الكيميائية-وخاصة المواد الخافضة للتوتر السطحي شائعة الاستخدام-مكلفة، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف الإنتاج بشكل كبير. وتشمل التحديات الأخرى صعوبة إزالة الشوائب العضوية، وتدفقات العمليات المعقدة، وظروف الإعداد الصارمة، ومتطلبات المعدات العالية. ولذلك، فإن الإنتاج الصناعي لدخان السيليكا الكروي عبر الطرق الكيميائية لا يزال أمامه طريق طويل لنقطعه.