Сферический кремниевый микропорошок представляет собой неорганический неметаллический материал с сетчатой структурой и хлопьевидный Квазичастичная структура. Он обладает малым коэффициентом теплового расширения, низкой концентрацией напряжений, низким коэффициентом трения, хорошей коррозионной стойкостью, превосходной химической стабильностью, хорошей диспергируемостью и низкой теплопроводностью, среди прочих свойств. В последние годы он привлек внимание в таких новых областях, как аэрокосмическая промышленность и крупномасштабная упаковка интегральных схем. Благодаря своим выдающимся свойствам и широким перспективам применения сферический кремниевый микропорошок стал горячей точкой исследований в области новых материалов.
Существуют различные типы сферического кремниевого микропорошка. Наиболее распространенный классификация основан на содержании радиоактивного элемента урана (U), разделяя его на низкорадиоактивный сферический кремниевый порошок и сферический кремниевый порошок общего назначения. Распространенные методы приготовления включают пламенный метод, метод химического осаждения, газофазный метод и плазменный метод.
Текущее состояние отрасли по производству сферического кремниевого микропорошка
В 1980-х годах Япония начала разрабатывать сферический кремниевый микропорошок, уделяя основное внимание методу приготовления в пламени. К началу 2000-х годов Япония достигла годовой производственной мощности в 10 000 тонн. Сферический кремниевый микропорошок с тех пор широко применяется в крупномасштабных интегральных схемах, аэрокосмической промышленности и производстве специальных материалов. Ведущими компаниями в этой области являются Shin-Etsu, Toshiba Melting и Admatechs, которые вместе занимают около 70% мирового рынка сферического кремниевого микропорошка. Примечательно, что Admatechs практически монополизировала рынок сферического кремниевого микропорошка с размером частиц менее 1 мкм.
Американские компании разработали продукцию с высокими показателями сфероидизации, гладкими поверхностями и превосходной сферичностью. В основном они используют метод высокотемпературной сфероидизации расплава-распыления, используя в качестве сырья кварц высокой чистоты. При температурах, превышающих 2000°C, кварц плавится в жидкую форму, затем распыляется и охлаждается для получения готового продукта.
В связи с широкими перспективами применения сферического кремниевого микропорошка в высокотехнологичных областях иностранные компании ввели жесткие технологические барьеры. Между тем, разработка технологии сферического кремниевого микропорошка в Китае стремительно развивается. Производство высокочистого сферического кремниевого микропорошка в Китае сосредоточено в таких регионах, как Хучжоу (Чжэцзян) и Ляньюньган (Цзянсу). В последние годы несколько отечественных компаний, включая Donghai Silica Micropowder, Zhejiang Huafei Electronics и Jiangsu Lianrui New Materials, сотрудничали с научно-исследовательскими институтами для преодоления иностранной технологической блокады посредством обширных исследований и разработок. Хотя в технологии производства были достигнуты заметные прорывы, остаются пробелы в чистоте продукта и размере частиц. В настоящее время продукция отечественного производства составляет всего около 15% рынка высокого класса.
По данным исследовательской компании Mordor Intelligence, объем мирового рынка кремниевого микропорошка в 2021 году составил около 3,96 млрд долларов США. Прогнозируется, что к 2027 году он вырастет до 5,33 млрд долларов США, а среднегодовой темп прироста (CAGR) составит 5,1%.
Основные области применения сферического кремниевого порошка
01. Сферический кремниевый порошок для ламинатов с медным покрытием (CCL)
В последние годы технология неорганических наполнителей стала критически важным направлением исследований для разработки новых продуктов и повышения производительности ламинатов с медным покрытием. Благодаря большой площади поверхности сферический кремниевый порошок может полностью взаимодействовать с эпоксидной смолой, обеспечивая превосходную дисперсионную способность. При диспергировании в эпоксидной смоле он увеличивает площадь контакта и точки связывания, улучшая совместимость между двумя материалами. Кроме того, сферический кремниевый порошок обладает превосходными механическими и электрическими свойствами, что делает его все более популярным в производстве ламинатов с медным покрытием.
В настоящее время сферический кремниевый порошок в основном используется в жестких CCL, где он составляет от 20% до 30% от общего состава. Его использование в гибких и бумажных CCL относительно ограничено.
02. Сферический кремниевый порошок для эпоксидных формовочных компаундов (ЭПК)
Более 95% микроэлектронных устройств сегодня используют эпоксидные формовочные компаунды. Эти компаунды обычно состоят из наполнителей (60-90%), эпоксидной смолы (менее 18%), отвердителей (менее 9%) и добавок (около 3%). Наиболее часто используемыми наполнителями являются порошки диоксида кремния, которые могут составлять до 90,5% компаунда. Порошок диоксида кремния играет решающую роль в снижении коэффициента теплового расширения, повышении теплопроводности, снижении диэлектрической проницаемости, улучшении защиты окружающей среды, достижении огнестойкости, снижении внутреннего напряжения, предотвращении поглощения влаги, укреплении формовочных компаундов и снижении стоимости упаковочных материалов.
Требования к сферическому кремниевому порошку в приложениях ЭМС:
1. Высокая чистота
Высокая чистота является основополагающим требованием к материалам, используемым в электронных продуктах, особенно в сверхбольших интегральных схемах. Помимо минимизации обычных примесных элементов, содержание радиоактивных элементов должно быть как можно ниже, в идеале равно нулю.
2. Сверхтонкий размер частиц и высокая однородность
Сферический кремниевый порошок, используемый для упаковки сверхбольших интегральных схем за рубежом, отличается мелкими размерами частиц, узкими диапазонами распределения и превосходной однородностью. В Соединенных Штатах средний размер частиц обычно составляет 1-3 мкм, тогда как в Японии он обычно составляет 3-8 мкм, а максимальный размер частиц составляет менее 24 мкм.
3. Высокая скорость сфероидизации и дисперсность
Высокая скорость сфероидизации обеспечивает превосходную текучесть и диспергируемость наполнителей. Высококачественная сфероидизация обеспечивает полную диспергацию продукта в эпоксидных формовочных компаундах, достигая оптимальных эффектов заполнения. Зарубежные продукты обычно достигают скорости сфероидизации более 98%. Для сравнения, отечественные материалы обычно достигают скорости сфероидизации около 90%, а некоторые достигают 95%.
03. Сферический кремниевый порошок для сотовой керамики
Керамические сотовые носители, используемые для очистки выхлопных газов автомобилей и сажевых фильтров (DPF) для очистки выхлопных газов дизельных двигателей, в основном изготавливаемые из кордиерита, производятся с использованием таких материалов, как оксид алюминия, кремниевый порошок и другие, с помощью таких процессов, как смешивание, экструзионное формование, сушка и спекание. Сферический кремниевый порошок повышает скорость формования и стабильность сотовых керамических изделий, способствуя улучшению эксплуатационных характеристик продукта.
04. Краски и покрытия
Сферический кремниевый порошок обеспечивает превосходные показатели устойчивости к царапинам, выравниванию, прозрачности и атмосферостойкости, что делает его высокоэффективным в покрытиях для различных применений. К ним относятся декоративные краски, краски для дерева, порошковые покрытия, антикоррозионные покрытия и напольные покрытия.
05. Сферический кремниевый порошок для клеев
Сферический кремниевый порошок используется в клеях для склеивания лопастей ветряных турбин, строительных конструкционных клеях и подобных крупных композитных структурных компонентах. Он улучшает свойства клея, обеспечивая подходящую вязкость, отличную тиксотропность, противопровисающие характеристики, высокую прочность склеивания и усталостную прочность.
06. Передовые области применения
Сферический кремниевый порошок хорошо подходит для снижения вязкости различных смол и красок, улучшения текучести и минимизации образования заусенцев. Он широко применяется в современных материалах и добавках, включая:
- Улучшители текучести и средства для уменьшения заусенцев в смолах для корпусирования полупроводников.
- Добавки к углеродному порошку.
- Наполнители из силиконовой резины.
- Агломерационные материалы и добавки.
- Наполнители для жидких упаковочных материалов.
- Смоляные наполнители и субстраты.
- Применение в узкозонных технологиях.
Краткое содержание
В последние годы быстрое развитие электронной информационной промышленности обусловило спрос на сферический кремниевый порошок. Он стал ключевым производственным материалом для медных ламинатов и интегральных схем. К концу «14-й пятилетки» ожидается, что использование сферического кремниевого порошка в медных ламинатах превысит 55%.
Сферический кремний обладает стабильными химическими свойствами, превосходной диспергируемостью и экологически чистыми характеристиками. пудра имеет широкое применение. Он служит диспергатором в производстве пластмасс и покрытий, улучшая качество поверхности материала. Кроме того, его применение в аэрокосмической промышленности, производстве специальных пластмасс, высококачественных покрытий, специальных волокон, резины, тонкой химии и косметики продолжает расширяться, демонстрируя его огромный потенциал и многообещающее будущее.
