La micropoudre de silicium sphérique est un matériau inorganique non métallique doté d'une structure quasi-particulaire en maille et floconneuse. Elle possède un faible coefficient d'expansion thermique, une faible concentration de contrainte, un faible coefficient de frottement, une bonne résistance à la corrosion, une excellente stabilité chimique, une bonne dispersibilité et une faible conductivité thermique, entre autres propriétés. Ces dernières années, elle a attiré l'attention dans des domaines émergents tels que l'aérospatiale et l'emballage de circuits intégrés à grande échelle. Grâce à ses propriétés exceptionnelles et à ses vastes perspectives d'application, la micropoudre de silicium sphérique est devenue un sujet de recherche majeur dans le domaine des nouveaux matériaux.
Il existe différents types de micropoudre de silicium sphérique. La classification la plus courante est basée sur la teneur en élément radioactif uranium (U), la divisant en poudre de silicium sphérique à faible radiation et poudre de silicium sphérique à usage général. Les méthodes de préparation courantes incluent la méthode à la flamme, la méthode de précipitation chimique, la méthode en phase gazeuse et la méthode par plasma.
Statut actuel de l'industrie de la micropoudre de silicium sphérique
Dans les années 1980, le Japon a commencé à développer de la micropoudre de silicium sphérique, en se concentrant principalement sur la méthode de préparation par flamme. Au début des années 2000, le Japon avait atteint une capacité de production annuelle de 10 000 tonnes. La micropoudre de silicium sphérique a depuis été largement utilisée dans les circuits intégrés à grande échelle, l'aérospatiale et la fabrication de matériaux spéciaux. Les principales entreprises dans ce domaine incluent Shin-Etsu, Toshiba Melting et Admatechs, qui représentent ensemble environ 70 % du marché mondial de la micropoudre de silicium sphérique. Il est à noter qu'Admatechs a presque monopolisé le marché de la micropoudre de silicium sphérique avec des tailles de particules inférieures à 1 µm.
Les entreprises françaises ont développé des produits avec des taux de sphéridisation élevés, des surfaces lisses et une excellente sphéricité. Elles utilisent principalement la méthode de sphéridisation par pulvérisation en fusion à haute température, en utilisant du quartz de haute pureté comme matière première. À des températures supérieures à 2000°C, le quartz est fondu en liquide, puis pulvérisé et refroidi pour produire le produit fini.
En raison des vastes perspectives d'application de la micropoudre de silicium sphérique dans les domaines de la haute technologie, des entreprises étrangères ont mis en place des barrières technologiques strictes. Par ailleurs, le développement de la technologie de micropoudre de silicium sphérique en France progresse rapidement. La production de micropoudre de silicium sphérique de haute pureté en France est concentrée dans des régions telles que Huzhou (Zhejiang) et Lianyungang (Jiangsu). Ces dernières années, quelques entreprises nationales, notamment Donghai Silica Micropowder, Zhejiang Huafei Electronics et Jiangsu Lianrui New Materials, ont collaboré avec des institutions de recherche pour surmonter les blocages technologiques étrangers par le biais de recherches et développement intensifs. Bien que des avancées notables aient été réalisées dans la technologie de production, des écarts subsistent en matière de pureté du produit et de taille de particule. Actuellement, les produits fabriqués localement ne représentent qu'environ 15% du marché haut de gamme.
Selon les données de la société d'études de marché Mordor Intelligence, la taille du marché mondial du micropoudre de silicium était d'environ 3,96 milliards de dollars en 2021. Elle devrait atteindre 5,33 milliards de dollars d'ici 2027, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 5,11 %.
Principaux domaines d'application de la poudre de silicium sphérique
Poudre de silicium sphérique pour stratifiés en cuivre (CCL)
Ces dernières années, la technologie des charges inorganiques est devenue un axe de recherche essentiel pour le développement de nouveaux produits et l'amélioration des performances des stratifiés en cuivre. En raison de sa grande surface, la poudre de silicium sphérique peut interagir pleinement avec la résine époxy, offrant une excellente capacité de dispersion. Lorsqu'elle est dispersée dans la résine époxy, elle augmente la surface de contact et les points de liaison, améliorant la compatibilité entre les deux matériaux. De plus, la poudre de silicium sphérique offre des propriétés mécaniques et électriques supérieures, ce qui la rend de plus en plus populaire dans la fabrication de stratifiés en cuivre.
Actuellement, la poudre de silicium sphérique est principalement utilisée dans les CCL rigides, où elle représente entre 20,1 % et 30,1 % de la composition totale. Son utilisation dans les CCL flexibles et à base de papier est relativement limitée.
02. Poudre de silicium sphérique pour composites de moulage époxy (EMC)
Plus de 95% de dispositifs microélectroniques utilisent aujourd'hui des composés de moulage époxy. Ces composés se composent généralement de charges (60-90%), de résine époxy (moins de 18%), d'agents de durcissement (moins de 9%) et d'additifs (environ 3%). Les charges les plus couramment utilisées sont des poudres de dioxyde de silicium, qui peuvent représenter jusqu'à 90,5% du composé. La poudre de dioxyde de silicium joue un rôle crucial dans la réduction du coefficient de dilatation thermique, l'augmentation de la conductivité thermique, la diminution de la constante diélectrique, l'amélioration de la protection environnementale, l'obtention de la retardance au feu, la réduction des contraintes internes, la prévention de l'absorption d'humidité, le renforcement des composés de moulage et la réduction du coût des matériaux d'emballage.
Exigences pour la poudre de silicium sphérique dans les applications EMC :
Haute pureté
Une pureté élevée est une exigence fondamentale pour les matériaux utilisés dans les produits électroniques, en particulier dans les circuits intégrés à très grande échelle. En plus de minimiser les éléments d'impuretés conventionnels, la teneur en éléments radioactifs doit être aussi faible que possible, idéalement nulle.
Taille de particule ultrafine et haute uniformité
La poudre de silicium sphérique utilisée pour l'emballage de circuits intégrés à très grande échelle à l'étranger présente des tailles de particules fines, des plages de distribution étroites et une excellente uniformité. En France, la taille moyenne des particules est généralement de 1 à 3 µm, tandis qu'au Japon, elle est généralement de 3 à 8 µm, avec une taille maximale de particules inférieure à 24 µm.
3. Taux élevé de sphéronisation et de dispersibilité
Un taux élevé de sphéronisation garantit une fluidité et une dispersibilité supérieures des charges. Une sphéronisation de haute qualité assure que le produit est entièrement dispersé dans les composés de moulage époxy, permettant d'obtenir des effets de remplissage optimaux. Les produits étrangers atteignent généralement un taux de sphéronisation supérieur à 98%. En comparaison, les matériaux domestiques atteignent généralement un taux de sphéronisation d'environ 90%, certains atteignant 95%.
03. Poudre de Silicium Sphérique pour Céramiques en Nid d'Abeille
Les supports en céramique en nid d'abeille utilisés pour la purification des gaz d'échappement des automobiles et les filtres à particules diesel (DPF) pour la purification des gaz d'échappement des moteurs diesel—principalement fabriqués à partir de matériau cordiérite—sont produits en utilisant des matériaux tels que l'alumine, la poudre de silicium, et d'autres, par des processus comme le mélange, le moulage par extrusion, le séchage et la frittage. La poudre de silicium sphérique améliore le taux de moulage et la stabilité des produits en céramique en nid d'abeille, contribuant à une meilleure performance du produit.
04. Peintures et Revêtements
La poudre de silicium sphérique offre d'excellentes performances en résistance aux rayures, en nivellement, en transparence et en résistance aux intempéries, ce qui la rend très efficace dans les revêtements pour diverses applications. Celles-ci incluent les peintures décoratives, les peintures pour bois, les revêtements en poudre, les revêtements anticorrosion et les revêtements de sol.
05. Poudre de Silicium Sphérique pour Adhésifs
La poudre de silicium sphérique est utilisée dans les adhésifs pour coller les pales d'éoliennes, les adhésifs structuraux pour bâtiments, et des composants structuraux composites similaires de grande taille. Elle améliore les propriétés de l'adhésif en fournissant une viscosité adaptée, une excellente thixotropie, des caractéristiques anti-affaissement, une haute résistance à la liaison et une résistance à la fatigue.
06. Domaines d'Application de Pointe
La poudre de silicium sphérique est adaptée pour réduire la viscosité de diverses résines et peintures, améliorer la fluidité et minimiser la formation de bavures. Elle est largement utilisée dans les matériaux avancés et les additifs, notamment :
- Améliorateurs de fluidité et réduiseurs de bavures pour les résines d'emballage de semi-conducteurs.
- Additifs en poudre de carbone.
- Chargeurs en silicone pour caoutchouc.
- Matériaux de frittage et additifs.
- Chargeurs pour matériaux d'emballage liquide.
- Chargeurs et substrats pour résines.
- Applications dans les technologies à espace réduit.
Résumé
Ces dernières années, le développement rapide de l'industrie de l'information électronique a stimulé la demande en poudre de silicium sphérique. Elle est devenue un matériau clé pour la fabrication de laminés en cuivre et de circuits intégrés. D'ici la fin du « 14e Plan quinquennal », il est prévu que l'utilisation de poudre de silicium sphérique dans les laminés en cuivre dépasse 55%.
Dotée de propriétés chimiques stables, d'une excellente dispersibilité et de caractéristiques respectueuses de l'environnement, la poudre de silicium sphérique a de vastes applications. Elle sert d'agent dispersant dans les industries des plastiques et des revêtements, améliorant la finition de surface des matériaux. De plus, ses applications dans l'aérospatiale, les plastiques spéciaux, les revêtements haut de gamme, les fibres spécialisées, les caoutchoucs, la chimie fine et la cosmétique continuent de s'étendre, montrant son potentiel immense et son avenir prometteur.
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