El micropolvo de silicio esférico es un material inorgánico no metálico con una malla y floculante Estructura de cuasipartícula. Posee un pequeño coeficiente de expansión térmica, baja concentración de tensiones, bajo coeficiente de fricción, buena resistencia a la corrosión, excelente estabilidad química, buena dispersabilidad y baja conductividad térmica, entre otras propiedades. En los últimos años, ha ganado atención en campos emergentes como el aeroespacial y el encapsulado de circuitos integrados a gran escala. Gracias a sus excelentes propiedades y amplias perspectivas de aplicación, el micropolvo de silicio esférico se ha convertido en un foco de investigación en el campo de los nuevos materiales.
Existen varios tipos de micropolvos esféricos de silicio. Los más comunes son: clasificación Se basa en el contenido del elemento radiactivo uranio (U), y se divide en polvo de silicio esférico de baja radiación y polvo de silicio esférico de uso general. Los métodos de preparación más comunes incluyen el método de llama, el método de precipitación química, el método de fase gaseosa y el método de plasma.
Estado actual de la industria de micropolvos esféricos de silicio
En la década de 1980, Japón comenzó a desarrollar micropolvos de silicio esféricos, centrándose principalmente en el método de preparación con llama. A principios de la década de 2000, Japón había alcanzado una capacidad de producción anual de 10.000 toneladas. Desde entonces, el micropolvo de silicio esférico se ha aplicado ampliamente en circuitos integrados a gran escala, en la industria aeroespacial y en la fabricación de materiales especiales. Entre las empresas líderes en este campo se incluyen Shin-Etsu, Toshiba Melting y Admatechs, que juntas representan aproximadamente el 70% del mercado mundial de micropolvos de silicio esférico. Cabe destacar que Admatechs casi ha monopolizado el mercado de micropolvos de silicio esféricos con tamaños de partículas inferiores a 1 µm.
Las empresas estadounidenses han desarrollado productos con altas tasas de esferoidización, superficies lisas y excelente esferoidización. Utilizan principalmente el método de esferoidización por pulverización de fusión a alta temperatura, utilizando cuarzo de alta pureza como materia prima. A temperaturas superiores a los 2000 °C, el cuarzo se funde en forma líquida, luego se pulveriza y se enfría para producir el producto terminado.
Debido a las amplias perspectivas de aplicación del micropolvo de silicio esférico en los campos de alta tecnología, las empresas extranjeras han implementado estrictas barreras tecnológicas. Mientras tanto, el desarrollo de la tecnología de micropolvo de silicio esférico en China está progresando rápidamente. La producción de micropolvo de silicio esférico de alta pureza en China se concentra en áreas como Huzhou (Zhejiang) y Lianyungang (Jiangsu). En los últimos años, algunas empresas nacionales, incluidas Donghai Silica Micropowder, Zhejiang Huafei Electronics y Jiangsu Lianrui New Materials, han colaborado con instituciones de investigación para superar los bloqueos tecnológicos extranjeros a través de una amplia investigación y desarrollo. Si bien se han logrado avances notables en la tecnología de producción, siguen existiendo brechas en la pureza del producto y el tamaño de las partículas. Actualmente, los productos de producción nacional representan solo alrededor del 15% del mercado de alta gama.
Según datos de la firma de investigación de mercado Mordor Intelligence, el tamaño del mercado mundial de micropolvo de silicio fue de aproximadamente USD 3.96 mil millones en 2021. Se proyecta que crecerá a USD 5.33 mil millones para 2027, con una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) de 5.1%.
Principales áreas de aplicación del polvo de silicio esférico
01. Polvo de silicio esférico para laminados revestidos de cobre (CCL)
En los últimos años, la tecnología de relleno inorgánico se ha convertido en un foco de investigación fundamental para desarrollar nuevos productos y mejorar el rendimiento de los laminados revestidos de cobre. Debido a su gran área de superficie, el polvo de silicio esférico puede interactuar completamente con la resina epoxi, lo que proporciona una excelente capacidad de dispersión. Cuando se dispersa en resina epoxi, aumenta el área de contacto y los puntos de unión, lo que mejora la compatibilidad entre los dos materiales. Además, el polvo de silicio esférico ofrece propiedades mecánicas y eléctricas superiores, lo que lo hace cada vez más popular en la producción de laminados revestidos de cobre.
En la actualidad, el polvo de silicio esférico se utiliza principalmente en CCL rígidos, donde representa entre 20% y 30% de la composición total. Su uso en CCL flexibles y basados en papel es relativamente limitado.
02. Polvo de silicio esférico para compuestos de moldeo de epoxi (EMC)
En la actualidad, más del 95% de los dispositivos microelectrónicos utilizan compuestos de moldeo de epoxi. Estos compuestos suelen constar de rellenos (60-90%), resina epoxi (menos de 18%), agentes de curado (menos de 9%) y aditivos (alrededor de 3%). Los rellenos más utilizados son polvos de dióxido de silicio, que pueden constituir hasta el 90,5% del compuesto. El polvo de dióxido de silicio desempeña un papel crucial en la reducción del coeficiente de expansión térmica, el aumento de la conductividad térmica, la reducción de la constante dieléctrica, la mejora de la protección medioambiental, la consecución de la resistencia a la llama, la reducción de la tensión interna, la prevención de la absorción de humedad, el fortalecimiento de los compuestos de moldeo y la reducción del coste de los materiales de envasado.
Requisitos para polvo de silicio esférico en aplicaciones EMC:
1. Alta pureza
La alta pureza es un requisito fundamental para los materiales utilizados en productos electrónicos, en particular en circuitos integrados de gran escala. Además de minimizar los elementos de impurezas convencionales, el contenido de elementos radiactivos debe ser lo más bajo posible, idealmente cero.
2. Tamaño de partícula ultrafino y alta uniformidad
El polvo de silicio esférico utilizado para encapsular circuitos integrados de gran tamaño en el extranjero se caracteriza por tamaños de partícula finos, rangos de distribución estrechos y una uniformidad excelente. En los Estados Unidos, el tamaño de partícula promedio es típicamente de 1 a 3 µm, mientras que en Japón, generalmente es de 3 a 8 µm, con un tamaño de partícula máximo de menos de 24 µm.
3. Alta tasa de esferoidización y dispersabilidad.
Una alta tasa de esferoidización garantiza una fluidez y dispersabilidad superiores de los rellenos. Una esferoidización de alta calidad garantiza que el producto se disperse por completo en los compuestos de moldeo de epoxi, logrando efectos de relleno óptimos. Los productos extranjeros generalmente alcanzan una tasa de esferoidización de más de 98%. En comparación, los materiales nacionales generalmente alcanzan una tasa de esferoidización de alrededor de 90%, y algunos alcanzan 95%.
03. Polvo de silicio esférico para cerámica de nido de abeja
Los soportes cerámicos en forma de panal que se utilizan para la purificación de los gases de escape de los automóviles y los filtros de partículas diésel (DPF) para la purificación de los gases de escape de los motores diésel (fabricados principalmente con material de cordierita) se producen utilizando materiales como alúmina, polvo de silicio y otros a través de procesos como mezcla, moldeo por extrusión, secado y sinterización. El polvo de silicio esférico mejora la velocidad de moldeo y la estabilidad de los productos cerámicos en forma de panal, lo que contribuye a mejorar el rendimiento del producto.
04. Pinturas y recubrimientos
El polvo de silicio esférico ofrece un excelente rendimiento en cuanto a resistencia a los rayones, nivelación, transparencia y resistencia a la intemperie, lo que lo hace muy eficaz en recubrimientos para diversas aplicaciones, como pinturas decorativas, pinturas para madera, recubrimientos en polvo, recubrimientos anticorrosión y recubrimientos para pisos.
05. Polvo de silicio esférico para adhesivos
El polvo de silicio esférico se utiliza en adhesivos para unir palas de turbinas eólicas, adhesivos estructurales para la construcción y componentes estructurales compuestos de gran tamaño similares. Mejora las propiedades del adhesivo al proporcionar una viscosidad adecuada, una tixotropía excelente, características antidesgaste, alta fuerza de unión y resistencia a la fatiga.
06. Campos de aplicación de vanguardia
El polvo de silicio esférico es adecuado para reducir la viscosidad de diversas resinas y pinturas, mejorar la fluidez y minimizar la formación de rebabas. Se aplica ampliamente en materiales y aditivos avanzados, entre los que se incluyen:
- Mejoradores de fluidez y reductores de rebabas para resinas de envasado de semiconductores.
- Aditivos para polvo de carbono.
- Rellenos de caucho de silicona.
- Materiales de sinterización y aditivos.
- Rellenos para materiales de envasado de líquidos.
- Rellenos y sustratos de resina.
- Aplicaciones en tecnologías de brecha estrecha.
Resumen
En los últimos años, el rápido desarrollo de la industria de la información electrónica ha impulsado la demanda de polvo de silicio esférico. Se ha convertido en un material de producción clave para laminados revestidos de cobre y circuitos integrados. Para el final del "14º Plan Quinquenal", se espera que el uso de polvo de silicio esférico en laminados revestidos de cobre supere los 55%.
Con propiedades químicas estables, excelente dispersabilidad y características respetuosas con el medio ambiente, el silicio esférico polvo Tiene amplias aplicaciones. Sirve como dispersante en las industrias de plásticos y recubrimientos, mejorando el acabado de las superficies de los materiales. Además, sus aplicaciones en la industria aeroespacial, plásticos especiales, recubrimientos de alta gama, fibras especiales, cauchos, productos químicos finos y cosméticos siguen expandiéndose, lo que demuestra su enorme potencial y su futuro prometedor.
