عند سقوط الهاتف المحمول دون أن يتوقف عن العمل، وانطلاق السيارات الكهربائية الجديدة على الطرق ذات درجات الحرارة العالية دون أي أعطال، واستمرار محطات 5G في توفير إشارة كاملة رغم الأمطار الغزيرة... كل هذه السيناريوهات ممكنة بفضل دعم غراء السيليكون العضوي للتلقيم. فهو يحمي المكونات الإلكترونية من خلال تغليفها بالكامل، مما يقاوم التهديدات المتعددة مثل الحرارة العالية والرطوبة والاهتزازات، ويُعتبر المادة الأساسية التي تضمن التشغيل المستقر للأجهزة الإلكترونية. وفي هذا المقال، سنقوم بتحليل المنطق الأساسي الذي يضمن استقرار الأجهزة باستخدام غراء السيليكون العضوي، بدءًا من المبادئ التقنية وصولاً إلى التطبيقات العملية.

أولاً، تحديات تشغيل الأجهزة الإلكترونية: تهديدات متعددة تؤثر على عمر الخدمة

على الرغم من أن المكونات الإلكترونية ذات بنية دقيقة، إلا أنها عرضة للعديد من العوامل الخارجية في بيئات الاستخدام الفعلية، مما يؤدي إلى انخفاض الأداء أو حدوث أعطال:

صدمة درجات الحرارة الشديدة: يمكن أن تصل درجة حرارة عمل حزمة بطاريات السيارات ذات الطاقة الجديدة إلى أكثر من 80℃، وقد تواجه المعدات الخارجية ظروفًا منخفضة تصل إلى -30℃. في مثل هذه الفروقات الكبيرة في درجات الحرارة، تكون المواد الواقية التقليدية عرضة للتقصف والتشقق، مما يؤدي إلى فقدان قدرتها على الحماية.

تآكل ببخار الرطوبة: تتعرض محطات 5G الخارجية وأجهزة الاستشعار تحت الماء بشكل دائم لبخار الرطوبة، وعند تسلل البخار إلى داخل المكونات، يُصبح من السهل حدوث تماس كهربائي قصير وتآكل في نقاط التلامس المعدنية.

الاهتزازات والصدمات الميكانيكية: يمكن أن تؤدي الاضطرابات أثناء حركة السيارات، والاهتزازات عالية التردد للمعدات الصناعية، إلى انفصال لحام المكونات وانقطاع الأسلاك، مما يؤدي مباشرةً إلى تعطل المعدات.

التداخل الكهرومغناطيسي والتآكل الكيميائي: الغازات الكيميائية في الورش الصناعية والإشعاعات الكهرومغناطيسية داخل الأجهزة الإلكترونية يمكن أن تتداخل مع نقل إشارات المكونات، وتسرع من شيخوخة المواد، مما يؤدي إلى تقصير عمر الجهاز.

بالنسبة للمشكلة المذكورة أعلاه، أصبح غراء السيليكون المُعبّأ وسيلة حيوية لحل المخاطر المحتملة في تشغيل الأجهزة الإلكترونية، وذلك من خلال التغطية الشاملة والحماية متعددة الوظائف.

ثانيًا: الخصائص الأساسية لغراء السيليكون المُعبّأ: التعريف والتصنيف
مادة سيليكون مغلفة عضوية هي مادة مركبة بوليمرية ذات مكوّن رئيسي من السيليكون العضوي، وتُستخدم عن طريق صبها في شكل سائل داخل المكونات الإلكترونية، لتتحول بعد المعالجة إلى مادة هلامية كثيفة تغطي تمامًا الأجزاء الحيوية مثل الرقائق والدوائر واللحامات. وبناءً على طريقة التصلب واختلاف الخصائص، تنقسم إلى أنواع رئيسية تشمل:

نوع التكثيف: يمكن أن يتصلب في ظل ظروف درجة حرارة الغرفة، وعملية التشغيل بسيطة ولا تتطلب معدات تسخين إضافية، وهو مناسب لاحتياجات الحماية الأساسية للمكونات الإلكترونية العادية.

نوع التصلب بالتكثيف: يتطلب التصلب عن طريق التسخين، وبعد التصلب يكون معدل انكماش الهلام منخفضًا، ويتمتع بأداء أفضل في مقاومة درجات الحرارة، ويعتبر مناسبًا لحماية الأجهزة الإلكترونية الدقيقة عالية الجودة، مثل رقائق أشباه الموصلات والمكونات الإلكترونية للطيران والفضاء وغيرها.

تتمثل الميزة الأساسية لغراء السيليكون العضوي في "التوازن بين الصلابة والليونة": فهو يتمتع بقوة هيكلية كافية لمقاومة التآكل الخارجي، وفي نفس الوقت يمتلك مرونة معينة لتخفيف الصدمات الخارجية، بالإضافة إلى عزل كهربائي ممتاز وموصلية حرارية عالية، مما يلبي احتياجات الحماية متعددة الأبعاد للأجهزة الإلكترونية.

ثالثًا، مبدأ الحماية لغراء التعبئة المصنوع من السيليكون العضوي: خمس وظائف أساسية تضمن أمان المعدات
تنبع فعالية غلاف السيليكون العضوي في حماية الأجهزة الإلكترونية من خصائصه المادية، حيث يوفر أمانًا شاملاً للمكونات الإلكترونية من خلال خمس وظائف أساسية تتمثل في:

1. أداء عزل عالٍ: تجنب مخاطر الدوائر القصيرة والتسرب الكهربائي
الدوائر الداخلية للمكونات الإلكترونية كثيفة جدًا، والعزل الكهربائي الفعال بين هذه الدوائر هو أساس التشغيل الآمن للأجهزة. تصل جهد الانهيار لمواد عزل السيليكون العضوي إلى أكثر من 20 كيلوفولت/مم، وهو أعلى بكثير من المواد العازلة العادية، مما يتيح عزلًا فعّالًا بين وحدات الدوائر المختلفة ويمنع تسرب التيار الكهربائي. على سبيل المثال، داخل شواحن السيارات الكهربائية، يمكن لمواد عزل السيليكون العضوي تحقيق عزل مادي بين الدوائر ذات الجهد العالي ولوحات التحكم ذات الجهد المنخفض، حتى في البيئات الرطبة، مما يمنع حدوث حوادث التسرب الكهربائي الناجمة عن فقدان العزل، ويضمن سلامة استخدام الطاقة في الجهاز.

2. استقرار في نطاق درجات حرارة واسع: يتكيف مع بيئات درجات الحرارة القصوى
تتميز روابط السيليكون والأكسجين في البنية الجزيئية للسيليكون العضوي بطاقة رابطة عالية، مما يمنح مادة الغراء المُعبّأة خصائص فائقة في تحمل درجات الحرارة، حيث يمكنها الحفاظ على استقرار أدائها ضمن نطاق درجات حرارة يتراوح من -60℃ إلى 250℃، دون أن تصبح هشة في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، ودون أن تلين أو تتدفق في الظروف ذات الحرارة المرتفعة. وفي أنظمة إدارة بطاريات السيارات الكهربائية الجديدة (BMS)، بعد تغليف الرقائق الأساسية بمادة غراء السيليكون العضوي المعبأة، تستطيع هذه المادة تحمل درجات الحرارة العالية الناتجة عن عمليات شحن البطارية وتفريغها، كما تتكيف بسهولة مع ظروف الشتاء الباردة في المناطق الشمالية، مما يضمن تشغيل نظام البطارية بثبات ضمن نطاق درجات حرارة يتراوح من -30℃ إلى 120℃. أما في معدات البحوث العلمية القطبية، فإنها قادرة على مقاومة درجات الحرارة المنخفضة القصوى التي تصل إلى -60℃، ما يضمن الأداء الطبيعي لأجهزة الاستشعار والقياس.

3. أداء إحكام عالي الكفاءة: يمنع تسلل بخار الماء
تتميز مادة سيلكون عضوية سائلة للتعبئة بانسيابية جيدة، وتستطيع بعد التعبئة أن تتغلغل في الشقوق الدقيقة للمكونات الإلكترونية، وتشكل عند تصلبها طبقة إحكام خالية من الفجوات، مما يمنح مستوى مقاومة فعّالًا للماء يصل إلى IP67 أو أعلى. وبفضل هذه الخصائص، فإن الوحدات اللاسلكية لمحطات 5G الخارجية وأجهزة الاستشعار الخاصة بمعدات المراقبة البحرية، بعد تغليفها بمادة السيلكون العضوي، تظل محمية حتى لو تعرضت لفترات طويلة لأمطار غزيرة أو رذاذ مياه البحر، حيث لا تستطيع الرطوبة اختراق المكونات الداخلية، مما يمنع بشكل جذري حدوث تآكل الدوائر الكهربائية أو حالات القصر الكهربائي وغيرها من الأعطال. ووفقًا لبيانات التشغيل الخاصة بإحدى محطات 5G الواقعة بالقرب من الساحل، فقد انخفض معدل أعطال الوحدات من 8% إلى 0.5% بعد استخدام مادة السيلكون العضوي للحماية.

4. أداء مقاوم للارتجاجات: حماية المكونات الدقيقة من الصدمات
تُعتبر نقاط اللحام والدوائر في المكونات الإلكترونية حساسة جدًا للذبذبات الميكانيكية، حيث قد تؤدي الاهتزازات الخفيفة إلى فشل اتصال الأجزاء. يتميز غلاف السيليكون العضوي المتصلب بمرونة ومتانة جيدين، وعادةً ما تتراوح صلابته من شور A30 إلى 80، مما يسمح له بامتصاص طاقة الاهتزازات الخارجية وتقليل التأثيرات الناتجة عن الاهتزازات على المكونات. وفي مجال الإلكترونيات السيارات، يمكن لوحدة التحكم الإلكترونية (ECU) الموجودة في حجرة المحرك، بعد أن يتم تغليفها بغلاف سيليكون عضوي، أن تقاوم الصدمات الناتجة عن الاضطرابات أثناء القيادة والكبح المفاجئ، مما يمنع انفصال نقاط اللحام. أما في معدات الطيران والفضاء، فيمكنه امتصاص الاهتزازات الشديدة الناتجة عن إطلاق المركبة الفضائية، وبالتالي حماية المكونات الإلكترونية الدقيقة للتنقل دون تعرضها لأي ضرر.

5. الكيمياء والاستقرار الإشعاعي: مقاومة التآكل والتأثيرات الإشعاعية
تتميز مواد السيليكون العضوي بثبات كيميائي ممتاز، حيث تقاوم تآكل المواد الكيميائية مثل المحاليل الحمضية والقلوية والزيوت والغازات الصناعية، كما تتمتع بخصائص مقاومة للأشعة فوق البنفسجية ومكافحة الإشعاع. وفي ورشات الأتمتة الصناعية، حيث تتعرض أجهزة التحكم الإلكترونية بشكل مستمر للمذيبات الكيميائية، يمكن لغراء السيليكون العضوي أن يشكل طبقة عازلة تمنع احتكاك المواد الكيميائية بالمكونات، مما يطيل عمر المعدات. أما في المعدات الفضائية مثل الأقمار الصناعية، فإنها تحمي من الإشعاعات القوية الموجودة في البيئة الفضائية، ما يضمن التشغيل الطبيعي للمكونات الإلكترونية حتى في الظروف القاسية.

رابعًا، مجالات استخدام غراء السيليكون العضوي: تغطية أنواع متعددة من الأجهزة الإلكترونية
تغطي تطبيقات غراء السيليكون المُعبّأ معظم مجالات الإلكترونيات، من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية اليومية إلى المعدات الصناعية الراقية، مما يجعله مادة حيوية في إنتاج الأجهزة الإلكترونية.
المركبات ذات الطاقة الجديدة: تُستخدم لختم حزم البطاريات، وترصيص وحدات تحكم المحركات، وحماية وحدات نظام إدارة البطارية (BMS)، مما يضمن تشغيل السيارة بثبات في بيئات معقدة مثل درجات الحرارة العالية والمنخفضة والاهتزازات؛
اتصالات الجيل الخامس: يتم إجراء عملية تعبئة وإغلاق لوحدات التردد اللاسلكي ووحدات الهوائي الخاصة بمحطات القاعدة، لمقاومة العوامل البيئية مثل الرياح والأمطار في الأماكن المفتوحة والأشعة الشمسية الشديدة، مما يضمن استمرار إشارة الاتصالات بثبات.
الطيران والفضاء: تُستخدم في أنظمة ملاحة المركبات الفضائية، وتعبئة الأجهزة الإلكترونية للأقمار الصناعية، وتتحمل التغيرات الشديدة في درجات الحرارة والإشعاع في بيئة الفضاء؛
الإلكترونيات الاستهلاكية: تغليف لوحات التحكم في المنازل الذكية والأجهزة القابلة للارتداء (مثل الساعات الذكية) لتحسين قدرتها على مقاومة الماء والاهتزازات، وإطالة عمرها الافتراضي؛
الأتمتة الصناعية: التثبيت بالسقاية لوحدات تحكم PLC وأجهزة الاستشعار ومحولات التردد، مما يحمي من تآكل الزيوت والغازات الكيميائية داخل الورشة، ويضمن التشغيل المستمر لخط الإنتاج.

خامسًا: طريقة اختيار غراء السيليكون العضوي: مطابقة احتياجات حماية المعدات

تختلف بيئات استخدام الأجهزة الإلكترونية واحتياجات الحماية بين جهاز وآخر، ولذلك يجب التركيز بشكل خاص على الجوانب الثلاثة التالية عند اختيار غراء السيليكون المُعبّأ:

1. اختر بالاعتماد على بيئة التطبيق

بيئة درجات الحرارة العالية (مثل حجرة المحركات أو المعدات بجانب الأفران الصناعية): يجب اختيار غراء سيليكون عضوي مُشكَّل يتميز بمقاومة أفضل للحرارة، مع التأكد من أن نطاق مقاومته للحرارة يغطي درجة الحرارة الفعلية للاستخدام ±20℃؛

البيئات الرطبة أو تحت الماء (مثل الأجهزة الخارجية وأجهزة الاستشعار البحرية): يُفضَّل اختيار المنتجات التي تصل درجة مقاومتها للماء إلى IP68، لضمان تحقيق أداء الختم المطلوب؛

بيئة الاهتزاز عالي التردد (مثل الإلكترونيات السيارات والآلات الهندسية): اختر منتجات مرنة بصلابة شور تتراوح بين 40 و60A لتحسين مقاومة الاهتزاز.

2. ركّز على مؤشرات الأداء الأساسية

أداء العزل: بالنسبة لحماية الدوائر عالية الجهد، يلزم اختيار منتجات ذات جهد اختراق ≥15 كيلوفولت/ملم؛

معامل التوصيل الحراري: تولد أجهزة الطاقة (مثل وحدات تحكم المحركات) كمية كبيرة من الحرارة، لذا يلزم اختيار منتجات ذات معامل توصيل حراري ≥0.8 واط/(متر・كلفن) للمساعدة في تبديد الحرارة؛

سرعة التصلب: عند الإنتاج بالجملة في خطوط الإنتاج، يمكن اختيار المنتجات سريعة التصلب التي تتصلب خلال 2 إلى 4 ساعات في درجة حرارة الغرفة؛ أما بالنسبة للمنتجات الدقيقة عالية الجودة، فيُفضل اختيار النوع بطيء التصلب لتقليل الإجهاد الداخلي الناتج أثناء عملية التصلب.

قوة الالتصاق: يجب التأكد من أن قوة التصاق مادة السد مع المواد الأساسية مثل المعدن والبلاستيك ≥1.5 ميجاباسكال، لتجنب حدوث الانفصال بعد الاستخدام طويل الأمد.

3. اختيار مورّد متوافق مع المعايير

قم بالترجيح أولاً لاختيار الموردين ذوي العلامات التجارية الحاصلة على شهادة نظام إدارة الجودة ISO9001 وشهادة RoHS البيئية، مثل شركات شين آن للكيماويات وداو للكيماويات وفآك للكيماويات وغيرها. تتميز منتجات هؤلاء الموردين بجودة مستقرة، كما يمكنهم تقديم حلول مخصصة، مثل تعديل لزوجة غراء التعبئة وفقًا لهيكل الجهاز، أو تحسين تركيبة المنتجات لتناسب بيئات خاصة مثل درجات الحرارة العالية والرطوبة العالية.

سادساً، التطور التقني لغراء السيليكون المُعبّأ: ملاءمة احتياجات ترقية الأجهزة الإلكترونية

مع تطور الأجهزة الإلكترونية نحو الصغر والقدرة العالية والتطبيقات في البيئات القاسية، تستمر تقنيات غراء السيليكون العضوي المُستخدم للتلقيم في التحديث المستمر: فباتت المنتجات ذات التوصيل الحراري العالي والانبعاثات المنخفضة والصديقة للبيئة وبدون مذيبات تدريجيًا هي السائدة في السوق، وفي الوقت نفسه، تظهر باستمرار منتجات مخصصة تستهدف المجالات الناشئة مثل 5G والطاقة الجديدة وأشباه الموصلات، مما يوسع نطاق استخداماتها بشكل أكبر.

من الهواتف والأجهزة المنزلية التي نستخدمها يوميًا، إلى السيارات الكهربائية الجديدة التي تدعم التحديثات الصناعية ومحطات 5G الأساسية، وحتى المعدات الفضائية التي تُستَخدَم لاستكشاف الفضاء، يضمن غراء السيليكون المُقَلِّب للأداء الحماية متعددة الأبعاد للمكونات الإلكترونية، مما يضمن تشغيلها الآمن والمستقر. إن اختيار غراء السيليكون المُقَلِّب المناسب لا يقلل فقط من مخاطر تعطل الأجهزة، بل يُطيل أيضًا عمرها الافتراضي ويُحسِّن من قدرة المنتج التنافسية، وهذا هو السبب الرئيسي وراء كونه مادة أساسية في المجال الإلكتروني.