大規模集成電路 球形硅微粉技術(shù)是以?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，制備球形硅微粉的方法還有交流高頻等離子體熔融法、氣體燃燒火焰法以及高溫熔融噴射法。
球形硅微粉主要用于大規模集成電路封裝，在航空、航天、精細化工、可擦寫(xiě)光盤(pán)、大面積電子基板、特種陶瓷及日用化妝品等高新技術(shù)領(lǐng)域也有應用，市場(chǎng)前景廣闊。隨著(zhù)我國微電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，大規模、超大規模集成電路對封裝材料的要求越來(lái)越高，不僅要求其超細，而且要求高純度，特別是對于顆粒形狀提出球形化要求。但制備球形硅微粉是一項跨學(xué)科高難度工程，目前世界上只有美國、日本、德國、加拿大和俄羅斯等少數國家掌握此技術(shù)。眾所周知，目前國內采購的球形球形氧化硅主要來(lái)自于日本、韓國，進(jìn)口的球形球形氧化硅價(jià)格高，且運輸周期長(cháng)。國內生產(chǎn)的高質(zhì)量球形球形氧化硅，具有本土化優(yōu)勢，完全可以替代進(jìn)口。
我國盛產(chǎn)石英，并且礦源分布較廣，全國范圍內的大小硅微粉廠(chǎng)近百家，基本上都屬于鄉鎮企業(yè)。這些生產(chǎn)企業(yè)大多規模小、品種單一，采用非礦工業(yè)的常規加工設備，在工藝過(guò)程中缺乏系統的控制手段，致使硅微粉產(chǎn)品的純度、粒度以及產(chǎn)品質(zhì)量穩定性差，無(wú)法與進(jìn)口產(chǎn)品抗衡。這些企業(yè)中真正能夠生產(chǎn)高純、超微硅微粉的很少，主要分布于江蘇連云港東
?？h和徐州、浙江湖州以及河北、青海等地，其主打產(chǎn)品集中在800目以下，使用領(lǐng)域一般為冶金、陶瓷、電工產(chǎn)品填料以及電子分立元件的封裝等。為搶占高端市場(chǎng)，近年來(lái)國內有眼光的企業(yè)紛紛上馬建設球形硅微粉項目。
電子封裝為什么要用球形硅微粉？
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，并且流動(dòng)性最好，粉的填充量可達到最高，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，使模具的使用壽命長(cháng)，與角形粉的相比，可以提高模具的使用壽命達一倍，塑封料的封裝模具價(jià)格很高，有的還需要進(jìn)口，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，主要用于大規模和超大規模集成電路的封裝上，根據集程度（每塊集成電路標準元件的數量）確定是否球形硅微粉，當集程度為1M到4M時(shí)，已經(jīng)部分使用球形粉，8M到16M集程度時(shí)，已經(jīng)全部使用球形粉。250M集程度時(shí)，集成電路的線(xiàn)寬為0.25μm，當1G集程度時(shí)，集成電路的線(xiàn)寬已經(jīng)小到0.18μm，目前計算機處理器的CPU芯片，就達到了這樣的水平。這時(shí)所用的球形粉為更高檔的，主要使用多晶硅的下腳料制成正硅酸乙脂與四氯化硅水解得到SiO2，也制成球形其顆粒度為 10～20μm可調。這種用化學(xué)法合成的球形硅微粉比用天然的石英原料制成的球形粉要貴10倍，其原因是這種粉基本沒(méi)有放射性α射線(xiàn)污染，可做到0.02PPb以下的鈾含量。
當集成程度大時(shí)，由于超大規模集成電路間的導線(xiàn)間距非常小，封裝料放射性大時(shí)集成電路工作時(shí)會(huì )產(chǎn)生源誤差，會(huì )使超大規模集成電路工作時(shí)可靠性受到影響，因而必須對放射性提出嚴格要求。而天然石英原料達到(0.2～0.4) PPb就為好的原料?，F在國內使用的球形粉主要是天然原料制成的球形粉，并且也是進(jìn)口粉。
一般集成電路都是用光刻的方法將電路集中刻制在單晶硅片上，然后接好連接引線(xiàn)和管角，再用環(huán)氧塑封料封裝而成。塑封料的熱膨脹率與單晶硅的越接近，集成電路的工作熱穩定性就越好。單晶硅的熔點(diǎn)為1415℃，膨脹系數為3.5PPM，熔融石英粉的為(0.3～0.5)PPM，環(huán)氧樹(shù)脂的為(30～50)PPM，當熔融球形石英粉以高比例加入環(huán)氧樹(shù)脂中制成塑封料時(shí)，其熱膨脹系數可調到8PPM左右，加得越多就越接近單晶硅片的，也就越好。而結晶粉俗稱(chēng)生粉的熱膨脹系數為60PPM，結晶石英的熔點(diǎn)為1996℃，不能取代熔融石英粉(即熔融硅微粉)，所以中高檔集成電路中不用球形粉時(shí)，也要用熔融的角形硅微粉。這也是高檔球形粉想用結晶粉整形為近球形不能成功的原因所在。
80年代日本也走過(guò)這條路，效果不行，走不通；10年前，包括現在我國還有人走這條路，從以上理論證明此種方法是不行的。即高檔塑封料粉不能用結晶粉取代。是用熔融石英（即高純石英玻璃），還是用結晶石英，哪一種為原料生產(chǎn)高純球形石英粉為好？根據試驗，專(zhuān)家認為：這個(gè)題已經(jīng)十分清楚，用天然石英SiO2，高溫熔融噴射制球，可以制得完全熔融的球形石英粉。用天然結晶石英制成粉，然后分散后用等離子火焰制成的球就是熔融的球，用火焰燒粉制得的球，表面光滑，體積也有收縮，更好用，日本提供的這種粉，用X射線(xiàn)光譜分析譜線(xiàn)完全是平的，也是全熔融球形石英粉，而國內電熔融的石英，如連云港的熔融石英光譜分析不定型含量為95%，譜線(xiàn)仍能看出有尖峰，仍有5%未熔融。由此可見(jiàn)，生產(chǎn)球形石英粉，只要純度能達到要求，以天然結晶石英為原料最好，其生產(chǎn)成本最低，工藝路線(xiàn)更簡(jiǎn)捷。
國外球形硅微粉生產(chǎn)現狀
目前，可以生產(chǎn)高純球形硅微粉材料主要國家是日本和美國，日本現在主要有六家公司生產(chǎn)球形硅微粉，是球形硅微粉的主要出口國，Admatechs,Micron,Denka,Tatsumori,Tokai......,美國一家，C-E,韓國一家Kosem。
日本和韓國是資源貧乏國家，所以他們的原料和能源大多需要進(jìn)口，石英，天然氣等。日本的石英原料主要來(lái)源于，印度，中國，斯里蘭卡。韓國的石英原料主要來(lái)源于，印度，中國。日本的石英原料主要是結晶石英，韓國的石英原料主要是熔融石英。
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