مسحوق السيليكون الكروي هو مادة غير عضوية غير معدنية ذات شبكة و متكتلة تتميز هذه المادة ببنية شبه جسيمية، وتمتلك معامل تمدد حراري صغير، وتركيز إجهاد منخفض، ومعامل احتكاك منخفض، ومقاومة جيدة للتآكل، واستقرار كيميائي ممتاز، وقابلية تشتت جيدة، وموصلية حرارية منخفضة، من بين خصائص أخرى. في السنوات الأخيرة، اكتسبت اهتمامًا في مجالات ناشئة مثل الطيران والفضاء والتغليف للدوائر المتكاملة واسعة النطاق. وبفضل خصائصها المتميزة وآفاق تطبيقها الواسعة، أصبحت مسحوق السيليكون الكروي الصغير نقطة بحثية ساخنة في مجال المواد الجديدة.
هناك أنواع مختلفة من مسحوق السيليكون الكروي. الأكثر شيوعًا تصنيف يعتمد على محتوى عنصر اليورانيوم المشع (U)، ويقسمه إلى مسحوق سيليكون كروي منخفض الإشعاع ومسحوق سيليكون كروي عام الأغراض. تشمل طرق التحضير الشائعة طريقة اللهب وطريقة الترسيب الكيميائي وطريقة الطور الغازي وطريقة البلازما.
الوضع الحالي لصناعة مسحوق السيليكون الكروي
في ثمانينيات القرن العشرين، بدأت اليابان في تطوير مسحوق السيليكون الكروي الدقيق، مع التركيز بشكل أساسي على طريقة التحضير باللهب. وبحلول أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، حققت اليابان قدرة إنتاج سنوية تبلغ 10000 طن. ومنذ ذلك الحين، تم تطبيق مسحوق السيليكون الكروي الدقيق على نطاق واسع في الدوائر المتكاملة واسعة النطاق، وصناعة الطيران، وتصنيع المواد الخاصة. وتشمل الشركات الرائدة في هذا المجال Shin-Etsu وToshiba Melting وAdmatechs، والتي تمثل معًا ما يقرب من 70% من سوق مسحوق السيليكون الكروي الدقيق العالمي. والجدير بالذكر أن Admatechs احتكرت تقريبًا سوق مسحوق السيليكون الكروي الدقيق بأحجام جزيئات أقل من 1 ميكرومتر.
طورت الشركات الأمريكية منتجات ذات معدلات كروية عالية، وأسطح ناعمة، وكروية ممتازة. تستخدم في المقام الأول طريقة كروية بالرش بالذوبان في درجات حرارة عالية، باستخدام الكوارتز عالي النقاء كمادة خام. عند درجات حرارة تتجاوز 2000 درجة مئوية، يتم صهر الكوارتز إلى شكل سائل، ثم رشه وتبريده لإنتاج المنتج النهائي.
نظرًا لآفاق التطبيق الواسعة لمسحوق السيليكون الكروي في المجالات التكنولوجية العالية، فقد طبقت الشركات الأجنبية حواجز تقنية صارمة. وفي الوقت نفسه، يتقدم تطوير تكنولوجيا مسحوق السيليكون الكروي في الصين بسرعة. يتركز إنتاج مسحوق السيليكون الكروي عالي النقاء في الصين في مناطق مثل هوتشو (تشجيانغ) وليانيونقانغ (جيانغسو). في السنوات الأخيرة، تعاونت بعض الشركات المحلية، بما في ذلك Donghai Silica Micropowder وZhejiang Huafei Electronics وJiangsu Lianrui New Materials، مع مؤسسات البحث للتغلب على حواجز التكنولوجيا الأجنبية من خلال البحث والتطوير المكثف. في حين تم تحقيق اختراقات ملحوظة في تكنولوجيا الإنتاج، لا تزال هناك فجوات في نقاء المنتج وحجم الجسيمات. حاليًا، تمثل المنتجات المنتجة محليًا حوالي 15% فقط من السوق الراقية.
وفقًا لبيانات من شركة أبحاث السوق Mordor Intelligence، بلغ حجم سوق مسحوق السيليكون العالمي حوالي 3.96 مليار دولار أمريكي في عام 2021. ومن المتوقع أن ينمو إلى 5.33 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2027، بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) قدره 5.1%.
مجالات التطبيق الرئيسية لمسحوق السيليكون الكروي
01. مسحوق السيليكون الكروي للصفائح النحاسية المغطاة (CCL)
في السنوات الأخيرة، أصبحت تقنية الحشو غير العضوي محورًا بحثيًا بالغ الأهمية لتطوير منتجات جديدة وتعزيز أداء الصفائح النحاسية. نظرًا لمساحتها السطحية الكبيرة، يمكن لمسحوق السيليكون الكروي التفاعل بشكل كامل مع راتنج الإيبوكسي، مما يوفر قدرة ممتازة على التشتت. عند تشتته في راتنج الإيبوكسي، فإنه يزيد من مساحة التلامس ونقاط الترابط، مما يحسن التوافق بين المادتين. بالإضافة إلى ذلك، يوفر مسحوق السيليكون الكروي خصائص ميكانيكية وكهربائية متفوقة، مما يجعله شائعًا بشكل متزايد في إنتاج الصفائح النحاسية.
في الوقت الحالي، يتم استخدام مسحوق السيليكون الكروي بشكل أساسي في CCLs الصلبة، حيث يمثل 20% إلى 30% من التركيبة الإجمالية. استخدامه في CCLs المرنة والورقية محدود نسبيًا.
02. مسحوق السيليكون الكروي لمركبات صب الإيبوكسي (EMC)
تستخدم أكثر من 95% من الأجهزة الإلكترونية الدقيقة اليوم مركبات صب الإيبوكسي. تتكون هذه المركبات عادةً من مواد مالئة (60-90%)، وراتينج الإيبوكسي (أقل من 18%)، وعوامل المعالجة (أقل من 9%)، والمواد المضافة (حوالي 3%). أكثر المواد المالئة استخدامًا هي مساحيق ثاني أكسيد السيليكون، والتي يمكن أن تشكل ما يصل إلى 90.5% من المركب. يلعب مسحوق ثاني أكسيد السيليكون دورًا حاسمًا في تقليل معامل التمدد الحراري، وزيادة التوصيل الحراري، وخفض الثابت العازل، وتعزيز الحماية البيئية، وتحقيق مقاومة اللهب، وتقليل الإجهاد الداخلي، ومنع امتصاص الرطوبة، وتعزيز مركبات الصب، وخفض تكلفة مواد التعبئة والتغليف.
متطلبات مسحوق السيليكون الكروي في تطبيقات التوافق الكهرومغناطيسي:
1. نقاء عالي
إن النقاء العالي هو شرط أساسي للمواد المستخدمة في المنتجات الإلكترونية، وخاصة في الدوائر المتكاملة الضخمة للغاية. بالإضافة إلى تقليل عناصر الشوائب التقليدية، يجب أن يكون محتوى العناصر المشعة منخفضًا قدر الإمكان، ويفضل أن يكون صفرًا.
2. حجم الجسيمات فائقة الدقة والتجانس العالي
يتميز مسحوق السيليكون الكروي المستخدم في تغليف الدوائر المتكاملة فائقة الحجم في الخارج بأحجام جزيئات دقيقة ونطاقات توزيع ضيقة وتوحيد ممتاز. في الولايات المتحدة، يبلغ متوسط حجم الجسيمات عادةً 1-3 ميكرومتر، بينما في اليابان، يكون عادةً 3-8 ميكرومتر، مع حجم جسيم أقصى أقل من 24 ميكرومتر.
3. معدل كروي مرتفع وقابلية للتشتت
يضمن معدل التكور العالي السيولة العالية وقابلية التشتت للمواد المالئة. ويضمن التكور عالي الجودة تشتت المنتج بالكامل في مركبات صب الإيبوكسي، مما يحقق تأثيرات تعبئة مثالية. تحقق المنتجات الأجنبية عادةً معدل تكور يزيد عن 98%. وبالمقارنة، تحقق المواد المحلية عمومًا معدل تكور يبلغ حوالي 90%، مع وصول القليل منها إلى 95%.
03. مسحوق السيليكون الكروي للسيراميك العسلي
يتم إنتاج حاملات السيراميك على شكل قرص العسل المستخدمة في تنقية عوادم السيارات ومرشحات الجسيمات الديزلية (DPF) لتنقية عوادم محركات الديزل - المصنوعة في الأساس من مادة الكورديريت - باستخدام مواد مثل الألومينا ومسحوق السيليكون وغيرها من خلال عمليات مثل الخلط والقولبة بالبثق والتجفيف والتلبيد. يعزز مسحوق السيليكون الكروي معدل القولبة واستقرار منتجات السيراميك على شكل قرص العسل، مما يساهم في تحسين أداء المنتج.
04. الدهانات والطلاءات
يقدم مسحوق السيليكون الكروي أداءً ممتازًا في مقاومة الخدش والتسوية والشفافية ومقاومة الطقس، مما يجعله فعالًا للغاية في الطلاءات لمختلف التطبيقات. وتشمل هذه الدهانات الزخرفية ودهانات الخشب وطلاءات المسحوق وطلاءات مقاومة التآكل وطلاءات الأرضيات.
05. مسحوق السيليكون الكروي للمواد اللاصقة
يستخدم مسحوق السليكون الكروي في المواد اللاصقة لربط شفرات توربينات الرياح والمواد اللاصقة للهياكل الإنشائية والمكونات الإنشائية المركبة الكبيرة المماثلة. وهو يعزز خصائص المادة اللاصقة من خلال توفير اللزوجة المناسبة، والخصائص الممتازة للتماسك، وخصائص مقاومة الترهل، وقوة الالتصاق العالية، ومقاومة التعب.
06. مجالات التطبيق المتطورة
مسحوق السيليكون الكروي مناسب تمامًا لتقليل لزوجة مختلف الراتنجات والدهانات، وتحسين السيولة، وتقليل تكوين النتوءات. يتم تطبيقه على نطاق واسع في المواد المتقدمة والمواد المضافة، بما في ذلك:
- معززات السيولة ومخفضات النتوءات لراتنجات التغليف لأشباه الموصلات.
- إضافات مسحوق الكربون.
- حشوات المطاط السيليكوني.
- مواد التلبيد والمواد المضافة.
- حشوات لمواد التعبئة والتغليف السائلة.
- الحشوات والركائز الراتنجية.
- التطبيقات في تكنولوجيات الفجوة الضيقة.
ملخص
في السنوات الأخيرة، أدى التطور السريع لصناعة المعلومات الإلكترونية إلى زيادة الطلب على مسحوق السليكون الكروي. وأصبح مادة إنتاج رئيسية للصفائح النحاسية والدوائر المتكاملة. وبحلول نهاية "الخطة الخمسية الرابعة عشرة"، من المتوقع أن يتجاوز استخدام مسحوق السليكون الكروي في الصفائح النحاسية 55%.
مع خصائص كيميائية مستقرة، وقابلية تشتت ممتازة، وخصائص صديقة للبيئة، السيليكون الكروي مسحوق تتمتع هذه المادة بتطبيقات واسعة النطاق. فهي تعمل كمشتت في صناعات البلاستيك والطلاء، مما يعزز من تشطيب سطح المواد. بالإضافة إلى ذلك، تستمر تطبيقاتها في مجال الفضاء والبلاستيك المتخصص والطلاءات الراقية والألياف المتخصصة والمطاط والمواد الكيميائية الدقيقة ومستحضرات التجميل في التوسع، مما يُظهر إمكاناتها الهائلة ومستقبلها الواعد.