En el context de la ràpida iteració de la indústria de la informació electrònica cap a la miniaturització, l'operació d'alta-freqüència i una alta fiabilitat, la micro-pols de silici, com a nou material fonamental fonamental que suporta el desenvolupament d'electrònica-de gamma alta, s'enfronta a llindars de rendiment que creixen contínuament. Les partícules de micro-pols de silici triturat processades de manera convencional, a causa de la seva morfologia irregular, pateixen defectes inherents com ara una fluïdesa deficient de la pols, una baixa densitat d'empaquetament i una concentració pronunciada d'estrès del material. Quan s'apliquen a materials d'encapsulació electrònica, aquests defectes condueixen fàcilment a esquerdes del substrat, planitud insuficient i fluctuacions en les propietats dielèctriques, fet que els fa inadequats per a les exigències de precisió i alta-integració dels dispositius electrònics avançats. En conseqüència, la modificació de l'esferonització s'ha convertit en l'avenç bàsic per actualitzar la indústria de la micro-pols de silici des d'un processament bas-de gamma baixa fins a una fabricació-alta i fina de materials nous-.
Actualment, les principals tecnologies d'esferonització per a la micro-pols de silici al mercat inclouen principalment la conformació mecànica, la fusió amb flama, el mètode de combustió directa/VMC, l'esferonització de plasma i els mètodes de síntesi química:
01 Mètode de conformació mecànica
El mètode de conformació mecànica és el procés de modificació física més bàsic, que es basa principalment en principis d'agitació mecànica d'alta velocitat, impacte i mòlta/format. Utilitza equips de conformació especialitzats, com ara molins d'impacte d'alta velocitat-i molins agitats de mitjans-per aplicar una acció mecànica contínua a la micro-pols de silici triturada, arrodonint progressivament les vores i les cantonades afilades per millorar la circularitat de les partícules i reparar els defectes superficials. També trenca els aglomerats durs, millorant la densitat aparent i la fluïdesa.
Els avantatges del mètode de conformació mecànica rau en el seu baix cost, la plena utilització dels recursos existents, el procés senzill, el respecte al medi ambient i l'escalabilitat industrial. Tanmateix, la relació de partícules esfèriques, la densitat de l'aixeta i el rendiment de processament de la pols resultant no es poden garantir de manera fiable, la qual cosa la fa apta només per a la producció de pols esfèrica amb requisits de qualitat inferiors.
02 Mètode de fusió de flama
El mètode de fusió amb flama és actualment la ruta tecnològica bàsica per a la industrialització de la pols de sílice esfèrica a la Xina, caracteritzada per una tecnologia madura, costos de producció globals relativament baixos, gran capacitat i aptitud per a una producció contínua a gran-escala. Concretament, com a matèria primera s'utilitza pols de sílice angular, que se sotmet a passos de pre-tractament com ara la mòlta per raig, el tamisat en diverses etapes i la purificació. A continuació, la pols de la mida adequada s'introdueix a una flama d'alta -temperatura, on les partícules es fonen instantàniament i es contrauen en formes esfèriques sota tensió superficial, seguida d'un ràpid refredament i solidificació.
La font de calor en el mètode de la flama normalment utilitza gasos nets com l'acetilè o el gas natural, donant lloc a una flama neta sense contaminació. Tanmateix, el resultat de l'esferonització està influenciat significativament per factors com la mida de les partícules de la matèria primera, el camp de temperatura de la flama, el temps de residència i l'estabilitat de l'alimentació. Un control inadequat del procés pot provocar problemes com l'aglomeració de partícules, esferes buides, l'ampliació de la distribució de la mida de les partícules, una consistència insuficient d'esferonització i baixes taxes d'esferonització per a pols ultrafines i submicròniques.
03 Mètode d'esferonització de plasma
El mètode d'esferonització de plasma és una tècnica que utilitza l'estat d'alta -energia del plasma per al processament de materials. El seu principi consisteix a col·locar micro-pols de silici que s'ha sotmès a una trituració ultra-fina i eliminació d'impureses químiques en un reactor de plasma. La pols es fon ràpidament a la -zona d'alta temperatura de la torxa de plasma, després forma gotes esfèriques sota tensió superficial i es solidifica en partícules esfèriques després d'un refredament ràpid. En comparació amb el mètode de fusió amb flama, l'esferonització del plasma té una durada extremadament curta d'exposició a alta -temperatura, que evita efectivament la transformació en fase cristal·lina de la sílice. A més, a causa del seu alt grau d'automatització i bona estabilitat, assegura unes taxes d'esferonització més altes, una uniformitat de mida de partícula superior i un contingut d'impureses extremadament baix.
No obstant això, aquest mètode encara s'enfronta a reptes importants en l'adopció a escala-industrial. En primer lloc, el plasma tèrmic s'escalfa principalment per electricitat, i hi ha una pèrdua substancial durant la conversió d'energia elèctrica en plasma, la qual cosa resulta en una baixa utilització d'energia i, en conseqüència, uns costos de calefacció elevats. En segon lloc, la potència dels generadors de plasma tèrmic d'inducció està limitada pels equips d'alimentació, i les fonts d'alimentació d'alta-potència són costoses, i impliquen una inversió de capital substancial, que limita les aplicacions industrials. A més, els equips bàsics com els forns d'esferonització de plasma romanen monopolitzats per empreses japoneses i alemanyes. L'elevat cost d'inversió inicial també és un factor crític que restringeix la seva aplicació a gran-escala.
04 Mètode de combustió directa/VMC
El mètode de combustió directa (també conegut com a mètode VMC) va ser desenvolupat originalment per Admatechs del Japó i es considera un procés de referència clàssic en el camp global d'envasament de semiconductors-de gamma alta. Aquest mètode utilitza com a matèria primera pols de silici metàl·lic d'alta -puresa. La pols de silici metàl·lic ultrafina es dispersa uniformement en un corrent d'oxigen per experimentar una reacció de deflagració controlada, generant sílice. Simultàniament, la calor de reacció instantània ultra-alliberada per l'oxidació del silici fa que la sílice generada es fongui i es vaporitzi a l'instant, després es torni-forma sota tensió superficial i es refredi i solidifiqui ràpidament, formant partícules de sílice esfèriques amorfes in situ. Durant tot el procés, el control precís de la concentració d'oxigen, la temperatura i la velocitat del flux permet una regulació fina de la mida i la morfologia de les partícules.
En comparació amb altres mètodes físics, el mètode VMC supera les limitacions d'impureses de les matèries primeres de mineral de quars natural. Sintetitzant a partir de silici metàl·lic d'alta-puresa, el producte aconsegueix un contingut d'impureses metàl·liques extremadament baix, sense fase cristal·lina residual, excel·lents propietats dielèctriques, una distribució estreta de la mida de partícules, una monodispersitat excepcional i una rodonesa de partícules extremadament alta. La seva consistència del producte supera amb escreix la dels mètodes tradicionals de flames. Els productes s'utilitzen principalment en escenaris d'alt-valor-afegit, com ara envasos de semiconductors-de gamma alta i materials electrònics de precisió d'alta-freqüència. Tanmateix, com que la reacció de deflagració de la pols de silici metàl·lic requereix una precisió extremadament alta del sistema de control de paràmetres i segellat d'equips, els costos d'inversió i manteniment dels equips són substancials, la gestió de la seguretat del procés és excepcionalment difícil, els llindars de producció són alts i el monopoli tecnològic és fort-dominat-a llarg termini per Admatech del Japó.
05 Mètode de síntesi química
Els mètodes de síntesi química inclouen principalment la síntesi de sol-gel,-gasos, reacció de microemulsió, precipitació/creixement de llavors i altres. A diferència de la lògica de la modificació física posterior al-tractament, aquest procés utilitza precursors de silà, silicats d'alta-puresa, etc., com a matèries primeres. Mitjançant el control dels processos d'hidròlisi, condensació, nucleació i creixement de partícules de la font de silici, les partícules de sílice esfèriques es sintetitzen directament in situ a nivell molecular, sense dependre de matèries primeres de pols de quars triturat. El producte és d'una puresa extremadament alta i presenta un potencial més gran en termes de mides de partícules fines, distribucions de mida estretes i dissenyabilitat estructural.
Prenent com a exemple el mètode clàssic de sol-gel, empra el sistema Stöber, utilitzant ortosilicat de tetraetil (TEOS) com a font de silici en un sistema bàsic (p. ex., amoníac) catalític d'etanol-aigua de dissolvent mixt per a reaccions d'hidròlisi i condensació. TEOS s'hidrolitza primer per formar monòmers de silanol, que pateixen condensació per deshidratació per formar oligòmers de sílice (SiO₂), que finalment creixen en nuclis per produir microesferes de sílice monodisperses. Per a la preparació de partícules esfèriques de -diàmetre més gran, es poden adoptar mètodes de creixement i precipitació de llavors que suprimeixen la nucleació secundària i promouen el creixement epitaxial de les partícules existents.