در پس زمینه تکرار سریع صنعت اطلاعات الکترونیکی به سمت کوچک سازی،{0}}عملکرد با فرکانس بالا و قابلیت اطمینان بالا، پودر میکرو{1} سیلیکون، به عنوان یک ماده جدید اساسی و حیاتی که از توسعه-الکترونیک پیشرفته پشتیبانی می کند، با آستانه های عملکردی رو به افزایشی مواجه است. ذرات میکرو پودر سیلیکون خرد شده پردازش شده مرسوم، به دلیل مورفولوژی نامنظم خود، از عیوب ذاتی مانند جریان پذیری ضعیف پودر، چگالی بسته بندی کم، و غلظت تنش ماده بارز رنج می برند. هنگامی که این عیوب بر روی مواد محصورکننده الکترونیکی اعمال میشوند، به راحتی منجر به ترکخوردگی بستر، صافی ناکافی، و نوسانات در خواص دی الکتریک میشوند و آنها را برای دقت و نیازهای{6} یکپارچگی بالای دستگاههای الکترونیکی پیشرفته نامناسب میسازد. در نتیجه، اصلاح کرویسازی بهعنوان موفقیت اصلی برای ارتقاء صنعت ریز{8}پودر سیلیکون از فرآوری درشت{9}پایین به{10}}ساخت مواد جدید{10} گرانقیمت و جدید ظاهر شده است.
در حال حاضر، جریان اصلی فنآوریهای کرویسازی پودر میکرو{0} سیلیکون در بازار عمدتاً شامل شکلدهی مکانیکی، همجوشی شعله، روش احتراق مستقیم/VMC، کرویسازی پلاسما و روشهای سنتز شیمیایی است:
01 روش شکل دهی مکانیکی
روش شکل دهی مکانیکی اساسی ترین فرآیند اصلاح فیزیکی است که عمدتاً بر-اصول همزن مکانیکی، ضربه و سنگ زنی/شکل دهی با سرعت بالا تکیه دارد. این دستگاه از تجهیزات شکلدهی تخصصی مانند آسیابهای ضربهای با سرعت بالا و آسیابهای رسانهای{3}}همزن برای اعمال عملکرد مکانیکی مداوم روی پودر میکرو{4} سیلیکون خرد شده، گرد کردن تدریجی لبهها و گوشههای تیز برای بهبود دایرهای ذرات و ترمیم عیوب سطح استفاده میکند. همچنین توده های سخت را می شکند و چگالی ظاهری و جریان پذیری را افزایش می دهد.
مزایای روش شکل دهی مکانیکی در هزینه کم، استفاده کامل از منابع موجود، فرآیند ساده، سازگاری با محیط زیست و مقیاس پذیری صنعتی است. با این حال، نسبت ذرات کروی، چگالی شیر، و عملکرد پردازش پودر حاصل را نمی توان به طور قابل اعتماد تضمین کرد، و آن را فقط برای تولید پودر کروی با الزامات کیفیت پایین تر مناسب می کند.
02 روش همجوشی شعله
روش همجوشی شعلهای در حال حاضر مسیر اصلی فناوری برای صنعتیسازی پودر سیلیس کروی در چین است که با فناوری بالغ، هزینههای کلی تولید نسبتاً پایین، ظرفیت زیاد و مناسب بودن برای تولید مداوم در مقیاس بزرگ مشخص میشود. به طور خاص، پودر سیلیس زاویهدار بهعنوان ماده خام مورد استفاده قرار میگیرد که مراحل قبل از تصفیه مانند آسیاب جت، الک چند مرحلهای-و تصفیه را طی میکند. سپس پودر با اندازه مناسب وارد شعله ای با دمای بالا می شود، جایی که ذرات فورا ذوب می شوند و تحت کشش سطحی به شکل های کروی منقبض می شوند و به دنبال آن سرد شدن و انجماد سریع انجام می شود.
منبع گرما در روش شعله معمولاً از گازهای تمیزی مانند استیلن یا گاز طبیعی استفاده می کند که شعله تمیز بدون آلودگی ایجاد می کند. با این حال، نتیجه کروی شدن به طور قابل توجهی تحت تأثیر عواملی از جمله اندازه ذرات ماده خام، میدان دمای شعله، زمان ماند و پایداری تغذیه است. کنترل نامناسب فرآیند می تواند منجر به مسائلی مانند تجمع ذرات، کره های توخالی، گسترش توزیع اندازه ذرات، سازگاری ناکافی کروی شدن، و نرخ کروی شدن پایین برای پودرهای بسیار ریز و زیر میکرون شود.
03 روش کروی سازی پلاسما
روش کروی سازی پلاسما تکنیکی است که از حالت انرژی{0} بالا پلاسما برای پردازش مواد استفاده می کند. اصل آن شامل قرار دادن ریز{2}}پودر سیلیکونی است که تحت آسیاب بسیار ظریف و حذف ناخالصی های شیمیایی در یک راکتور پلاسما قرار گرفته است. پودر به سرعت در ناحیه دمای{5}بالای مشعل پلاسما ذوب میشود، سپس در زیر کشش سطحی قطرات کروی شکل میدهد و پس از سرد شدن سریع به ذرات کروی تبدیل میشود. در مقایسه با روش همجوشی شعله ای، کروی شدن پلاسما دارای مدت زمان بسیار کوتاهی از قرار گرفتن در معرض دمای بالا است که به طور موثر از تبدیل فاز کریستالی سیلیس جلوگیری می کند. علاوه بر این، به دلیل درجه بالای اتوماسیون و پایداری خوب، نرخ کروی شدن بالاتر، یکنواختی اندازه ذرات برتر و محتوای ناخالصی بسیار کم را تضمین می کند.
با این وجود، این روش هنوز با چالشهای قابل توجهی در پذیرش مقیاس صنعتی- مواجه است. اولاً، پلاسمای حرارتی عمدتاً توسط الکتریسیته گرم میشود و در طی تبدیل انرژی الکتریکی به پلاسما تلفات قابل توجهی وجود دارد که منجر به مصرف کم انرژی و در نتیجه هزینههای گرمایش بالا میشود. دوم، توان ژنراتورهای پلاسمای حرارتی القایی توسط تجهیزات منبع تغذیه محدود میشود، و{3}}منابع برق بالا پرهزینه هستند، که شامل سرمایهگذاری قابل توجهی است که کاربردهای صنعتی را محدود میکند. علاوه بر این، تجهیزات اصلی مانند کوره های کروی سازی پلاسما در انحصار شرکت های ژاپنی و آلمانی باقی مانده است. هزینه سرمایه گذاری اولیه بالا نیز عاملی حیاتی است که کاربرد آن در مقیاس بزرگ را محدود می کند.
04 روش احتراق مستقیم/VMC
روش احتراق مستقیم (همچنین به عنوان روش VMC شناخته می شود) در ابتدا توسط Admatechs ژاپن توسعه داده شد و به عنوان یک فرآیند معیار کلاسیک در زمینه بسته بندی نیمه هادی جهانی{0}بالا در نظر گرفته می شود. این روش از پودر سیلیکون فلزی با خلوص بالا-به عنوان ماده اولیه استفاده میکند. پودر سیلیکون فلزی بسیار ریز به طور یکنواخت در یک جریان اکسیژن پراکنده می شود تا تحت یک واکنش دمنده شدن کنترل شده قرار گیرد و سیلیس تولید کند. همزمان، گرمای واکنش فوقالعاده{5} آنی آزاد شده توسط اکسیداسیون سیلیکون باعث میشود سیلیس تولید شده ذوب و تبخیر شود، سپس تحت کشش سطحی دوباره شکل-مییابد و به سرعت سرد و جامد میشود و ذرات سیلیس کروی آمورف را در محل تشکیل میدهد. در طول فرآیند، کنترل دقیق غلظت اکسیژن، دما و سرعت جریان، تنظیم دقیق اندازه ذرات و مورفولوژی را ممکن میسازد.
در مقایسه با سایر روشهای فیزیکی، روش VMC بر محدودیتهای ناخالصی مواد خام طبیعی سنگ معدن کوارتز غلبه میکند. با سنتز{1}}سیلیکون فلزی با خلوص بالا، محصول به محتوای ناخالصی فلز بسیار کم، بدون فاز کریستالی باقیمانده، خواص دی الکتریک عالی، توزیع اندازه ذرات باریک، تک پراکندگی فوقالعاده و گردی ذرات بسیار بالا دست مییابد. قوام محصول آن بسیار فراتر از روش های سنتی شعله است. محصولات عمدتاً در سناریوهای-ارزش افزوده-بالا-مانند بستهبندی نیمهرساناهای پیشرفته-و مواد الکترونیکی با فرکانس بالا-استفاده میشوند. با این حال، از آنجایی که واکنش آتشزدایی پودر سیلیکون فلزی نیازمند آببندی تجهیزات بسیار بالا و دقت سیستم کنترل پارامتر است، هزینههای سرمایهگذاری و نگهداری تجهیزات قابل توجه است، مدیریت ایمنی فرآیند بسیار چالش برانگیز است، آستانههای تولید بالا هستند و انحصار فناوری قوی-در درازمدت Admatechs ژاپن تحت سلطه{10}است.
05 روش سنتز شیمیایی
روشهای سنتز شیمیایی عمدتاً شامل ژل{0}سول، سنتز فاز{1} گاز، واکنش میکروامولسیون، رسوب/رشد بذر و غیره است. متمایز از منطق شکلدهی پس از{3}}درمان اصلاح فیزیکی، این فرآیند از پیشسازهای سیلان،-سیلیکاتهای با خلوص بالا و غیره به عنوان مواد خام استفاده میکند. با کنترل فرآیندهای هیدرولیز منبع سیلیکون، تراکم، هسته زایی و رشد ذرات، ذرات سیلیس کروی به طور مستقیم در محل در سطح مولکولی، بدون تکیه بر مواد اولیه پودر کوارتز خرد شده، سنتز می شوند. این محصول از خلوص بسیار بالایی برخوردار است و از نظر اندازه ذرات ریز، توزیع اندازه باریک و قابلیت طراحی ساختاری پتانسیل بیشتری را نشان می دهد.
با در نظر گرفتن روش کلاسیک سل{0}}ژل، از سیستم استوبر استفاده میکند که از تترا اتیل ارتوسیلیکات (TEOS) به عنوان منبع سیلیکون در سیستم حلال مخلوط آب اتانول پایه (مثلاً آمونیاک) برای واکنشهای هیدرولیز و تراکم استفاده میکند. TEOS ابتدا هیدرولیز می شود و مونومرهای سیلانول را تشکیل می دهد که تحت تراکم کم آبی برای تشکیل الیگومرهای سیلیس (SiO2) قرار می گیرند و در نهایت روی هسته ها رشد می کنند تا میکروسفرهای سیلیسی تک پراکنده تولید کنند. برای تهیه ذرات کروی با قطر بزرگتر، روشهای رشد بذر و بارندگی که هستهزایی ثانویه را سرکوب میکنند و رشد همپایی ذرات موجود را تقویت میکنند، میتوانند اتخاذ کنند.