สถานะการพัฒนาปัจจุบันและแนวโน้มการประยุกต์ใช้ของอุตสาหกรรมไมโครผงซิลิคอนทรงกลมเป็นอย่างไร?

ผงไมโครซิลิคอนทรงกลมเป็นวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะที่มีโครงสร้างคล้ายตาข่ายและอนุภาคที่จับตัวเป็นก้อน มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ ความเข้มข้นของความเค้นต่ำ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี มีเสถียรภาพทางเคมีดีเยี่ยม กระจายตัวได้ดี และนำความร้อนต่ำ เป็นต้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ผงไมโครซิลิคอนทรงกลมได้รับความสนใจในสาขาใหม่ๆ เช่น การบินและอวกาศและบรรจุภัณฑ์วงจรรวมขนาดใหญ่ ด้วยคุณสมบัติที่โดดเด่นและแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวาง ผงไมโครซิลิคอนทรงกลมจึงกลายเป็นจุดสนใจด้านการวิจัยในสาขาของวัสดุใหม่

ผงไมโครซิลิคอนทรงกลมมีหลายประเภท การจำแนกประเภทที่พบมากที่สุดจะพิจารณาจากปริมาณของธาตุกัมมันตภาพรังสียูเรเนียม (U) โดยแบ่งเป็นผงซิลิคอนทรงกลมที่มีกัมมันตภาพรังสีต่ำและผงซิลิคอนทรงกลมอเนกประสงค์ วิธีการเตรียมทั่วไป ได้แก่ วิธีเปลวไฟ วิธีการตกตะกอนทางเคมี วิธีก๊าซ และวิธีพลาสมา

สถานะปัจจุบันของอุตสาหกรรมไมโครผงซิลิกอนทรงกลม

ในช่วงทศวรรษ 1980 ญี่ปุ่นเริ่มพัฒนาผงไมโครซิลิคอนทรงกลม โดยเน้นที่วิธีการเตรียมเปลวไฟเป็นหลัก ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 ญี่ปุ่นสามารถผลิตผงไมโครซิลิคอนทรงกลมได้ 10,000 ตันต่อปี นับแต่นั้นมา ผงไมโครซิลิคอนทรงกลมได้รับการนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรรวมขนาดใหญ่ การบินและอวกาศ และการผลิตวัสดุพิเศษ บริษัทชั้นนำในสาขานี้ ได้แก่ Shin-Etsu, Toshiba Melting และ Admatechs ซึ่งรวมกันคิดเป็นประมาณ 70% ของตลาดผงไมโครซิลิคอนทรงกลมทั่วโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Admatechs แทบจะผูกขาดตลาดผงไมโครซิลิคอนทรงกลมที่มีขนาดอนุภาคต่ำกว่า 1 µm

บริษัทอเมริกันได้พัฒนาผลิตภัณฑ์ที่มีอัตราการเกิดทรงกลมสูง พื้นผิวเรียบ และความเป็นทรงกลมที่ยอดเยี่ยม โดยส่วนใหญ่แล้วบริษัทเหล่านี้จะใช้การหลอมละลายและพ่นเป็นทรงกลมด้วยอุณหภูมิสูง โดยใช้ควอตซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นวัตถุดิบ ที่อุณหภูมิเกิน 2,000°C ควอตซ์จะถูกหลอมเป็นของเหลว จากนั้นจึงพ่นและทำให้เย็นลงเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

เนื่องจากแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางของผงไมโครซิลิคอนทรงกลมในสาขาเทคโนโลยีขั้นสูง บริษัทต่างประเทศจึงได้นำอุปสรรคด้านเทคโนโลยีที่เข้มงวดมาใช้ ในขณะเดียวกัน การพัฒนาเทคโนโลยีผงไมโครซิลิคอนทรงกลมในประเทศจีนก็ก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว การผลิตผงไมโครซิลิคอนทรงกลมที่มีความบริสุทธิ์สูงในจีนกระจุกตัวอยู่ในพื้นที่ เช่น หูโจว (เจ้อเจียง) และเหลียนหยุนกัง (เจียงซู) ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บริษัทในประเทศบางแห่ง เช่น Donghai Silica Micropowder, Zhejiang Huafei Electronics และ Jiangsu Lianrui New Materials ได้ร่วมมือกับสถาบันวิจัยเพื่อเอาชนะอุปสรรคด้านเทคโนโลยีจากต่างประเทศผ่านการวิจัยและพัฒนาอย่างกว้างขวาง แม้ว่าจะมีความก้าวหน้าที่สำคัญในเทคโนโลยีการผลิต แต่ยังคงมีช่องว่างในความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์และขนาดอนุภาค ปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตในประเทศคิดเป็นเพียงประมาณ 15% ของตลาดระดับไฮเอนด์

จากข้อมูลของบริษัทวิจัยตลาด Mordor Intelligence ระบุว่าขนาดตลาดผงไมโครซิลิคอนทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 3.96 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2021 และคาดว่าจะเติบโตถึง 5.33 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2027 ด้วยอัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้น (CAGR) ที่ 5.1%

พื้นที่การใช้งานหลักของผงซิลิคอนทรงกลม

01. ผงซิลิโคนทรงกลมสำหรับลามิเนตเคลือบทองแดง (CCL)

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีสารตัวเติมอนินทรีย์ได้กลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยที่สำคัญสำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่และปรับปรุงประสิทธิภาพของแผ่นลามิเนตหุ้มทองแดง เนื่องจากมีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ ผงซิลิคอนทรงกลมจึงสามารถทำปฏิกิริยากับเรซินอีพอกซีได้อย่างเต็มที่ ทำให้มีความสามารถในการกระจายตัวที่ดีเยี่ยม เมื่อกระจายตัวในเรซินอีพอกซี จะเพิ่มพื้นที่สัมผัสและจุดยึดติด ทำให้ความเข้ากันได้ระหว่างวัสดุทั้งสองดีขึ้น นอกจากนี้ ผงซิลิคอนทรงกลมยังมีคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้าที่เหนือกว่า ทำให้เป็นที่นิยมมากขึ้นในการผลิตแผ่นลามิเนตหุ้มทองแดง

ปัจจุบันผงซิลิคอนทรงกลมถูกใช้เป็นหลักใน CCL แบบแข็ง โดยมีสัดส่วน 20% ถึง 30% ขององค์ประกอบทั้งหมด การใช้ผงซิลิคอนทรงกลมใน CCL แบบยืดหยุ่นและแบบกระดาษยังค่อนข้างจำกัด

02. ผงซิลิคอนทรงกลมสำหรับสารประกอบการขึ้นรูปอีพอกซี (EMC)

ปัจจุบันอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์มากกว่า 95% ใช้สารประกอบการขึ้นรูปอีพอกซี สารประกอบเหล่านี้มักประกอบด้วยสารตัวเติม (60-90%) เรซินอีพอกซี (น้อยกว่า 18%) ตัวเร่งการแข็งตัว (น้อยกว่า 9%) และสารเติมแต่ง (ประมาณ 3%) สารตัวเติมที่ใช้กันทั่วไปที่สุดคือผงซิลิกอนไดออกไซด์ ซึ่งสามารถประกอบด้วยสารประกอบได้มากถึง 90.5% ผงซิลิกอนไดออกไซด์มีบทบาทสำคัญในการลดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน เพิ่มการนำความร้อน ลดค่าคงที่ไดอิเล็กตริก เพิ่มการปกป้องสิ่งแวดล้อม บรรลุการหน่วงการติดไฟ ลดความเครียดภายใน ป้องกันการดูดซับความชื้น เสริมความแข็งแรงของสารประกอบการขึ้นรูป และลดต้นทุนของวัสดุบรรจุภัณฑ์

ข้อกำหนดสำหรับผงซิลิคอนทรงกลมในแอพพลิเคชั่น EMC:

1. ความบริสุทธิ์สูง

ความบริสุทธิ์สูงเป็นข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับวัสดุที่ใช้ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวงจรรวมขนาดใหญ่พิเศษ นอกเหนือจากการลดองค์ประกอบเจือปนแบบเดิมแล้ว ปริมาณองค์ประกอบกัมมันตภาพรังสีจะต้องต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยในอุดมคติคือศูนย์

2. ขนาดอนุภาคละเอียดพิเศษและความสม่ำเสมอสูง

ผงซิลิคอนทรงกลมที่ใช้สำหรับบรรจุวงจรรวมขนาดใหญ่พิเศษในต่างประเทศมีขนาดอนุภาคที่ละเอียด ช่วงการกระจายตัวที่แคบ และมีความสม่ำเสมอที่ยอดเยี่ยม ในสหรัฐอเมริกา ขนาดอนุภาคเฉลี่ยโดยทั่วไปคือ 1-3 ไมโครเมตร ในขณะที่ในญี่ปุ่น โดยทั่วไปคือ 3-8 ไมโครเมตร โดยขนาดอนุภาคสูงสุดน้อยกว่า 24 ไมโครเมตร

3. อัตราการเกิดทรงกลมสูงและการกระจายตัว

อัตราการเกิดทรงกลมสูงช่วยให้สารตัวเติมมีการไหลและการกระจายตัวได้ดีเยี่ยม การเกิดทรงกลมคุณภาพสูงช่วยให้มั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์กระจายตัวได้เต็มที่ในสารประกอบการขึ้นรูปอีพอกซี ทำให้ได้ผลการเติมที่เหมาะสมที่สุด โดยทั่วไป ผลิตภัณฑ์จากต่างประเทศจะมีอัตราการเกิดทรงกลมมากกว่า 98% เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว วัสดุในประเทศโดยทั่วไปจะมีอัตราการเกิดทรงกลมอยู่ที่ประมาณ 90% โดยมีเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่มีอัตราการเกิดทรงกลมถึง 95%

03.ผงซิลิโคนทรงกลมสำหรับเซรามิกรังผึ้ง

ตัวพาเซรามิกรังผึ้งที่ใช้สำหรับการฟอกไอเสียรถยนต์และตัวกรองอนุภาคดีเซล (DPF) สำหรับการฟอกไอเสียเครื่องยนต์ดีเซล ซึ่งส่วนใหญ่ทำจากวัสดุคอร์เดียไรต์ ผลิตขึ้นโดยใช้วัสดุ เช่น อะลูมินา ผงซิลิกอน และอื่นๆ ผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การผสม การขึ้นรูปด้วยการอัดรีด การอบแห้ง และการเผาผนึก ผงซิลิกอนทรงกลมช่วยเพิ่มอัตราการขึ้นรูปและความเสถียรของผลิตภัณฑ์เซรามิกรังผึ้ง ส่งผลให้ประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ดีขึ้น

04. สีและวัสดุเคลือบผิว

ผงซิลิคอนทรงกลมมีประสิทธิภาพดีเยี่ยมในการต้านทานรอยขีดข่วน การปรับระดับ ความโปร่งใส และทนต่อสภาพอากาศ ทำให้มีประสิทธิภาพสูงในการเคลือบสำหรับการใช้งานต่างๆ ได้แก่ สีตกแต่ง สีไม้ เคลือบผง เคลือบป้องกันการกัดกร่อน และเคลือบพื้น

05. ผงซิลิโคนทรงกลมสำหรับกาว

ผงซิลิคอนทรงกลมใช้ในกาวสำหรับยึดใบพัดกังหันลม กาวโครงสร้างอาคาร และส่วนประกอบโครงสร้างคอมโพสิตขนาดใหญ่ที่คล้ายกัน ผงซิลิคอนทรงกลมช่วยเพิ่มคุณสมบัติของกาวโดยให้ความหนืดที่เหมาะสม ความหนืดคงที่ที่ยอดเยี่ยม คุณสมบัติป้องกันการหย่อนคล้อย ความแข็งแรงในการยึดติดสูง และทนต่อความเมื่อยล้า

06. ขอบเขตการใช้งานที่ล้ำสมัย

ผงซิลิคอนทรงกลมเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการลดความหนืดของเรซินและสีต่างๆ ปรับปรุงการไหลลื่น และลดการเกิดเสี้ยน ผงซิลิคอนทรงกลมใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุขั้นสูงและสารเติมแต่ง เช่น:

• สารเพิ่มความไหลและสารลดเสี้ยนสำหรับเรซินบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์
• สารเติมแต่งผงคาร์บอน
• ฟิลเลอร์ยางซิลิโคน
• วัสดุเผาผนึกและสารเติมแต่ง
• ฟิลเลอร์สำหรับวัสดุบรรจุภัณฑ์ของเหลว
• สารตัวเติมและสารตั้งต้นเรซิน
• การประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยีช่องว่างแคบ

สรุป

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ได้ผลักดันความต้องการผงซิลิคอนทรงกลม ซึ่งได้กลายมาเป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงและวงจรรวม ภายในสิ้นสุด “แผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 14” คาดว่าการใช้ผงซิลิคอนทรงกลมในแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงจะเกิน 55%

ด้วยคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียร การกระจายตัวที่ดีเยี่ยม และลักษณะที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ผงซิลิคอนทรงกลมจึงมีการใช้งานที่หลากหลาย ทำหน้าที่เป็นตัวกระจายตัวในอุตสาหกรรมพลาสติกและสารเคลือบ ช่วยเพิ่มพื้นผิวของวัสดุให้สวยงาม นอกจากนี้ การใช้งานในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ พลาสติกพิเศษ สารเคลือบระดับไฮเอนด์ เส้นใยพิเศษ ยาง สารเคมีละเอียด และเครื่องสำอางยังคงขยายตัวอย่างต่อเนื่อง แสดงให้เห็นถึงศักยภาพอันมหาศาลและอนาคตที่สดใสของผงซิลิคอนทรงกลม