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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?
En raison de ses propriétés physico-chimiques uniques, les matériaux en silicone montrent progressivement de vastes perspectives d'application dans le domaine des semi-conducteurs. Cela inclut leur utilisation dans les matériaux d'emballage, les auxiliaires de photorésist, les dispositifs optoélectroniques organiques, etc., ce qui redéfinit le paradigme de conception et de fabrication des dispositifs semi-conducteurs. De l'emballage des puces à l'électronique flexible, des stations de base 5G aux ordinateurs quantiques, les matériaux polymères organosiliciés repoussent les frontières de la technologie des semi-conducteurs, avec un taux de croissance de marché dépassant 12 % par an.
Les cinq aspects suivants de l'application du silicone dans l'industrie des semi-conducteurs électroniques :
- Quelles sont les propriétés des matériaux en silicone ?
- Quels sont les avantages des silicones ?
- Quelles sont les applications du silicone dans les semi-conducteurs ?
- Quels sont les défis du silicone dans les applications semi-conductrices ?
- Comment améliorer les performances du silicone ?
1. Quelles sont les caractéristiques des matériaux en silicone ?
(1) Avantages de la structure moléculaire
La chaîne principale du silicone (polysiloxane) est composée de liaisons silicium-oxygène alternées, avec une énergie de liaison pouvant atteindre 452 kJ/mol, ce qui confère une stabilité thermique supérieure à celle des polymères à chaîne carbonée traditionnels (énergie de liaison C-C de 348 kJ/mol). L'effet d'encombrement stérique du groupe méthyle en chaîne latérale abaisse sa température de transition vitreuse (Tg) jusqu'à -120°C℃, et son module élastique reste stable sur la plage de -50°C℃ à 250℃, ce qui convient parfaitement aux exigences des dispositifs à semi-conducteurs fonctionnant sur une large gamme de températures.
(2) Percée dans les propriétés diélectriques
Par l'introduction de groupes fonctionnels tels que le phényle, la constante diélectrique du silicone peut être régulée entre 2,3 et 3,2 (1 MHz), et la tangente de l'angle de perte est inférieure à 0,001.
(3) Innovation en gestion thermique
La technologie de dopage au nitrure de bore nanométrique permet à la conductivité thermique des matériaux d'interface thermique (TIM) en silicone de dépasser 8 W/m·K.
2. Quels sont les avantages des silicones ?
Les matériaux en silicone offrent une protection multifacette aux dispositifs à semi-conducteurs, principalement dans les domaines suivants :
(1) Protection par isolation électrique
Les matériaux en silicone possèdent d'excellentes propriétés d'isolation électrique, et peuvent efficacement prévenir le phénomène de claquage électrique des dispositifs semi-conducteurs dans des conditions de haute tension et de fort courant. Leur rigidité diélectrique élevée et leur résistivité volumique peuvent protéger la couche de passivation des bornes de la puce et assurer l'isolation aux endroits de concentration du champ électrique interne du dispositif.
(2) Protection contre les températures extrêmes
Les matériaux en silicone peuvent maintenir des performances stables à des températures extrêmes, leur plage d'utilisation à long terme se situe généralement entre -50 ℃ et 220 ℃. °C. Cette caractéristique de résistance à la température permet aux dispositifs semi-conducteurs de fonctionner correctement dans des environnements à hautes ou basses températures tout en évitant les dommages dus aux contraintes thermiques causées par les variations de température.
(3) Protection contre l'humidité, la poussière et la corrosion
Les matériaux en silicone présentent une bonne hydrophobicité et des performances étanches, et peuvent efficacement empêcher l'humidité et la poussière de pénétrer à l'intérieur du boîtier, protégeant ainsi le dispositif semi-conducteur des influences environnementales. De plus, leur résistance chimique peut contrer l'érosion des substances chimiques courantes, prolongeant ainsi la durée de vie du dispositif.
(4) Absorption des chocs et protection contre les impacts
Les matériaux en silicone sont souples et possèdent une bonne résistance aux chocs et une capacité d'amortissement. Leurs caractéristiques de faible contrainte peuvent réduire la pression exercée sur la puce lors du processus d'encapsulation, protégeant ainsi la puce des dommages mécaniques.
(5) Absence de production de sous-produits
Lors du processus de durcissement, le gel de silicone (en particulier le gel de silicone moulé) ne produit pas de sous-produits, évitant ainsi les problèmes de bulles et de rétraction causés par les sous-produits. Cela lui confère un avantage significatif pour les encapsulations de haute précision et peut améliorer la fiabilité de l'encapsulation.
(6) Forte adhérence
Les matériaux en silicone offrent une bonne adhérence et une faible viscosité sur divers matériaux (tels que les métaux, les plastiques, la céramique, etc.) assurant une connexion ferme entre le matériau d'encapsulation, la puce et le substrat, améliorant ainsi la stabilité globale du boîtier.
(7) Auto-guérison
Les matériaux en silicone sont auto-cicatrisants et peuvent, dans une certaine mesure, se restaurer après des dommages causés par des contraintes mécaniques ou thermiques. Cette caractéristique contribue à améliorer davantage la fiabilité et la durée de vie des dispositifs semi-conducteurs.
(8) Transparence et propriétés optiques
Les matériaux en silicone présentent une bonne transparence et sont adaptés aux applications nécessitant des propriétés optiques, comme l'encapsulation de LED. Leur transmittance et indice de réfraction élevés peuvent efficacement améliorer les performances des dispositifs optoélectroniques.
(9) Respect de l'environnement
Les matériaux en silicone sont respectueux de l'environnement lors de leur production et de leur utilisation, conformément aux exigences de l'électronique moderne en matière de protection environnementale.
(10) Personnalisable
Les matériaux en silicone peuvent être adaptés pour répondre à différents besoins d'emballage en ajustant la formule et le processus, comme régler sa viscosité, son temps de durcissement, sa conductivité thermique, etc. Cette capacité de personnalisation permet une adaptation à divers procédés d'emballage de semiconducteurs complexes.
3. Le silicone dans les applications électroniques des semiconducteurs ?
3.1 Le silicone dans l'emballage des semiconducteurs
(1) Matériaux d'emballage: Le mastic de silicone de qualité électronique possède une excellente isolation électrique, une résistance à la chaleur et une stabilité mécanique, et est largement utilisé dans l'emballage des semiconducteurs et d'autres assemblages électroniques. Par exemple, dans l'emballage IGBT (transistor bipolaire à grille isolée), le mastic de silicone peut fournir une isolation, une absorption des vibrations, un processus de durcissement rapide, et isoler des milieux corrosifs externes comme l'humidité, l'air, etc., protégeant ainsi la puce IGBT dans les systèmes électroniques.
Résine MQ XJY-8205 est le produit de l'hydrolyse conjointe du tétraalcoxysilane (unité Q) et du triméthylalcoxysilane (unité M). Il peut être utilisé comme matériau de renforcement dans les matériaux d'encapsulation et possède un effet anti-vibrations et isolant.
(2) Matériaux auxiliaires pour photorésine : dans le procédé de lithographie pour la fabrication de semiconducteurs, le silicone utilisé comme matériau Si-BARC (couche anti-reflet à base de silicium), appliqué en couche conforme entre le substrat Si et la photorésine, peut réduire la réflexion de la lumière sous la surface de la photorésine, permettant ainsi à la majeure partie de l'énergie lors de l'exposition d'être absorbée par la photorésine, et ainsi améliorer la précision et les propriétés optiques du procédé photolithographique.
3.2 Le silicone dans les dispositifs photovoltaïques organiques
(1) Cellules solaires organiques : les matériaux en silicone peuvent être fabriqués en films minces et, grâce à leurs propriétés semi-conductrices, peuvent être utilisés pour produire des cellules solaires organiques dans l'équipement électronique. Ces batteries présentent les avantages d'un faible coût, d'une légèreté, d'une flexibilité, etc., et sont adaptées à une application dans les systèmes de production d'énergie solaire à grande échelle.
(2) OLED : les matériaux en silicone ont également d'importantes applications dans les OLED. En optimisant la structure et les propriétés du silicone, l'efficacité lumineuse et la stabilité des OLED peuvent être améliorées.
(3) Transistors à film mince organiques : les transistors à film mince en silicium organique peuvent être utilisés pour fabriquer des écrans d'affichage flexibles et des dispositifs électroniques transparents. Comparés aux transistors traditionnels à base de silicium, les transistors à film mince en silicone possèdent une meilleure flexibilité et transparence, répondant ainsi à la demande future pour des produits électroniques fins, légers et pliables.
3.3 Le silicone dans d'autres semiconducteurs
(1) Capteurs optiques : les matériaux en silicone sont également utilisés dans la fabrication de capteurs optiques. Leurs bonnes propriétés optiques et leur stabilité permettent leur utilisation dans la fabrication de capteurs optiques de haute précision.
(2) Unités de rétroéclairage des écrans LCD : dans la fabrication des unités de rétroéclairage des écrans LCD, le silicone, utilisé comme matériau pour la couche réfléchissante et la couche de diffusion de la lumière, peut améliorer la luminosité et l'uniformité de l'affichage.
Polyméthylsilsesquioxane XJY-801 (poudre de résine de silicone sphérique) peut être largement utilisé dans les lampes et lanterns PC transparents haut de gamme, les abat-jour, les caissons lumineux, les plaques de diffusion de lumière pour écrans LCD plats, etc. C'est une sorte de matériau en poudre sphérique ultrafin avec des caractéristiques à la fois organiques et inorganiques, qui a la forme d'une sphère à réseau tridimensionnel, avec de bonnes propriétés optiques, une bonne dispersion, une lubrification, une résistance à la chaleur et une excellente sensation de soie.
4. Quels sont les défis du silicone dans les applications des semiconducteurs ?
(1) Stabilité des performances : Bien que les matériaux en silicone présentent de nombreux avantages, dans des environnements extrêmes comme les températures élevées et l'humidité élevée, la stabilité des performances doit encore être améliorée.
(2) Pureté du matériau : les applications des semiconducteurs requièrent une pureté du matériau très élevée, et le contrôle de la pureté des matériaux en silicone présente des défis.
5. Comment améliorer les performances du silicone ?
La technologie du silicone présente des perspectives d'application étendues dans le domaine des semi-conducteurs en raison de ses propriétés physiques. Des matériaux d'encapsulation aux dispositifs optoélectroniques organiques, l'utilisation du silicone pour le développement de l'industrie des semi-conducteurs et des composants électroniques (téléphones mobiles) offre de nouvelles approches et méthodes. Comment améliorer la compétitivité des produits ?
XJY Silicones est l'un des principaux fabricants chinois de résines MQ silicone et de silicone VMQ, avec plus de 30 ans d'expérience en R&D et fabrication dans l'industrie du silicone, ainsi que plus de 15 brevets et un support technique associés. Nos produits de matières premières en silicone permettent de répondre aux besoins du domaine des silicones électroniques et soutiennent la fourniture de solutions personnalisées diversifiées.
