구형 실리콘 미세분말은 메쉬와 무기 비금속 재료입니다. 응집성 준입자 구조입니다. 열팽창 계수가 낮고, 응력 집중도와 마찰 계수가 낮으며, 내식성이 우수하고, 화학적 안정성이 우수하며, 분산성이 우수하고, 열전도도가 낮은 등의 특성을 가지고 있습니다. 최근 항공우주 및 대규모 집적 회로 패키징과 같은 신흥 분야에서 주목을 받고 있습니다. 뛰어난 특성과 폭넓은 응용 가능성 덕분에 구형 실리콘 미세분말은 신소재 분야의 주요 연구 분야로 자리 잡았습니다.
구형 실리콘 미세분말에는 여러 종류가 있습니다. 가장 흔한 것은 분류 방사성 원소 우라늄(U)의 함량을 기준으로 저방사능 구형 실리콘 분말과 범용 구형 실리콘 분말로 구분합니다. 일반적인 제조 방법으로는 화염법, 화학 침전법, 기상법, 플라즈마법 등이 있습니다.
구형 실리콘 미세분말 산업의 현황
1980년대 일본은 주로 화염 제조법에 중점을 두고 구형 실리콘 미세분말 개발을 시작했습니다. 2000년대 초에는 연간 1만 톤의 생산 능력을 달성했습니다. 구형 실리콘 미세분말은 이후 대규모 집적 회로, 항공우주, 특수 소재 제조에 널리 적용되어 왔습니다. 이 분야의 선도 기업으로는 신에츠, 도시바 멜팅, 애드마테크 등이 있으며, 이들 기업은 전 세계 구형 실리콘 미세분말 시장의 약 70%를 차지합니다. 특히 애드마테크는 입자 크기가 1µm 미만인 구형 실리콘 미세분말 시장을 거의 독점하고 있습니다.
미국 기업들은 높은 구형화율, 매끄러운 표면, 그리고 우수한 구형도를 가진 제품을 개발해 왔습니다. 이들은 주로 고순도 석영을 원료로 사용하는 고온 용융-분사 구형화법을 사용합니다. 2000°C 이상의 온도에서 석영을 용융하여 액체 상태로 만든 후, 분무하고 냉각하여 완제품을 생산합니다.
첨단 기술 분야에서 구형 실리콘 미세분말의 광범위한 응용 가능성으로 인해 외국 기업들은 엄격한 기술 장벽을 도입해 왔습니다. 한편, 중국에서는 구형 실리콘 미세분말 기술 개발이 빠르게 진행되고 있습니다. 중국의 고순도 구형 실리콘 미세분말 생산은 후저우(저장성)와 롄윈강(장쑤성)과 같은 지역에 집중되어 있습니다. 최근 몇 년 동안 동하이 실리카 미세분말, 저장 화페이 전자, 장쑤 롄루이 신소재 등 몇몇 국내 기업들이 연구 기관과 협력하여 광범위한 연구 개발을 통해 외국 기술 장벽을 극복해 왔습니다. 생산 기술 측면에서는 눈에 띄는 발전이 이루어졌지만, 제품 순도와 입자 크기 측면에서는 여전히 격차가 있습니다. 현재 국내에서 생산된 제품은 고급 시장에서 약 15% 정도만 차지합니다.
시장 조사 회사 Mordor Intelligence의 데이터에 따르면, 글로벌 실리콘 미세분말 시장 규모는 2021년에 약 39억 6천만 달러였습니다. 이 시장은 2027년까지 53억 3천만 달러로 성장할 것으로 예상되며, 연평균 성장률(CAGR)은 5.1%입니다.
구형 실리콘 분말의 주요 응용 분야
01. 동박적층판(CCL)용 구형 실리콘 파우더
최근 무기 필러 기술은 신제품 개발 및 구리 도금 적층판 성능 향상을 위한 핵심 연구 분야로 자리 잡았습니다. 구형 실리콘 파우더는 넓은 표면적 덕분에 에폭시 수지와 완벽하게 상호 작용하여 탁월한 분산성을 제공합니다. 에폭시 수지에 분산되면 접촉 면적과 결합점이 증가하여 두 재료 간의 상용성이 향상됩니다. 또한, 구형 실리콘 파우더는 우수한 기계적 및 전기적 특성을 제공하여 구리 도금 적층판 생산에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
현재 구형 실리콘 분말은 주로 경질 CCL에 사용되며, 전체 구성에서 20%~30%를 차지합니다. 연성 CCL 및 종이 기반 CCL에서의 사용은 상대적으로 제한적입니다.
02. 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC)용 구형 실리콘 파우더
오늘날 95% 이상의 마이크로전자 소자에 에폭시 몰딩 컴파운드가 사용됩니다. 이러한 컴파운드는 일반적으로 필러(60~90%), 에폭시 수지(18% 미만), 경화제(9% 미만), 그리고 첨가제(약 3%)로 구성됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 필러는 이산화규소 분말로, 컴파운드의 최대 90.5%를 차지할 수 있습니다. 이산화규소 분말은 열팽창 계수 감소, 열전도도 증가, 유전율 감소, 환경 보호 강화, 난연성 확보, 내부 응력 감소, 수분 흡수 방지, 몰딩 컴파운드 강화, 그리고 포장재 비용 절감에 중요한 역할을 합니다.
EMC 응용 분야에서 구형 실리콘 분말에 대한 요구 사항:
1. 고순도
고순도는 전자 제품, 특히 초대형 집적 회로에 사용되는 재료의 기본 요건입니다. 기존의 불순물 원소를 최소화하는 것 외에도, 방사성 원소의 함량은 가능한 한 낮아야 하며, 이상적으로는 0이어야 합니다.
2. 초미립자 크기 및 높은 균일성
해외에서 초대형 집적 회로 패키징에 사용되는 구형 실리콘 분말은 미세한 입자 크기, 좁은 분포 범위, 그리고 우수한 균일성을 특징으로 합니다. 미국에서는 평균 입자 크기가 일반적으로 1~3µm인 반면, 일본에서는 일반적으로 3~8µm이며, 최대 입자 크기는 24µm 미만입니다.
3. 높은 구형화율 및 분산성
높은 구형화율은 필러의 우수한 유동성과 분산성을 보장합니다. 고품질 구형화는 제품이 에폭시 몰딩 컴파운드에 완전히 분산되어 최적의 충진 효과를 달성하도록 합니다. 외국 제품은 일반적으로 98% 이상의 구형화율을 달성합니다. 반면, 국내 소재는 일반적으로 약 90%의 구형화율을 달성하며, 일부 제품은 95%에 달합니다.
03. 허니콤 세라믹용 구형 실리콘 파우더
자동차 배기가스 정화용 허니콤 세라믹 캐리어와 디젤 엔진 배기가스 정화용 디젤 미립자 필터(DPF)에 사용되는 허니콤 세라믹 캐리어(주로 코디어라이트 소재)는 알루미나, 실리콘 파우더 등의 소재를 혼합, 압출 성형, 건조, 소결 등의 공정을 거쳐 생산됩니다. 구형 실리콘 파우더는 허니콤 세라믹 제품의 성형 속도와 안정성을 향상시켜 제품 성능 향상에 기여합니다.
04. 페인트 및 코팅
구형 실리콘 파우더는 내긁힘성, 레벨링, 투명성, 내후성 측면에서 탁월한 성능을 발휘하여 다양한 용도의 코팅에 매우 효과적입니다. 이러한 코팅에는 장식용 페인트, 목재용 페인트, 분체 도료, 부식 방지 코팅, 바닥용 코팅 등이 포함됩니다.
05. 접착제용 구형 실리콘 파우더
구형 실리콘 파우더는 풍력 터빈 블레이드, 건축 구조용 접착제, 그리고 이와 유사한 대형 복합 구조 부품의 접착용 접착제에 사용됩니다. 적절한 점도, 우수한 요변성, 처짐 방지 특성, 높은 접착 강도 및 내피로성을 제공하여 접착제의 특성을 향상시킵니다.
06. 최첨단 응용 분야
구형 실리콘 파우더는 다양한 수지 및 도료의 점도를 낮추고, 유동성을 향상시키며, 버(Burr) 형성을 최소화하는 데 매우 적합합니다. 다음과 같은 첨단 소재 및 첨가제에 널리 사용됩니다.
- 반도체 패키징 수지용 유동성 향상제 및 버 감소제.
- 탄소 분말 첨가제.
- 실리콘 고무 필러.
- 소결 재료 및 첨가제.
- 액체 포장재용 필러.
- 수지 필러 및 기질.
- 협대역 기술에 대한 응용 프로그램.
요약
최근 전자 정보 산업의 급속한 발전으로 구형 실리콘 분말 수요가 급증했습니다. 구형 실리콘 분말은 구리 피복 적층판과 집적 회로의 핵심 생산 소재로 자리 잡았습니다. "제14차 5개년 계획"이 끝날 무렵에는 구리 피복 적층판의 구형 실리콘 분말 사용량이 55%를 초과할 것으로 예상됩니다.
안정된 화학적 특성, 우수한 분산성, 환경 친화적 특성을 지닌 구형 실리콘 가루 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 플라스틱 및 코팅 산업에서 분산제로 사용되어 재료 표면 마감을 향상시킵니다. 또한 항공우주, 특수 플라스틱, 고급 코팅, 특수 섬유, 고무, 정밀 화학, 화장품 등에서 그 응용 분야가 지속적으로 확대되고 있으며, 이는 막대한 잠재력과 유망한 미래를 보여줍니다.
