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| 球形硅微粉生產(chǎn)工藝進(jìn)展 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2013-12-09 08:18:30 瀏覽次數： |
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?。ㄖ袊垠w技術(shù)網(wǎng)/劉莉）硅微粉是由天然石英（SiO2）或熔融石英（天然石英經(jīng)高溫熔融、冷卻后的非晶態(tài)SiO2）經(jīng)破碎、球磨（或振動(dòng)、氣流磨）、浮選、酸洗提純、高純水處理等多道工藝加工而成的微粉。其無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染，具備耐溫性好、耐酸堿腐蝕、導熱性差、高絕緣、低膨脹、化學(xué)性能穩定、硬度大等優(yōu)良的性能，被廣泛用于化工、電子、集成電路（IC）、電器、塑料、涂料、高級油漆、橡膠、國防等領(lǐng)域。
隨著(zhù)我國微電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，尤其是大規模、超大規模集成電路對封裝材料的要求越來(lái)越高，硅微粉不僅要求超細，而且要求高純度，特別是對于顆粒形狀提出球形化要求。球形化的優(yōu)勢主要體現在以下三個(gè)方面：
首先，球的表面流動(dòng)性好，與樹(shù)脂攪拌成膜均勻，樹(shù)脂添加量小，硅微粉的填充量高，重量比可達90.5%，因此，球形化意味著(zhù)硅微粉填充率的增加，硅微粉的填充率越高，其熱膨脹系數就越小，導熱系數也越低，就越接近單晶硅的熱膨脹系數，由此生產(chǎn)的電子元器件的使用性能也越好。
其次，球形化制成的塑封料應力集中最小，強度最高，當角形粉的塑封料應力集中為1時(shí)，球形粉的應力僅為0.6，因此，球形粉塑封料封裝集成電路芯片時(shí)，成品率高，并且運輸、安裝、使用過(guò)程中不易產(chǎn)生機械損傷。
其三，球形粉摩擦系數小，對模具的磨損小，可延長(cháng)模具的使用壽命，與角形粉相比，使用球形粉可提高模具的使用壽命達一倍。這一點(diǎn)對封裝廠(chǎng)降低成本，提高經(jīng)濟效益也很重要。
球形硅微粉主要采用溶膠-凝膠技術(shù)和火焰法兩種工藝制成：
1、采用溶膠-凝膠技術(shù)，在分散劑和球形催化劑存在的條件下，制備出符合電子封裝材料要求的高純球形納米非晶態(tài)硅微粉。
成都理工大學(xué)林金輝等人研制出了用天然粉石英制備高純球形納米非晶態(tài)硅微粉的方法。以?xún)r(jià)格低廉的天然優(yōu)質(zhì)粉石英礦物為基本原料，采用溶膠-凝膠技術(shù)，在分散劑和球形催化劑存在條件下制備了符合電子封裝材料要求的高純球形納米非晶態(tài)硅微粉材料，屬于礦物材料領(lǐng)域。制備的高純球形納米非晶態(tài)硅微粉材料粒徑為50nm～100nm，粒子分布均勻，分散度高，球化率達85～95%，呈無(wú)定形結構。產(chǎn)品的SiO2百分含量達99.89～99.95wt%。雜質(zhì)含量為：0.008～0.012wt%Al3+；0.001～0.004wt%Fe2O3；2.0～4.0ppm Na+；≤1ppm Cl-；≤1ppm SO42-。所制備的高純球形納米非晶態(tài)硅微粉材料熱穩定性高，在1000℃以下煅燒未產(chǎn)生晶化。
2、采用火焰法或離子火焰法熔融成球型的非晶態(tài)硅微粉。目前在高端用戶(hù)市場(chǎng)，如集成電路封裝都采用此種工藝制成。
中國地質(zhì)大學(xué)靳洪允以天然石英和稻殼為原料，結合氧氣-乙炔火焰法制備出了大規模集成電路封裝要求的高純度球形石英粉和超大規模集成電路封裝要求的低放射性球形硅微粉。利用我國豐富的稻殼為原料，利用堿溶液法制備水玻璃、通過(guò)離子交換法交換去除Na+、K+、Al3+、Fe3+、Cl-等離子制備高純度硅溶膠、對硅溶膠進(jìn)行噴霧造粒制得類(lèi)球形氧化硅微粉、焙燒后得到具有一定流動(dòng)性的焙燒造粒氧化硅微粉，品質(zhì)達到：SiO2含量99．98%、Al2O3含量下降到20×10-6g/g以下、Fe2O3含量降到5×10-6g/g，其它微量元素的含量都低于1×10--6g/g。而且，通過(guò)對比目前正硅酸乙脂或者四氯化硅水解等制備球形硅微粉的化學(xué)方法，以稻殼為原料的化學(xué)-物理方法結合的工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)率更高、原料成本更低、可產(chǎn)業(yè)化且無(wú)污染。因此，氧氣-乙炔火焰法制備球形硅微粉更易實(shí)現大規?；a(chǎn)、生產(chǎn)成本更低、更具發(fā)展潛力。
雖然以上工藝過(guò)程都取得了一定的進(jìn)展，但制備球形納米級硅微粉是一項跨學(xué)科高難度工程，其中，高純單分散球形納米石英一直是尚未攻克的世界性難題。國內技術(shù)還需在硅微粉產(chǎn)品的純度、放射性(來(lái)自于天然石英)、球形度、粒徑及質(zhì)量穩定性等方面不斷尋求關(guān)鍵性的突破，增加高檔次、高附加值的球形納米級硅微粉生產(chǎn)。綜合分析，球形納米級硅微粉具有廣闊的市場(chǎng)空間。
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