隨著(zhù)現代科技的迅猛發(fā)展，微電子技術(shù)幾乎滲透到所有工業(yè)領(lǐng)域，在經(jīng)濟發(fā)展和國防建設中發(fā)揮著(zhù)巨大支撐作用。集成電路（IC）是微電子技術(shù)的核心與基石，在其生產(chǎn)、貯存、運輸和使用過(guò)程中與封裝密不可分，全世界95%以上封裝材料為環(huán)氧塑封料。環(huán)氧塑封料在生產(chǎn)過(guò)程中需大量使用具有特殊性質(zhì)的石英粉（硅微粉）作填充材料，其目的主要是降低塑封料的脹膨率，提高集成電路的熱穩定性。
１ 球形石英粉的特性及應用領(lǐng)域
1.1 球形石英粉的特性
球形石英粉具有表面光滑、比表面積大、硬度大、化學(xué)性能穩定等優(yōu)越性能。首先，球形粉流動(dòng)性好，與樹(shù)脂攪拌成膜均勻，樹(shù)脂添加量小，石英粉的填充量高，質(zhì)量分數最高可達90.5%。石英粉的填充量越高，導熱系數越低，塑封料的熱膨脹系數就越小，越接近單晶硅的熱膨脹系數，生產(chǎn)的電子元件使用性能就越好。其次，球形粉的應力僅為角形粉應力的60%，由球形石英粉制成的塑封料應力集中最小，強度最高。最后，球形粉表面光滑，摩擦系數小，對模具的磨損小，可延長(cháng)模具的使用壽命達１倍以上。
1.2 球形石英粉的應用領(lǐng)域
球形石英粉的應用領(lǐng)域非常廣，用作電子封裝材料是其應用領(lǐng)域的第一大市場(chǎng)。電子封裝是集成電路的支撐業(yè)，隨著(zhù)大規模及超大規模集成電路的發(fā)展，集成電路越來(lái)越精細，對封裝材料的要求越來(lái)越高，封裝形式不斷優(yōu)化與更新。電子封裝的３大主材料是基板材料、塑封材料和引線(xiàn)框架及焊料。塑料封裝由于其成本低廉、工藝簡(jiǎn)單，并適于大批量生產(chǎn)，自誕生起便得到了快速發(fā)展，在封裝中所占份額越來(lái)越大，目前塑料封裝在世界范圍內占集成電路市場(chǎng)的95%以上。在塑封料中，環(huán)氧塑封料(EMC)是國內外集成電路封裝的主流，95%以上的微電子元件采用環(huán)氧塑封。在微電子封裝中，主要要求集成電路封裝后高耐潮、低應力、低α射線(xiàn)，耐浸焊和回流焊，塑封性能工藝好。針對此，環(huán)氧塑封料必須在樹(shù)脂基體里摻雜無(wú)機填料，目前使用的無(wú)機填料幾乎都是石英微粉（二氧化硅微粉）。
隨著(zhù)微電子工業(yè)的迅速發(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，石英粉作為ＥＭＣ的重要支撐材料，不僅要求其粒度符合封裝的特定范圍，而且還要求其純度高、放射性元素含量低，特別是對于顆粒形狀提出了球形化要求。球形硅微粉不但形狀好，而且化學(xué)純度高、放射性元素含量低，能滿(mǎn)足高端集成電路的各項技術(shù)要求，其應用能極大地降低塑封料的熱膨脹系數、降低其介電常數、減少應力，極大地增強制品的剛性、耐磨性、耐候性、抗沖擊性、抗壓性、抗拉性、耐潮性、耐燃性，使制品具有良好的耐電弧絕緣特性和抗紫外線(xiàn)輻射等，已成為電子封裝不可或缺的關(guān)鍵材料。
球形石英粉除主要用于電子封裝領(lǐng)域外，還可廣泛用于電子油墨、光導纖維、高檔化妝品、高級精密陶瓷的制造，光學(xué)器件及電子元件的精密研磨，以及用作特種油漆涂料的填料等。
2 球形石英粉的制造方法
球形石英粉是由天然石英石經(jīng)提純超細粉碎后，通過(guò)一定的高溫場(chǎng)，使其相態(tài)、晶型及形狀瞬間發(fā)生變化，由固態(tài)變?yōu)槿廴趹B(tài)再變?yōu)楣虘B(tài)，由晶態(tài)變?yōu)榉蔷B(tài)，由不規則角形顆粒變?yōu)橐巹t的球形顆粒而得到的一種粉末。其制備方法目前大致有高溫等離子體熔融法、高溫熔融噴射法和氣體燃燒火焰法等。
2.1 高溫等離子體熔融法
高溫等離子體熔融法是利用交流或直流電弧等離子體產(chǎn)生的高溫氣體作熱源，將石英粉體噴射到等離子焰中，粉體受熱熔化并瞬間氣化，再經(jīng)驟冷，經(jīng)旋風(fēng)和布袋收集，便得到球狀硅微粉。其特點(diǎn)是加熱溫度高，可以獲得比化學(xué)燃燒高５倍以上的溫度(3000K以上）場(chǎng)，高溫高熱和高活性氣氛使化學(xué)反應進(jìn)行非常迅速，導致化學(xué)液相法難以合成的高溫相化合物快速生成（如氮化物、碳化物和硼化物等）；當反應物料離開(kāi)等離子體時(shí)，經(jīng)急驟冷卻，粒子不再長(cháng)大；可根據不同需要形成不同氣氛的等離子態(tài)，反應物選擇范圍寬。
但等離子體技術(shù)難度很大，首先，等離子體溫度場(chǎng)受等離子體的磁性、電性能影響，溫度場(chǎng)小而集中，加熱裝置穩定的高溫場(chǎng)不易控制，溫度范圍不易調整；其次，等離子體的能
量和射流的產(chǎn)生是由電流通過(guò)電離的氣體介質(zhì)實(shí)現的，過(guò)多地稀釋等離子體就會(huì )中斷電流，失去作用。這些因素使得產(chǎn)品球化率不易控制、很難形成規模生產(chǎn)。
2.2 高溫熔融噴射法
高溫熔融噴射法是把物料置于高溫場(chǎng)中將其熔化使之成為熔融體，在熔融體流出的瞬間，以通過(guò)噴射器的高壓空氣進(jìn)行噴吹，熔融物被高速氣流分散打碎成霧狀小液滴，再被迅速冷卻，小液滴遇冷便快速自然收縮成表面光滑的球狀顆粒。高溫熔融噴射法是最易保證球形化和無(wú)定形率的方法。但是，爐體高溫材料、粘稠的石英熔融體霧化以及防止二次污染等一系列關(guān)鍵技術(shù)沒(méi)有突破，用于制造高純球形石英粉難度很大。
2.3 氣體燃燒火焰法
氣體燃燒火焰法是以乙炔氣、氫氣、天然氣等燃料氣為原料，以氧氣或空氣為助燃氣，通過(guò)密閉爐窯燃燒產(chǎn)生潔凈火焰。與此同時(shí)，角形石英粉隨氣流被輸送到火焰中。當角形粉末經(jīng)過(guò)高溫火焰場(chǎng)時(shí)，首先被熔化為無(wú)定形顆粒，當它離開(kāi)高溫場(chǎng)被迅速冷卻時(shí)即刻收縮變?yōu)榍蛐晤w粒，再經(jīng)過(guò)旋風(fēng)收集便得到成品。此法涉及熱力學(xué)、氣體和顆粒流體力學(xué)等方面的理論，與等離子體高溫火焰相比，首先溫度場(chǎng)相對較低，其次是影響因素較少，不再涉及電磁學(xué)理論及離子在電磁場(chǎng)中流動(dòng)和運動(dòng)的問(wèn)題，使各種條件影響因素變得較易控制，設備制造更為簡(jiǎn)化，容易實(shí)現工業(yè)化，發(fā)展前景較好。
作者：胡修權，賀愛(ài)平，周 毅，陳 梁，孫 猛（中南冶金地質(zhì)研究所，宜昌４４３００３）
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