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Korean Os materiais semicondutores estão no coração da eletrônica moderna e, à medida que a tecnologia continua a avançar, também aumentam os requisitos de desempenho para estes materiais. A Lei de Moore enfrenta hoje o limite físico do desafio, a indústria de semicondutores está a passar por uma série completa de mudanças, desde a inovação em materiais até às tecnologias de embalagem. Que reforma o silicone trará para a indústria de semicondutores eletrônicos?
Devido às suas propriedades fisicoquímicas únicas, os materiais de silicone estão gradualmente demonstrando amplas perspectivas de aplicação no campo dos semicondutores, incluindo sua utilização em materiais de encapsulamento, auxiliares de fotoresist, dispositivos optoeletrônicos orgânicos, entre outros, o que está reformulando o paradigma de projeto e fabricação de dispositivos semicondutores. Do encapsulamento de chips à eletrônica flexível, das estações base 5G aos computadores quânticos, os materiais poliméricos de organossilício estão expandindo as fronteiras da tecnologia de semicondutores com uma taxa de crescimento de mercado superior a 12% ao ano.
Os seguintes cinco aspetos da aplicação do silicone na indústria de semicondutores eletrônicos:
- Quais são as propriedades do material de silicone?
- Quais são as vantagens dos silicones?
- Quais são as aplicações do silicone em semicondutores?
- Quais são os desafios do silicone em aplicações de semicondutor?
- Como fazer o silicone ter um desempenho melhor?
1. Quais são as características dos materiais de silicone?
(1) Vantagens da Estrutura Molecular
A cadeia principal do silicone (polisiloxano) consiste em ligações silício-oxigénio alternadas, com uma energia de ligação tão alta quanto 452 kJ/mol, o que o torna mais termicamente estável do que os polímeros de cadeia carbónica tradicionais (energia da ligação C-C de 348 kJ/mol). O efeito de impedimento estereoquímico do grupo metilo lateral faz com que a sua temperatura de transição vítrea (Tg) seja tão baixa quanto -120°℃, e o seu módulo elástico permanece estável dentro da gama de -50°℃ e 250°C.℃, sendo perfeitamente adequado para os requisitos dos dispositivos semicondutores que trabalham numa ampla gama de temperaturas.
(2) Avanço nas Propriedades Dielétricas
Através da introdução de grupos funcionais como o fenil, a constante dielétrica do silicone pode ser regulada entre 2,3 e 3,2 (1MHz), e a tangente do ângulo de perda é inferior a 0,001.
(3) Inovação em gestão térmica
A tecnologia de dopagem de nitreto de boro a nanômetros faz com que a condutividade térmica dos materiais de interface térmica de silicone (TIM) ultrapasse 8 W/mK.
2. Quais são as vantagens do silicone?
Os materiais de silicone oferecem proteção multifacetada aos dispositivos semicondutores, principalmente nas seguintes áreas:
(1) Proteção de isolamento elétrico
Os materiais de silicone possuem excelentes propriedades de isolamento elétrico e podem prevenir efetivamente o fenômeno de ruptura elétrica em condições de alta tensão e alta corrente nos dispositivos semicondutores. Sua elevada rigidez dielétrica e resistividade volumétrica podem proteger a camada de passivação dos terminais do chip e os locais de concentração do campo elétrico interno do dispositivo.
(2) Proteção contra altas e baixas temperaturas
Os materiais de silicone podem manter desempenho estável em temperaturas extremas, sendo sua faixa de temperatura de uso prolongado normalmente entre -50 ℃ e 220°C ℃. Esta característica de resistência térmica permite que os dispositivos semicondutores funcionem adequadamente em ambientes de alta ou baixa temperatura, evitando danos por tensão térmica causados por variações de temperatura.
(3) Proteção contra umidade, poeira e corrosão
Os materiais de silicone possuem boa hidrofobicidade e desempenho impermeável, podendo efetivamente prevenir a entrada de umidade e poeira no interior da embalagem, protegendo assim o dispositivo semicondutor de influências ambientais. Adicionalmente, sua resistência química pode resistir à erosão de substâncias químicas comuns, estendendo a vida útil do dispositivo.
(4) Amortecimento e proteção contra impactos
Os materiais de silicone são flexíveis e possuem boa resistência a impactos e capacidade de amortecimento. Suas características de baixa tensão podem reduzir a pressão no chip durante o processo de encapsulamento, protegendo-o de danos mecânicos.
(5) Sem geração de subprodutos
No processo de cura, o gel de silicone (especialmente o gel de silicone moldado) não produz subprodutos, evitando problemas como bolhas e retração causados por subprodutos. Isso oferece uma vantagem significativa em encapsulamentos de alta precisão e pode melhorar a confiabilidade do encapsulamento.
(6) Forte adesão
Os materiais de silicone possuem boa adesão e baixa viscosidade com diversos materiais (como metais, plásticos, cerâmicas, etc.), garantindo uma conexão firme entre o material de encapsulamento, o chip e o substrato, melhorando assim a estabilidade geral da embalagem.
(7) Autocura
Os materiais de silicone possuem capacidade de autorreparo, podendo restaurar-se até certo ponto de danos causados por tensão mecânica ou térmica. Essa característica contribui para melhorar ainda mais a confiabilidade e a vida útil dos dispositivos semicondutores.
(8) Transparência e propriedades ópticas
Os materiais de silicone possuem boa transparência e são adequados para aplicações que requerem propriedades ópticas, como o encapsulamento de LEDs. Sua alta transmitância e índice de refração podem melhorar efetivamente o desempenho de dispositivos optoeletrônicos.
Os materiais de silicone são ambientalmente corretos durante a produção e uso, alinhando-se com os requisitos de proteção ambiental da manufatura eletrônica moderna.
(10) Personalizável
Os materiais de silicone podem ser ajustados para atender a diferentes necessidades de encapsulamento através da modulação da fórmula e do processo, como ajustar sua viscosidade, tempo de cura, condutividade térmica e assim por diante. Esta personalização torna possível a adaptação a uma variedade de complexos processos de encapsulamento de semicondutores.
3. Silicone nas aplicações eletrônicas de semicondutor?
3.1 Silicone na Embalagem de Semicondutores
(1) Materiais de encapsulamento: O selante de silicone de grau eletrônico possui excelente isolamento elétrico, resistência ao calor e estabilidade mecânica, sendo amplamente utilizado em encapsulamento de semicondutores e outras montagens eletrônicas. Por exemplo, no encapsulamento de IGBT (transistor bipolar de porta isolada), o adesivo selante de silicone pode fornecer isolamento, vibração, processo de cura rápida e isolamento de meios corrosivos externos, como umidade, ar, etc., para proteger o chip IGBT em sistemas eletrônicos.
Resina MQ XJY-8205 é o produto da co-hidrólise de tetraalcoxissilano (unidade Q) e trimetilalcoxissilano (unidade M). Pode ser usado como material de reforço no material de encapsulamento e possui efeito de anti-vibração e isolamento.
(2) Materiais auxiliares para fotoresist: no processo de litografia da manufatura de semicondutores, o silicone como materiais Si-BARC (revestimento anti-reflexivo à base de silício), revestimento conforme aplicado entre o substrato de Si e o fotoresist na superfície pode reduzir a reflexão da luz sob a superfície do fotoresist, de modo que a maior parte da energia no processo de exposição seja absorvida pelo fotoresist, melhorando assim a precisão do processo fotolitográfico e as propriedades ópticas.
3.2 Silicone em Dispositivos Fotovoltaicos Orgânicos
(1) Células solares orgânicas: materiais de silicone podem ser transformados em filmes finos e, com o uso de suas propriedades semicondutoras, podem produzir células solares orgânicas em equipamentos eletrônicos. Esta bateria possui as vantagens de baixo custo, leveza, flexibilidade, etc., sendo adequada para aplicação em sistemas de geração de energia solar de grande área.
(2) LED orgânico: materiais de silicone também têm aplicações importantes em LED orgânico. Otimizando a estrutura e propriedades do silicone, a eficiência luminosa e estabilidade do LED orgânico podem ser melhoradas.
(3) Transistores de filme fino orgânicos: transistores de filme fino de organossilício podem ser usados para fabricar telas de exibição flexíveis e dispositivos eletrônicos transparentes. Comparados com os transistores tradicionais à base de silício, os transistores de filme fino de silicone possuem melhor flexibilidade e transparência, atendendo à futura demanda por produtos eletrônicos finos, leves e dobráveis.
3.3 Silicone em Outros Semicondutores
(1) Sensores ópticos: materiais de silicone também são usados na fabricação de sensores ópticos. Suas boas propriedades ópticas e estabilidade permitem seu uso na fabricação de sensores ópticos de alta precisão.
(2) Unidade de luz de fundo de display LCD: na fabricação da unidade de luz de fundo de display LCD, o silicone como material de camada refletiva e de difusão de luz pode melhorar o brilho e uniformidade do display.
Polimetilsilsesquioxano XJY-801 (pó de resina de silicone esférica) pode ser amplamente utilizado em lâmpadas PC transparentes de alta qualidade, quebra-luz, caixas de luz, placas de difusão de luz para LCD de tela plana e assim por diante. É um tipo de material de pó esférico ultrafino que possui ambas as características orgânicas e inorgânicas, que está na forma de uma esfera de rede tridimensional, com boas propriedades ópticas, dispersão, lubrificidade, resistência ao calor e excelente sensação sedosa.
4. Quais são os desafios do silicone em aplicações de semicondutor?
(1) Estabilidade de desempenho: Embora os materiais de silicone tenham muitas vantagens, em ambientes extremos de alta temperatura, alta umidade, etc., a estabilidade de desempenho ainda precisa ser melhorada.
(2) Pureza do material: aplicações de semicondutores requerem alto grau de pureza do material, apresentando desafios no controle da pureza dos materiais de silicone.
5. Como fazer o silicone ter um desempenho melhor?
A tecnologia do silicone mostra amplas perspectivas de aplicação no campo dos semicondutores devido às suas propriedades físicas. Dos materiais de encapsulamento aos dispositivos optoeletrônicos orgânicos, a aplicação do silicone para o desenvolvimento da indústria de semicondutores e componentes eletrônicos (celulares) fornece novas ideias e métodos. Como melhorar a competitividade dos produtos?
A XJY Silicones é uma das principais fabricantes de resina MQ de silicone e silicone VMQ na China, com mais de 30 anos de experiência em P&D e manufatura na indústria de silicone, além de mais de 15 patentes relacionadas e suporte técnico. Nossos produtos de matéria-prima de silicone podem atender às necessidades do campo de silicones para eletrônicos e apoiar o fornecimento de soluções personalizadas diversificadas.
