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Portuguese Semiconductor materials are at the heart of modern electronics, and as technology continues to advance, so do the performance requirements for semiconductor materials. Moore’s Law is facing the physical limit of the challenge today, the semiconductor industry is experiencing a full range of changes from material innovation to packaging technology. What is the reform of silicone electronics semiconductor industry?
Debido a sus propiedades fisicoquímicas únicas, los materiales de silicona están mostrando gradualmente amplias perspectivas de aplicación en el campo de los semiconductores, incluyendo su uso en materiales de encapsulado, auxiliares de fotoresistencia, dispositivos optoelectrónicos orgánicos, etc., lo que está replanteando el paradigma de diseño y fabricación de dispositivos semiconductores. Desde el encapsulado de chips hasta la electrónica flexible, desde estaciones base 5G hasta computadoras cuánticas, los materiales poliméricos de organosilicio están expandiendo los límites de la tecnología de semiconductores con una tasa de crecimiento de mercado superior al 12% anual.
Las siguientes cinco áreas de aplicación de la silicona en la industria de semiconductores electrónicos:
- ¿Cuáles son las propiedades de los materiales de silicona?
- ¿Cuáles son las ventajas de las siliconas?
- ¿Cuáles son las aplicaciones de la silicona en semiconductores?
- ¿Cuáles son los desafíos de la silicona en aplicaciones de semiconductores?
- ¿Cómo mejorar el rendimiento de la silicona?
1. ¿Cuáles son las características de los materiales de silicona?
(1) Ventajas de la estructura molecular
La cadena principal de la silicona (polisiloxano) consiste en enlaces alternos de silicio-oxígeno, con una energía de enlace tan alta como 452 kJ/mol, lo que la hace más estable térmicamente que los polímeros tradicionales de cadena de carbono (energía de enlace C-C de 348 kJ/mol). El efecto de resistencia al sitio espacial del grupo metilo de la cadena lateral hace que su temperatura de transición vítrea (Tg) sea tan baja como -120℃, y su módulo elástico es estable dentro del rango de -50℃ a 250℃, que se adapta perfectamente a los requisitos de los dispositivos semiconductores que funcionan en un amplio rango de temperaturas.
(2) Avance en las propiedades dieléctricas
Mediante la introducción de grupos funcionales como el fenilo, la constante dieléctrica de la silicona se puede regular entre 2,3 y 3,2 (1 MHz), y la tangente del ángulo de pérdida es inferior a 0,001.
(3) Innovación en gestión térmica
La tecnología de dopaje con nitruro de boro a escala nanométrica hace que la conductividad térmica de los materiales de interfaz térmica (TIM) de silicona supere los 8 W/mK.
2. ¿Cuáles son las ventajas del silicona?
Las siliconas ofrecen una protección multifacética a los dispositivos semiconductores, principalmente en las siguientes áreas:
(1) Protección de aislamiento eléctrico
Silicone materials have excellent electrical insulation properties, and can effectively prevent the semiconductor device in the high voltage and high current conditions of the electrical breakdown phenomenon. Its high dielectric strength and volume resistivity can protect the chip terminal passivation layer and the device’s internal electric field concentration location of the insulation.
(2) Protección contra temperaturas altas y bajas
Los materiales de silicona pueden mantener un rendimiento estable a temperaturas extremas; su rango de temperatura de uso prolongado generalmente oscila entre -50 ℃ hasta 220 ℃. Esta característica de resistencia a la temperatura permite que los dispositivos semiconductor funcionen adecuadamente en entornos de temperaturas altas o bajas, evitando al mismo tiempo daños por estrés térmico causados por los cambios de temperatura.
(3) Protección contra humedad, polvo y corrosión
Los materiales de silicona poseen buena hidrofobicidad y rendimiento impermeable, y pueden prevenir efectivamente que la humedad y el polvo ingresen al interior del encapsulado, protegiendo así al dispositivo semiconductor de influencias ambientales. Además, su resistencia química puede resistir la erosión de sustancias químicas comunes, extendiendo la vida útil del dispositivo.
(4) Amortiguación y protección contra impactos
Los materiales de silicona son suaves y tienen buena resistencia a impactos y capacidad de amortiguación. Sus características de bajo estrés pueden reducir la presión sobre el chip durante el proceso de encapsulado, protegiéndolo de daños mecánicos.
(5) Sin generación de subproductos
En el proceso de curado, el gel de silicona (especialmente el gel de silicona moldeado) no produce subproductos, evitando así los problemas de burbujas y contracción causados por estos. Esto le otorga una ventaja significativa en el encapsulado de alta precisión y puede mejorar la confiabilidad del encapsulado.
(6) Fuerte adhesión
Los materiales de silicona presentan buena adhesión y baja viscosidad con diversos materiales (como metales, plásticos, cerámicas, etc.), lo que garantiza una conexión firme entre el material de encapsulado, el chip y el sustrato, mejorando así la estabilidad general del paquete.
(7) Autoreparación
Los materiales de silicona son autoreparables y pueden recuperarse en cierta medida de daños causados por estrés mecánico o térmico. Esta característica contribuye a mejorar aún más la confiabilidad y la vida útil de los dispositivos semiconductores.
(8) Transparencia y propiedades ópticas
Los materiales de silicona poseen buena transparencia y son adecuados para aplicaciones que requieren propiedades ópticas, como el encapsulado de LED. Su alta transmitancia e índice de refracción pueden mejorar eficazmente el rendimiento de los dispositivos optoelectrónicos.
Los materiales de silicona son respetuosos con el medio ambiente durante la producción y el uso, en línea con los requisitos de protección ambiental de la fabricación electrónica moderna.
(10) Personalizable
Los materiales de silicona pueden ajustarse para satisfacer diferentes necesidades de encapsulación mediante la modificación de la fórmula y el proceso, como ajustar su viscosidad, tiempo de curado, conductividad térmica, etc. Esta capacidad de personalización permite adaptarse a una variedad de procesos complejos de encapsulación de semiconductores.
3. ¿Aplicaciones de la silicona en electrónica de semiconductores?
3.1 Silicona en el empaquetado de semiconductores
(1) Materiales de encapsulación: El sellador de silicona de grado electrónico posee excelente aislamiento eléctrico, resistencia al calor y estabilidad mecánica, ampliamente utilizado en el encapsulado de semiconductores y otros ensamblajes electrónicos. Por ejemplo, en el encapsulado de IGBT (transistor bipolar de puerta aislada), el adhesivo sellador de silicona puede proporcionar aislamiento, resistencia a vibraciones, un proceso de curado rápido y aislamiento de medios corrosivos externos como humedad, aire, etc., para proteger el chip IGBT en sistemas electrónicos.
La resina XJY-8205 MQ es el producto de la cohidrólisis de tetraalcoxisilano (unidad Q) y trimetilalcoxisilano (unidad M). Puede utilizarse como material de refuerzo en el material de encapsulación y tiene efecto antivibración y de aislamiento.
(2) Materiales auxiliares para fotoresinas: en el proceso de fotolitografía de fabricación de semiconductores, la silicona como material Si-BARC (recubrimiento antirreflectante a base de silicio), aplicado como revestimiento conformado entre el sustrato de Si y la fotoresina puede reducir la reflexión de la luz bajo la superficie de la fotoresina, de modo que la mayor parte de la energía en el proceso de exposición sea absorbida por la fotoresina, mejorando así la precisión y propiedades ópticas del proceso de fotolitografía.
3.2 Silicona en dispositivos fotovoltaicos orgánicos
(1) Células solares orgánicas: los materiales de silicona pueden convertirse en películas delgadas y, aprovechando sus propiedades semiconductoras, pueden producir células solares orgánicas en equipos electrónicos. Estas baterías tienen ventajas como bajo costo, peso ligero, flexibilidad, etc., adecuadas para aplicaciones en sistemas de generación de energía solar de gran área.
(2) LED orgánico: los materiales de silicona también tienen aplicaciones importantes en LED orgánicos. Optimizando la estructura y propiedades de la silicona, se puede mejorar la eficiencia luminosa y estabilidad del LED orgánico.
(3) Transistores de película delgada orgánicos: los transistores de película delgada de silicona orgánica pueden utilizarse para fabricar pantallas de visualización flexibles y dispositivos electrónicos transparentes. En comparación con los transistores tradicionales basados en silicio, los transistores de película delgada de silicona ofrecen mejor flexibilidad y transparencia, satisfaciendo la futura demanda de productos electrónicos delgados, ligeros y plegables.
3.3 Silicona en otros semiconductores
(1) Sensores ópticos: los materiales de silicona también se utilizan en la fabricación de sensores ópticos. Sus buenas propiedades ópticas y estabilidad permiten su uso en la fabricación de sensores ópticos de alta precisión.
(2) Unidad de luz trasera de pantallas LCD: en la fabricación de la unidad de luz trasera de pantallas LCD, la silicona como material de capa reflectante y capa difusora de luz puede mejorar el brillo y uniformidad de la pantalla.
Polimetilsilsesquioxano XJY-801 (polvo de resina de silicona esférica) puede utilizarse ampliamente en lámparas y faroles de PC transparente de alta gama, pantallas, cajas de luz, placas de difusión de luz para pantallas LCD planas, etc. Es un tipo de material de polvo esférico ultrafino con características tanto orgánicas como inorgánicas, que tiene forma de esfera de red tridimensional, con buenas propiedades ópticas, dispersión, lubricidad, resistencia al calor y una excelente sensación sedosa al tacto.
4. ¿Cuáles son los desafíos de la silicona en aplicaciones de semiconductores?
(1) Estabilidad del rendimiento: Aunque los materiales de silicona tienen muchas ventajas, en entornos extremos como altas temperaturas y alta humedad, la estabilidad del rendimiento aún necesita mejorarse.
(2) Pureza del material: las aplicaciones de semiconductores requieren un alto grado de pureza material, lo que presenta desafíos en el control de pureza de los materiales de silicona.
5. ¿Cómo mejorar el rendimiento de la silicona?
La tecnología de silicona muestra amplias perspectivas de aplicación en el campo de los semiconductores debido a sus propiedades físicas. Desde materiales de encapsulación hasta dispositivos optoelectrónicos orgánicos, la aplicación de silicona para el desarrollo de la industria de semiconductores y componentes electrónicos (teléfonos móviles) proporciona nuevas ideas y métodos. ¿Cómo mejorar la competitividad de los productos?
XJY Silicones es uno de los principales fabricantes de resinas MQ de silicona y siliconas VMQ en China, con más de 30 años de experiencia en I+D y fabricación en la industria de la silicona, así como más de 15 patentes relacionadas y soporte técnico. Nuestros productos de materias primas de silicona pueden satisfacer las necesidades del campo de las siliconas para electrónica y apoyar la provisión de soluciones personalizadas diversificadas.
