O micropó de silício esférico é um material inorgânico não metálico com malha e floculante estrutura de quase-partícula. Possui um pequeno coeficiente de expansão térmica, baixa concentração de tensão, baixo coeficiente de atrito, boa resistência à corrosão, excelente estabilidade química, boa dispersibilidade e baixa condutividade térmica, entre outras propriedades. Nos últimos anos, ganhou atenção em campos emergentes, como aeroespacial e empacotamento de circuitos integrados em larga escala. Graças às suas excelentes propriedades e amplas perspectivas de aplicação, o micropó de silício esférico se tornou um ponto de pesquisa no campo de novos materiais.
Existem vários tipos de micropó de silício esférico. O mais comum classificação é baseado no conteúdo do elemento radioativo urânio (U), dividindo-o em pó de silício esférico de baixa radiação e pó de silício esférico de uso geral. Os métodos de preparação comuns incluem o método da chama, método de precipitação química, método da fase gasosa e método de plasma.
Situação atual da indústria de micropós de silício esférico
Na década de 1980, o Japão começou a desenvolver micropó de silício esférico, concentrando-se principalmente no método de preparação de chama. No início dos anos 2000, o Japão atingiu uma capacidade de produção anual de 10.000 toneladas. Desde então, o micropó de silício esférico tem sido amplamente aplicado em circuitos integrados de larga escala, aeroespacial e fabricação de materiais especiais. As empresas líderes neste campo incluem Shin-Etsu, Toshiba Melting e Admatechs, que juntas respondem por aproximadamente 70% do mercado global de micropó de silício esférico. Notavelmente, a Admatechs quase monopolizou o mercado de micropó de silício esférico com tamanhos de partículas abaixo de 1 µm.
Empresas americanas desenvolveram produtos com altas taxas de esferoidização, superfícies lisas e excelente esfericidade. Elas usam principalmente o método de esferoidização melt-spray de alta temperatura, utilizando quartzo de alta pureza como matéria-prima. Em temperaturas que excedem 2000°C, o quartzo é derretido em forma líquida, depois pulverizado e resfriado para produzir o produto final.
Devido às amplas perspectivas de aplicação do micropó de silício esférico em campos de alta tecnologia, empresas estrangeiras implementaram barreiras tecnológicas rigorosas. Enquanto isso, o desenvolvimento da tecnologia do micropó de silício esférico na China está progredindo rapidamente. A produção de micropó de silício esférico de alta pureza na China está concentrada em áreas como Huzhou (Zhejiang) e Lianyungang (Jiangsu). Nos últimos anos, algumas empresas nacionais, incluindo Donghai Silica Micropowder, Zhejiang Huafei Electronics e Jiangsu Lianrui New Materials, colaboraram com instituições de pesquisa para superar bloqueios de tecnologia estrangeira por meio de extensa pesquisa e desenvolvimento. Embora avanços notáveis tenham sido alcançados na tecnologia de produção, lacunas permanecem na pureza do produto e no tamanho das partículas. Atualmente, os produtos produzidos internamente respondem por apenas cerca de 15% do mercado de ponta.
De acordo com dados da empresa de pesquisa de mercado Mordor Intelligence, o tamanho do mercado global de micropós de silício era de aproximadamente US$ 3,96 bilhões em 2021. A projeção é que ele cresça para US$ 5,33 bilhões até 2027, com uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 5,1%.
Principais áreas de aplicação do pó de silício esférico
01. Pó de silício esférico para laminados revestidos de cobre (CCL)
Nos últimos anos, a tecnologia de enchimento inorgânico se tornou um foco crítico de pesquisa para o desenvolvimento de novos produtos e aprimoramento do desempenho de laminados revestidos de cobre. Devido à sua grande área de superfície, o pó de silício esférico pode interagir totalmente com a resina epóxi, proporcionando excelente capacidade de dispersão. Quando disperso em resina epóxi, aumenta a área de contato e os pontos de ligação, melhorando a compatibilidade entre os dois materiais. Além disso, o pó de silício esférico oferece propriedades mecânicas e elétricas superiores, tornando-o cada vez mais popular na produção de laminados revestidos de cobre.
Atualmente, o pó de silício esférico é usado principalmente em CCLs rígidos, onde responde por 20% a 30% da composição total. Seu uso em CCLs flexíveis e baseados em papel é relativamente limitado.
02. Pó de silício esférico para compostos de moldagem epóxi (EMC)
Mais de 95% de dispositivos microeletrônicos hoje usam compostos de moldagem epóxi. Esses compostos geralmente consistem em enchimentos (60-90%), resina epóxi (menos de 18%), agentes de cura (menos de 9%) e aditivos (cerca de 3%). Os enchimentos mais comumente usados são pós de dióxido de silício, que podem constituir até 90,5% do composto. O pó de dióxido de silício desempenha um papel crucial na redução do coeficiente de expansão térmica, aumentando a condutividade térmica, diminuindo a constante dielétrica, aumentando a proteção ambiental, alcançando a retardância de chama, reduzindo o estresse interno, prevenindo a absorção de umidade, fortalecendo os compostos de moldagem e reduzindo o custo dos materiais de embalagem.
Requisitos para pó de silício esférico em aplicações de EMC:
1. Alta Pureza
Alta pureza é um requisito fundamental para materiais usados em produtos eletrônicos, particularmente em circuitos integrados de ultra-grande escala. Além de minimizar elementos de impurezas convencionais, o conteúdo de elementos radioativos deve ser o mais baixo possível, idealmente zero.
2. Tamanho de partícula ultrafino e alta uniformidade
O pó de silício esférico usado para embalar circuitos integrados de ultra-grande escala no exterior apresenta tamanhos de partículas finas, faixas de distribuição estreitas e excelente uniformidade. Nos Estados Unidos, o tamanho médio de partícula é tipicamente de 1-3 µm, enquanto no Japão, é geralmente de 3-8 µm, com um tamanho máximo de partícula de menos de 24 µm.
3. Alta taxa de esferoidização e dispersibilidade
Uma alta taxa de esferoidização garante a fluidez e dispersibilidade superiores dos enchimentos. A esferoidização de alta qualidade garante que o produto seja totalmente disperso em compostos de moldagem epóxi, alcançando efeitos de enchimento ideais. Produtos estrangeiros normalmente alcançam uma taxa de esferoidização de mais de 98%. Em comparação, materiais nacionais geralmente alcançam uma taxa de esferoidização de cerca de 90%, com alguns chegando a 95%.
03. Pó de silício esférico para cerâmicas de favo de mel
Os transportadores cerâmicos em favo de mel usados para purificação de exaustão de automóveis e Filtros de Partículas Diesel (DPF) para purificação de exaustão de motores a diesel — feitos principalmente de material de cordierita — são produzidos usando materiais como alumina, pó de silício e outros por meio de processos como mistura, moldagem por extrusão, secagem e sinterização. O pó de silício esférico aumenta a taxa de moldagem e a estabilidade dos produtos cerâmicos em favo de mel, contribuindo para melhorar o desempenho do produto.
04. Tintas e Revestimentos
O pó de silício esférico oferece excelente desempenho em resistência a arranhões, nivelamento, transparência e resistência às intempéries, tornando-o altamente eficaz em revestimentos para várias aplicações. Isso inclui tintas decorativas, tintas para madeira, revestimentos em pó, revestimentos anticorrosivos e revestimentos de piso.
05. Pó de Silício Esférico para Adesivos
O pó de silício esférico é usado em adesivos para colagem de lâminas de turbinas eólicas, adesivos estruturais de construção e componentes estruturais compostos grandes semelhantes. Ele aprimora as propriedades do adesivo ao fornecer viscosidade adequada, excelente tixotropia, características anti-flacidez, alta resistência de colagem e resistência à fadiga.
06. Campos de aplicação de ponta
O pó de silício esférico é bem adequado para reduzir a viscosidade de várias resinas e tintas, melhorando a fluidez e minimizando a formação de rebarbas. É amplamente aplicado em materiais e aditivos avançados, incluindo:
- Melhoradores de fluidez e redutores de rebarbas para resinas de embalagem de semicondutores.
- Aditivos de pó de carbono.
- Enchimentos de borracha de silicone.
- Materiais de sinterização e aditivos.
- Enchimentos para materiais de embalagem de líquidos.
- Enchimentos e substratos de resina.
- Aplicações em tecnologias de gap estreito.
Resumo
Nos últimos anos, o rápido desenvolvimento da indústria de informação eletrônica impulsionou a demanda por pó de silício esférico. Ele se tornou um material de produção essencial para laminados revestidos de cobre e circuitos integrados. Até o final do “14º Plano Quinquenal”, espera-se que o uso de pó de silício esférico em laminados revestidos de cobre exceda 55%.
Com propriedades químicas estáveis, excelente dispersibilidade e características ecologicamente corretas, o silício esférico pó tem amplas aplicações. Ele serve como um dispersante nas indústrias de plásticos e revestimentos, melhorando o acabamento da superfície do material. Além disso, suas aplicações em aeroespacial, plásticos especiais, revestimentos de alta qualidade, fibras especiais, borrachas, produtos químicos finos e cosméticos continuam a se expandir, mostrando seu vasto potencial e futuro promissor.
