El micropulver de silicio es un material inorgánico no metálico con una estructura de cuasipartículas esféricas y filamentosa. Posee un coeficiente de expansión térmica pequeño, baja concentración de estrés, 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 recibido atención en campos emergentes como la aeroespacial y el embalaje de circuitos integrados a gran escala. Gracias a sus propiedades sobresalientes y amplias perspectivas de aplicación, el micropulver de silicio esférico se ha convertido en un punto de interés en el campo de los nuevos materiales.
Existen varios tipos de micropulverizado de silicio esférico. La clasificación más común se basa en el contenido del elemento radiactivo uranio (U), dividiéndolo 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 en fase gaseosa y el método por plasma.
Estado actual de la industria de micropartículas de silicio esférico
En la década de 1980, Japón comenzó a desarrollar micropartículas de silicio esféricas, centrándose principalmente en el método de preparación por llama. Para principios de los años 2000, Japón había alcanzado una capacidad de producción anual de 10.000 toneladas. Desde entonces, las micropartículas de silicio esféricas se han aplicado ampliamente en circuitos integrados a gran escala, aeroespacial y fabricación de materiales especiales. Las empresas líderes en este campo incluyen Shin-Etsu, Toshiba Melting y Admatechs, que en conjunto representan aproximadamente el 70% del mercado mundial de micropartículas de silicio esféricas. Es notable que Admatechs ha monopolizado casi el mercado de micropartículas de silicio esféricas con tamaños de partícula por debajo de 1 µm.
Las empresas españolas han desarrollado productos con altas tasas de esferoidización, superficies lisas y esfericidad excelente. Utilizan principalmente el método de esferoidización por pulverización en fusión a alta temperatura, empleando cuarzo de alta pureza como materia prima. A temperaturas superiores a 2000°C, el cuarzo se funde en forma líquida, luego se pulveriza y enfría para producir el producto terminado.
Debido a las amplias perspectivas de aplicación del micropulverizado de silicio esférico en campos de alta tecnología, las empresas extranjeras han implementado barreras tecnológicas estrictas. Mientras tanto, el desarrollo de la tecnología de micropulverizado de silicio esférico en España avanza rápidamente. La producción de micropulverizado de silicio esférico de alta pureza en España se concentra en áreas como Huzhou (Zhejiang) y Lianyungang (Jiangsu). En los últimos años, algunas empresas nacionales, incluyendo Donghai Silica Micropowder, Zhejiang Huafei Electronics y Jiangsu Lianrui New Materials, han colaborado con instituciones de investigación para superar los bloqueos tecnológicos extranjeros mediante una investigación y desarrollo extensos. Aunque se han logrado avances notables en la tecnología de producción, aún existen brechas en la pureza del producto y el tamaño de partícula. Actualmente, los productos fabricados en España representan solo aproximadamente el 15% del mercado de gama alta.
Según datos de la firma de investigación de mercado Mordor Intelligence, el tamaño del mercado mundial de micropulverizado de silicio fue de aproximadamente 3.960 millones de USD en 2021. Se proyecta que crezca hasta 5.330 millones de USD para 2027, con una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 5,11%.
Áreas principales de aplicación del polvo de silicio esférico
Polvo de silicio esférico para laminados recubiertos de cobre (CCL)
En los últimos años, la tecnología de relleno inorgánico se ha convertido en un enfoque de investigación fundamental para desarrollar nuevos productos y mejorar el rendimiento de los laminados recubiertos de cobre. Debido a su gran superficie, el polvo de silicio esférico puede interactuar completamente con la resina epoxi, proporcionando una excelente capacidad de dispersión. Cuando se dispersa en la resina epoxi, aumenta la superficie de contacto y los puntos de unión, mejorando 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 recubiertos de cobre.
Actualmente, 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.
Polvo de silicio esférico para compuestos de moldeo de epoxy (EMC)
Más de 95% de dispositivos microelectrónicos hoy en día utilizan compuestos de moldeo epoxi. Estos compuestos generalmente consisten en 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, en el aumento de la conductividad térmica, en la disminución de la constante dieléctrica, en la mejora de la protección ambiental, en la obtención de retardancia a la llama, en la reducción del estrés interno, en la prevención de la absorción de humedad, en el fortalecimiento de los compuestos de moldeo y en la reducción del coste de los materiales de embalaje.
Requisitos para el polvo de silicio esférico en aplicaciones EMC:
Alta pureza
La alta pureza es un requisito fundamental para los materiales utilizados en productos electrónicos, especialmente en circuitos integrados de ultra gran escala. Además de minimizar los elementos de impureza convencionales, el contenido de elementos radiactivos debe ser lo más bajo posible, idealmente cero.
Tamaño de partículas ultrafinas y alta uniformidad
El polvo de silicio esférico utilizado para el envasado de circuitos integrados de ultra gran escala en el extranjero presenta tamaños de partículas finas, rangos de distribución estrechos y una excelente uniformidad. En España, el tamaño medio de partícula suele ser de 1-3 µm, mientras que en Japón, generalmente es de 3-8 µm, con un tamaño máximo de partícula 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. La esferoidización de alta calidad asegura que el producto se disperse completamente en compuestos de moldeo de epoxy, logrando efectos de llenado óptimos. Los productos extranjeros suelen alcanzar una tasa de esferoidización superior a 98%. En comparación, los materiales nacionales generalmente alcanzan una tasa de esferoidización de alrededor de 90%, y algunos llegan a 95%.
03. Polvo de Silicio Esférico para Cerámicas de Panal
Los soportes cerámicos de panal utilizados para la purificación de gases de escape de automóviles y los Filtros de Partículas Diesel (DPF) para la purificación de gases de escape de motores diésel—principalmente fabricados con material de cordierita—se producen utilizando materiales como alúmina, polvo de silicio y otros mediante procesos como mezcla, moldeo por extrusión, secado y sinterización. El polvo de silicio esférico mejora la tasa de moldeo y la estabilidad de los productos cerámicos de panal, contribuyendo a un mejor rendimiento del producto.
04. Pinturas y Recubrimientos
El polvo de silicio esférico ofrece un rendimiento excelente en resistencia a arañazos, nivelación, transparencia y resistencia a las condiciones climáticas, lo que lo hace altamente efectivo en recubrimientos para diversas aplicaciones. Estas incluyen pinturas decorativas, pinturas para madera, recubrimientos en polvo, recubrimientos anticorrosivos y recubrimientos para suelos.
05. Polvo de Silicio Esférico para Adhesivos
El polvo de silicio esférico se utiliza en adhesivos para unir palas de aerogeneradores, adhesivos estructurales para construcción y componentes estructurales compuestos similares de gran tamaño. Mejora las propiedades del adhesivo proporcionando viscosidad adecuada, excelente tixotropía, características anti-caída, alta resistencia a la unión y resistencia a la fatiga.
06. Campos de Aplicación de Vanguardia
El polvo de silicio esférico es adecuado para reducir la viscosidad de varias resinas y pinturas, mejorar la fluidez y minimizar la formación de rebabas. Se aplica ampliamente en materiales avanzados y aditivos, incluyendo:
- Mejoradores de fluidez y reductores de rebabas para resinas de embalaje de semiconductores.
- Aditivos de polvo de carbono.
- Rellenos de silicona.
- Materiales y aditivos para sinterización.
- Rellenos para materiales de envasado líquido.
- 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 clave para la producción de laminados de cobre y circuitos integrados. Para el final del '14º Plan Quinquenal', se espera que el uso de polvo de silicio esférico en laminados de cobre supere las 55%.
Con propiedades químicas estables, excelente dispersabilidad y características respetuosas con el medio ambiente, el polvo de silicio esférico tiene amplias aplicaciones. Sirve como dispersante en las industrias de plásticos y recubrimientos, mejorando el acabado superficial del material. Además, sus aplicaciones en aeroespacial, plásticos especiales, recubrimientos de alta gama, fibras especiales, cauchos, productos químicos finos y cosméticos continúan expandiéndose, mostrando su gran potencial y futuro prometedor.
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