1 前言
填料是一種固體粉末材料，具有通過(guò)自身的物理特性和表面相互作用，來(lái)改變材料物理和化學(xué)性質(zhì)的能力。由于填料改善基體材料性能的效果顯著(zhù)，且能在一定程度上降低材料的成本，所以填料的應用越來(lái)越廣泛，在體系中所占的比例也越來(lái)越高。
覆銅板-----又名基材 。將補強材料浸以樹(shù)脂，一面或兩面覆以銅箔，經(jīng)熱壓而成的一種板狀材料，稱(chēng)為覆銅箔層壓板。 它是做PCB的基本材料，常叫基材。 當它用于多層板生產(chǎn)時(shí)，也叫芯板（CORE）。覆銅板是電子工業(yè)的基礎材料，主要用于加工制造印制電路板(PCB)，廣泛用在電視機、收音機、電腦、計算機、移動(dòng)通訊等電子產(chǎn)品。
硅微粉由石英加工而成的粉體。石英屬于三方晶系， 具有正六面體結構， 折光率1.54-1.55，莫氏硬度7 左右，密度2.65g/cm3，熔點(diǎn)1750℃。具有以下性能：高絕緣性、高熱傳導性、高熱穩定性；耐酸堿性（HF 除外）、耐磨性；低的熱膨脹系數（14×10-6/K）、低介電常數（約Dk=4.6，1MHZ）等。
由于硅微粉具備以上的優(yōu)良性能，因此在覆銅板行業(yè)的應用日趨廣泛。隨著(zhù)硅微粉表面處理條件的改進(jìn)，改善了它與樹(shù)脂體系的相容性，所以硅微粉作為一種填料應用到覆銅板中，不但可降低成本，還能改進(jìn)覆銅板的某些性能（如熱膨脹系數、彎曲強度、尺寸穩定性等）是真正的功能性填料。
覆銅板行業(yè)整體技術(shù)水平的不斷提高對硅微粉填料的使用也提出了越來(lái)越高的要求，這也促進(jìn)了硅微粉行業(yè)近年來(lái)的快速發(fā)展。
2 硅微粉種類(lèi)
2 .1 結晶型硅微粉
即精選優(yōu)質(zhì)石英礦，經(jīng)洗礦、破碎、磁選、超細碎、分級等工藝加工而成的石英粉。結晶型硅微粉在覆銅板行業(yè)中的應用在國外起步較早，國內硅微粉廠(chǎng)家在2007 年前后具備此種粉體的生產(chǎn)能力，并很快獲得用戶(hù)認可。使用結晶硅微粉后，覆銅板的的剛度、熱穩定性和吸水率都有較大幅度的改善，隨著(zhù)覆銅板市場(chǎng)的快速發(fā)展，結晶硅微粉的產(chǎn)量和質(zhì)量都有了較大幅度的提高。
為了更好的滿(mǎn)足客戶(hù)的需求，江西中節能高新材料有限公司通過(guò)加大產(chǎn)品研發(fā)力度，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，以精益求精的態(tài)度開(kāi)發(fā)出了具有自身特點(diǎn)的高純超細結晶型硅微粉。
 表1 可見(jiàn)，江西中節能硅微粉無(wú)論在化學(xué)元素和離子含量控制上都優(yōu)于一般廠(chǎng)家硅微粉。此外江西中節能硅微粉具有鈍角結構，該結構使得填料在樹(shù)脂中的粘度能降低20%以上，使填料在樹(shù)脂中具有良好分散性，保證了覆銅板上膠工序具有良好的可操作性，并能有效減少PCB 板使用中的尖端放電現象。
2 .2 熔融硅微粉
即精選具有優(yōu)質(zhì)晶體結構的石英原料，經(jīng)酸浸、水洗、風(fēng)干、再經(jīng)高溫熔融、破碎、人工分揀，磁選、超細碎、分級等工藝精制而成的硅微粉。相比結晶型硅微，它具有更低的密度（2.2g/cm3），更低的介電常數, 更低的熱膨脹系數（0.5×10-6/K），該種粉體主要在高頻覆銅板中作為填料使用。
在高頻技術(shù)持續發(fā)展的今天，從傳統1GHZ 以下的頻率發(fā)展到2G、3G、6G 乃至更高頻率，覆銅板的介電常數Dk 和損耗因子Df 就成為應用在高頻領(lǐng)域特別重要的指標。覆銅板的Dk 高會(huì )使信號在傳遞過(guò)程中速度變慢，Df 高會(huì )使信號在傳遞過(guò)程中產(chǎn)生損耗，因此如何降低覆銅板的Dk 和Df 成為覆銅板業(yè)界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
目前常用的降低Dk、Df 的方法有：選用低Dk、Df 的樹(shù)脂和選用低Dk、Df 的玻璃纖維。降低玻璃纖維的Dk、Df 主要通過(guò)改變玻璃纖維的化學(xué)成份來(lái)實(shí)現，即改變玻璃的熔制配方來(lái)實(shí)現，需要上游廠(chǎng)家密切配合才可能實(shí)現，而選取Low-Dk、Df 的樹(shù)脂也很困難，因為此類(lèi)樹(shù)脂通常價(jià)格較高且可加工性較差。因此在非特殊情況下，覆銅板廠(chǎng)家更愿意通過(guò)對環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性和添加填料來(lái)降低板材的Dk 和Df 值，熔融硅微粉作為填料就是一個(gè)很好的選擇。
表2 為某覆銅板廠(chǎng)家添加江西中節能熔融硅微粉（R600） 和添加其他廠(chǎng)家熔融硅微粉(M525)后的實(shí)驗對比。
由上表可知，添加熔融硅微粉的環(huán)氧體系覆銅板Dk 約為4，Df 約為0.006；而通常添加結晶硅微粉覆銅板的Dk 約為4.5-5.0，Df 約為0.019。由此可見(jiàn)，添加熔融硅微粉可有效降低板材的Dk 和Df 值，而添加了江西中節能熔融粉的板材在性能上更占優(yōu)勢。
2 .3 復合型硅微粉
復合型硅微粉又稱(chēng)低硬度硅微粉。采用數種無(wú)機礦物經(jīng)精確配比熔制成無(wú)定型態(tài)玻璃體，經(jīng)破碎、磁選、超細碎、分級等工藝加工而成的硅微粉。此種粉體莫氏硬度在5.5 左右，二氧化硅的成份被大大降低，化學(xué)成份的改變，可以有效降低硅微粉硬度，減小鉆頭在鉆孔制程中的磨損，減小鉆孔過(guò)程中的粉塵污染。
眾所周知，環(huán)氧覆銅板由玻纖布、樹(shù)脂和銅箔組成，其中銅箔作為導電材料，對板的鉆孔行影響較小，因此由玻纖布和環(huán)氧樹(shù)脂復合成的層壓板是影響鉆孔行的主要因素。通過(guò)調整玻纖的化學(xué)成份，主要通過(guò)降低SiO2 和CaO 的含量和提高B2O3 和Al2O3 的的含量來(lái)改善板材鉆孔性，但目前針對性開(kāi)發(fā)低硬度玻纖的廠(chǎng)家很少。
采用新型玻璃布加工工藝，如采用特殊方法織造的玻纖布、特種加工布、過(guò)燒布等方法可以改善板的力學(xué)性能、尺寸穩定和鉆孔可加工性，使鉆孔的粗糙度明顯降低。采用新型偶聯(lián)劑處理玻纖布可以使布與樹(shù)脂間的界面韌化，降低界面應力集中，改善板的翹曲度和鉆孔性。
選擇具有較高耐熱性同時(shí)又有良好韌性的樹(shù)脂，可以減少鉆孔時(shí)的樹(shù)脂污染，減小鉆頭磨損和改善鉆孔的粗糙度。
以上方法可以有效改善鉆孔性能，減小鉆頭磨損，但是生產(chǎn)成本較高，因此在樹(shù)脂中加入低硬度的填料將是很好的選擇，復合型硅微粉就是在此種情況下被開(kāi)發(fā)出來(lái)。目前此種粉體因其高性?xún)r(jià)比和優(yōu)越的性能在被越來(lái)越多的覆銅板廠(chǎng)家使用。表3 為我司開(kāi)發(fā)的復合型硅微粉和其他廠(chǎng)家同類(lèi)產(chǎn)品的對比表。
 低硬度的填料將是很好的選擇，復合型硅微粉就是在此種情況下被開(kāi)發(fā)出來(lái)。目前此種粉體因其高性?xún)r(jià)比和優(yōu)越的性能在被越來(lái)越多的覆銅板廠(chǎng)家使用。表3 為我司開(kāi)發(fā)的復合型硅微粉和其他廠(chǎng)家同類(lèi)產(chǎn)品的對比表。
由表3 可知，覆銅板廠(chǎng)家選用江西中節能公司公司的復合型硅微粉作填料，產(chǎn)品在耐熱性、吸水率和介電常數等方面具有非常大的優(yōu)勢，但中節能硅微粉的膨脹系數偏高，經(jīng)過(guò)技術(shù)改進(jìn)，目前已經(jīng)使膨脹系數達到同類(lèi)產(chǎn)品水平。
2 .4 球形硅微粉
指顆粒個(gè)體呈球狀，通過(guò)高溫將形狀不規則石英粉顆粒瞬間熔融使其在表面張力的作用下球化，后經(jīng)冷卻、分級、混合等工藝加工而成的硅微粉。此種粉的流動(dòng)性較好，在樹(shù)脂中的填充率較高，做成板材后內應力低、尺寸穩定、熱膨脹系數低。
球形硅微粉技術(shù)在日本已經(jīng)非常成熟，目前國內也有幾個(gè)廠(chǎng)家可以小批量生產(chǎn)環(huán)氧塑封料用球形粉，未見(jiàn)在覆銅板領(lǐng)域有應用。由于球形粉的價(jià)格很高，目前在覆銅板行業(yè)未能大規模使用，少量用在IC 載板、HDI 板等領(lǐng)域，相信隨著(zhù)覆銅板向高端的發(fā)展，球形粉的應用將與日俱增。
2 .5 活性硅微粉
即向硅微粉添加適量偶聯(lián)劑，在適當的溫度下改性而成的硅微粉。此種粉添加在樹(shù)脂中具有很低的粘度，和樹(shù)脂的結合性能強，做成的板材具有很好的抗剝離強度，優(yōu)異的耐高溫性能，同時(shí)還可以改善鉆孔性能。
但目前覆銅板廠(chǎng)家所采用的樹(shù)脂體系不盡相同，硅微粉生產(chǎn)廠(chǎng)商很難做到同一種產(chǎn)品適用所有用戶(hù)的樹(shù)脂體系，且覆銅板廠(chǎng)由于使用習慣，更愿意自己添加改性劑，因此活性硅微粉在覆銅板行業(yè)的推廣使用尚須時(shí)日。
3 硅微粉在覆銅板中應用的發(fā)展趨勢
3 .1 大有可為的超細結晶型硅微粉
目前應用在覆銅板上的超細硅微粉平均粒徑在2-3 微米，隨著(zhù)基板材料向超薄化方向發(fā)展，將要求填料具有更小的粒度，更好的散熱性。未來(lái)覆銅板將采用平均粒徑在0.5-1 微米左右的超微細填料，結晶型硅微粉因具有良好的導熱作用將被廣泛應用，考慮到填料在樹(shù)脂中的分散性和保證上膠工藝的順利開(kāi)展，結晶型硅微粉很可能會(huì )和球形粉配合使用。盡管有不少導熱性比結晶型硅微粉更好的填料，如氧化鋁球形粉等，但它們價(jià)格非常高，未來(lái)很難被覆銅板廠(chǎng)家大規模使用。
3 .2 快速發(fā)展的熔融硅微粉市場(chǎng)
隨著(zhù)各類(lèi)先進(jìn)通信技術(shù)的發(fā)展，多種高頻設備都已被廣泛應用，其市場(chǎng)每年都以15-20%的速度增長(cháng)，這必將在一定程度上帶動(dòng)熔融硅微粉市場(chǎng)的快速發(fā)展。
3 .3 穩定的復合型硅微粉市場(chǎng)
目前國內大多數覆銅板廠(chǎng)家已開(kāi)始使用復合型硅微粉來(lái)代替結晶型硅微粉，并逐步提高使用比例，復合型硅微粉的市場(chǎng)將在未來(lái)2 年內達到飽和。硅微粉廠(chǎng)家在提高產(chǎn)量的同時(shí)，也在不斷優(yōu)化產(chǎn)品指標，為進(jìn)一步降低鉆頭磨損，開(kāi)發(fā)更低硬度的填料將非常必要
3 .4 樂(lè )觀(guān)的高端球形粉市場(chǎng)
PCB 基板材料正在迅速的向著(zhù)薄形化方向發(fā)展，特別是HDI 多層板當前實(shí)現基板材料的薄形化表現得更為突出。許多便攜式電子產(chǎn)品在不斷推進(jìn)它“薄、輕、小”和多功能的情況下，需要PCB 的層數更多、厚度更薄。隨著(zhù)電子產(chǎn)品向小型化、集成化方向的發(fā)展，未來(lái)HDI 板的比重將明顯提高，與此同時(shí)，國內IC 載板項目也在全國多地展開(kāi)。在良好的市場(chǎng)環(huán)境下更要求國內硅微粉廠(chǎng)商能夠推出具有高純度、高流動(dòng)性，低膨脹系數，良好粒度分布的高端球形硅微粉產(chǎn)品，因此球形硅微粉在覆銅板行業(yè)的應用前景非常值得期待。
3 .5 可期待的活性硅微粉市場(chǎng)
采用活性硅微粉作填料可以使覆銅板的一些性能得到明顯改善，目前市場(chǎng)上已經(jīng)有硅微粉廠(chǎng)家在推出活性硅微粉產(chǎn)品，但使用效果較差。國外通常用十幾種偶聯(lián)劑對硅微粉進(jìn)行改性，國內往往只用一種或幾種，且粉體往往產(chǎn)生團聚，改性劑對粉體包裹布均勻，很難達到理想的改性效果。若想在覆銅板領(lǐng)域大量推廣使用活性粉，硅微粉廠(chǎng)家的任重道遠，不僅需要上游偶聯(lián)劑廠(chǎng)家的密切配合，更需要下游覆銅板廠(chǎng)家的通力合作。只要解決改性的技術(shù)難題，活性硅微粉的市場(chǎng)將非常值得期待。
作者：江西中節能高新材料有限公司 徐建棟 黃運雷
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