أدى التقدم في تكنولوجيا الأقطاب الكهربائية المعدنية الأساسية (BME) إلى جعل مسحوق النيكل المادة الرئيسية للأقطاب الكهربائية الداخلية، ليحل محل المعادن الثمينة مثل البلاديوم أو سبائك البلاديوم -الفضة. BME-تمثل شركات MLCC الآن أكثر من 90% من إنتاج MLCC العالمي. اليوم، مع الانتشار المتزايد لاتصالات الجيل الخامس، ومركبات الطاقة الجديدة، ومعدات حوسبة الذكاء الاصطناعي، تتسارع مراكز العمل الكبرى نحو التصغير والسعة الأعلى. باعتبارها مادة تأسيسية رئيسية، فإن المتطلبات الفنية لمسحوق النيكل المستخدم في الأقطاب الكهربائية الداخلية تشهد أيضًا تغيرات عميقة.
المتطلبات الأساسية لمسحوق النيكل النانوي لمراكز MLCC الصغيرة ذات السعة العالية
إن جوهر تصغير MLCC والسعة الأعلى هو-العوازل الكهربائية الرفيعة للغاية، والأقطاب الكهربائية المحسّنة، وتكديس الطبقات-المتزايد. للتخلص من انهيار العزل الكهربائي ودوائر قصر الإلكترود الناتجة عن الجسيمات الخشنة، مع ضمان توحيد الطلاءات المطبوعة للإلكترود، يجب أن يتطابق سمك طبقة القطب الكهربائي الداخلي للنيكل تمامًا مع سمك العازل الكهربائي الرقيق للغاية-. ولذلك، فإن المتطلبات الأكثر أهمية لتطبيق مسحوق النيكل هو الاتجاه نحو حجم الجسيمات الدقيقة جدًا-. وفقًا لمعلومات الصناعة، لكل تخفيض بمقدار 10 نانومتر في حجم جسيمات مسحوق النيكل النانوي، يمكن تقليل سمك الطبقة العازلة MLCC بمقدار 5-8 نانومتر وفقًا لذلك.
عادةً ما تحتوي MLCCs التقليدية المتوسطة - إلى المنخفضة- على سماكة طبقة عازلة تزيد عن 1 ميكرومتر وعدد الطبقات في حدود 200. إن تكرار العملية لسمك الإلكترود مرتفع، والتسامح مع أداء مسحوق النيكل مرتفع نسبيًا. يعد مسحوق النيكل التقليدي بحجم جسيمات يتراوح بين 200 و300 نانومتر كافيًا لتلبية متطلبات الإنتاج الضخم. ومع ذلك، مع الترقية المتكررة لمراكز MLCC-المتطورة، أصبح مسحوق النيكل 100 نانومتر هو الاختيار السائد لمراكز MLCC-ذات السعة العالية ويمكنه التكيف بشكل ثابت مع عمليات الإنتاج الضخم-على نطاق واسع لطبقات قطب كهربي بسمك 0.5 ميكرومتر-. تتطلب بعض التطبيقات المتطورة تقليل حجم جسيمات مسحوق النيكل إلى 80 نانومتر لتلبية متطلبات العملية للطبقات العازلة التي يتراوح سمكها بين 0.35 و0.5 ميكرومتر. وفي الوقت نفسه، يجب أن يكون توزيع حجم الجسيمات ضيقًا للغاية، مع التحكم في D90 خلال 2 مرات D50.
على أساس حجم الجسيمات الدقيقة للغاية والتوزيع الضيق، فإن شروط الحرق المشترك- الصارمة والموثوقية لمركبات MLCC المصغرة تؤدي أيضًا إلى ترقية شاملة في الجودة الشاملة لمسحوق النيكل:
(1) كروية أعلى: للتكيف مع التكوين الكثيف لطبقات الأقطاب الكهربائية الرقيقة واحتراق -درجة الحرارة المشتركة- العالية، يحتاج مسحوق النيكل إلى كروية ممتازة. يمكن للجسيمات الكروية المنتظمة ضمان تدفق الملاط والتعبئة الموحدة، وتجنب الفراغات وانحراف السُمك في طبقة الإلكترود.
(2) تشتت أحادي جيد: لضمان طلاء موحد لملاط القطب الكهربائي وتشتت موحد لمسحوق النيكل في الملاط. ومع ذلك، كلما كان مسحوق النيكل ناعمًا، زادت طاقة سطحه وأصبحت مشكلة التكتل أكثر بروزًا، والتي غالبًا ما تحتاج إلى حل من خلال تقنيات تعديل السطح.
(3) التبلور العالي: يمكن لهيكل المسحوق أن ينظم بشكل ثابت معدل انكماش التلبيد وخصائص التمدد الحراري، مما يحقق تطابقًا مثاليًا مع العازل الخزفي وتجنب العيوب الهيكلية مثل تكسير الطبقات البينية وتصفيحها.
(4) درجة نقاء أعلى: يمكن لمسحوق النيكل عالي النقاء- مع نسبة منخفضة من الأكسجين والشوائب المنخفضة أن يمنع بشكل فعال الأكسدة/الترسيب وانجراف المقاومة في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة-، مما يؤدي بشكل كبير إلى تحسين استقرار الخدمة على المدى الطويل- وموثوقية مقاومة الطقس لـ MLCCs الصغيرة ذات النهاية العالية- بشكل كبير.
ما هي طرق التحضير التي يمكن أن تنتج مسحوق النيكل النانوي لـ MLCCs؟
استنادًا إلى المتطلبات الصارمة المذكورة أعلاه، لم تعد طرق الطور-السائلة والصلبة-التقليدية، مثل الاختزال الكيميائي والتحلل الحراري بالرش، قادرة على تلبية متطلبات الإنتاج لمقياس النانو-ومسحوق النيكل فائق الدقة -وعالي التجانس لمركبات MLCC المصغرة عالية الجودة-. لذلك، أصبحت تقنيات تحضير الطور الغازي- الممثلة بـ CVD وPVD، مع ميزة تكوين الجسيمات التي يمكن التحكم فيها بدقة، طرقًا فنية أساسية لإعداد مسحوق النيكل النانوي لمركبات MLCC- عالية الجودة.
01 طريقة تحلل النيكل الكربونيل
إن جوهر مسحوق النيكل الكربونيل هو استخدام انتقائية التفاعل العكسي للغاز-الصلب. عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا وضغط معين، يتفاعل النيكل المعدني في الطور الصلب مع ثاني أكسيد الكربون لتكوين النيكل رباعي الكربونيل المتطاير (Ni(CO)₄)، بينما تظل الشوائب في الطور الصلب. يتم بعد ذلك تحلل رباعي كربونيل النيكل حراريًا عند درجة حرارة أعلى وضغط أقل لتجديد جزيئات النيكل النقية الصلبة وغاز أول أكسيد الكربون، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج مسحوق نيكل كروي فائق الدقة-.
أعظم مزايا هذه العملية هي النقاء العالي للغاية، والكروية الممتازة، ونشاط التلبيد العالي. يمكن التحكم في حجم الجسيمات بدقة في حدود 1-20 ميكرومتر، مع توزيع ضيق وموحد لحجم الجسيمات، مما يجعلها مناسبة تمامًا لمتطلبات الإنتاج الضخم لعدد -الطبقات- العالية، والسعة العالية- لمراكز MLCC ذات- عوازل رقيقة جدًا أقل من 1 ميكرومتر. ومع ذلك، فإن عيوبها الأساسية هي صعوبة سلامة العمليات والتحكم البيئي. يُعد النيكل رباعي الكربونيل مادة شديدة السمية والخطرة، مما يضع متطلبات عالية للغاية على احتواء الإنتاج، ومعدات مقاومة للانفجار،-ومعالجة الغاز الخلفي، وأنظمة التشغيل والصيانة الآمنة، وقد تم التخلص منه تدريجيًا.
02 طريقة ترسيب الأبخرة الكيميائية للأمراض القلبية الوعائية
يعتبر ترسيب الأبخرة الكيميائية CVD عبارة عن-تقنية متطورة لتحضير مسحوق النيكل تحتكرها الشركات اليابانية. مبدأها الأساسي هو أن الغازات الأولية مثل كلوريد النيكل يتم اختزالها إلى ذرات نيكل عنصرية في بيئة طور -غازية ذات درجة حرارة عالية- ثم تتنوى وتنمو وتتكثف بشكل موحد إلى -مسحوق نيكل نانو فائق النعومة.
تتمثل المزايا الأساسية لهذه العملية في بيئة تفاعل موحدة، وتنوي يمكن التحكم فيه، ونقاوة عالية، وعدم التكتل، وتوافق ممتاز للإشعال المشترك. وهو حاليًا المسحوق الداعم الأساسي لـ -الطبقة العازلة الرفيعة للغاية -العازلة عالميًا، -الطبقة-العالية- ذات العدد العالي من MLCCs. ومع ذلك، يتم احتكار معداتها الأساسية وتكنولوجيا العمليات في الخارج، مع تكاليف استثمار عالية للغاية في المعدات، وحدود عملية إنتاج ضخمة-عالية، وتكاليف إنتاج عالية.
03 طريقة تكثيف البخار الفيزيائي بتقنية PVD
يعد مسحوق النيكل PVD بمثابة اتجاه اختراق رئيسي للاستبدال المحلي. هذه العملية تتخلى عن التفاعلات الكيميائية. بدلاً من ذلك، في الفراغ أو تحت بيئة واقية من الغاز الخامل (مثل الأرجون)، يتم تبخير النيكل المعدني الصلب عن طريق التسخين بدرجة حرارة عالية - (مثل التسخين بالمقاومة، وتسخين البلازما، وتفريغ القوس، والتسخين بالليزر، وما إلى ذلك) لتكوين بخار ذرة النيكل. تتصادم ذرات الغاز مع بعضها البعض وتفقد الطاقة، مما يؤدي إلى حدوث نواة سريعة، وأخيرًا تتكثف بسرعة في منطقة درجة حرارة منخفضة-إلى جزيئات مسحوق النيكل النانوية- إلى أقل من الميكرون-.
مبدأ تحضير مسحوق النيكل النانوي بتقنية PVD
مسحوق النيكل النانوي الذي يتم إنتاجه بهذه الطريقة يتميز بنقاوة عالية، وبلورة جيدة، وسطح أملس، ومقاومة قوية للأكسدة. يمكن أن يلبي بشكل كامل متطلبات مسحوق النيكل المستخدم في الأقطاب الكهربائية الداخلية MLCC، وعملية الإنتاج صديقة للبيئة. ومع ذلك، نظرًا لمعدات الإنتاج المعقدة وانخفاض الكفاءة، يظل التحكم في الاستقرار في الإنتاج الضخم-على نطاق واسع وتحسين التكاليف من المشكلات الملحة التي يتعين حلها.