球形硅微粉技术的用途及性能

球形硅微粉主要用于大规模集成电路封装，在航空、航天、精细化工、可擦写光盘、大面积电子基板、特种陶瓷及日用化妆品等高新技术领域也有应用，市场前景广阔。专家预计，到2010年仅我国对球形硅微粉的需求即达2万～3万吨，高纯硅微粉为10万吨，年均增长率均超过20%。世界对球形硅微粉的需求量将超过30万吨，价值数百亿元。随着我国微电子工业的迅猛发展，大规模、超大规模集成电路对封装材料的要求越来越高，不仅要求其超细，而且要求高纯度，特别是对于颗粒形状提出球形化要求。但制备球形硅微粉是一项跨学科高难度工程，目前世界上只有美国、日本、德国、加拿大和俄罗斯等少数国家掌握此技术。众所周知，目前国内采购的球形球形氧化硅主要来自于日本、韩国，进口的球形球形氧化硅价格高，且运输周期长。国内生产的高质量球形球形氧化硅，具有本土化优势，完全可以替代进口。

球形硅微粉主要用于大规模集成电路封装，在航空、航天、精细化工、可擦写光盘、大面积电子基板、特种陶瓷及日用化妆品等高新技术领域也有应用，它在环氧树脂体系中作为填料后，可节约大量的环氧树脂。

球形粉的主要用途及性能

为什么要球形化？首先，球的表面流动性好，与树脂搅拌成膜均匀，树脂添加量小，并且流动性最好，粉的填充量可达到最高，重量比可达90.5%，因此，球形化意味着硅微粉填充率的增加，硅微粉的填充率越高，其热膨胀系数就越小，导热系数也越低，就越接近单晶硅的热膨胀系数，由此生产的电子元器件的使用性能也越好。其次，球形化制成的塑封料应力集中最小，强度最高，当角形粉的塑封料应力集中为1时，球形粉的应力仅为0.6，因此，球形粉塑封料封装集成电路芯片时，成品率高，并且运输、安装、使用过程中不易产生机械损伤。其三，球形粉摩擦系数小，对模具的磨损小，使模具的使用寿命长，与角形粉的相比，可以提高模具的使用寿命达一倍，塑封料的封装模具价格很高，有的还需要进口，这一点对封装厂降低成本，提高经济效益也很重要。

球形硅微粉，主要用于大规模和超大规模集成电路的封装上，根据集程度（每块集成电路标准元件的数量）确定是否球形硅微粉，当集程度为1M到4M时，已经部分使用球形粉，8M到16M集程度时，已经全部使用球形粉。250M集程度时，集成电路的线宽为0.25μm，当1G集程度时，集成电路的线宽已经小到0.18μm，目前计算机PⅣ 处理器的CPU芯片，就达到了这样的水平。这时所用的球形粉为更高档的，主要使用多晶硅的下脚料制成正硅酸乙脂与四氯化硅水解得到SiO2，也制成球形其颗粒度为 -（10～20）μm可调。这种用化学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贵10倍，其原因是这种粉基本没有放射性α射线污染，可做到0.02PPb以下的铀含量。当集程度大时，由于超大规模集成电路间的导线间距非常小，封装料放射性大时集成电路工作时会产生源误差，会使超大规模集成电路工作时可靠性受到影响，因而必须对放射性提出严格要求。而天然石英原料达到(0.2～0.4) PPb就为好的原料。现在国内使用的球形粉主要是天然原料制成的球形粉，并且也是进口粉。一般集成电路都是用光刻的方法将电路集中刻制在单晶硅片上，然后接好连接引线和管角，再用环氧塑封料封装而成。塑封料的热膨胀率与单晶硅的越接近，集成电路的工作热稳定性就越好。单晶硅的熔点为1415℃，膨胀系数为3.5PPM，熔融石英粉的为(0.3～0.5)PPM，环氧树脂的为(30～50)PPM，当熔融球形石英粉以高比例加入环氧树脂中制成塑封料时，其热膨胀系数可调到8PPM左右，加得越多就越接近单晶硅片的，也就越好。而结晶粉俗称生粉的热膨胀系数为60PPM，结晶石英的熔点为1996℃，不能取代熔融石英粉(即熔融硅微粉)，所以中高档集成电路中不用球形粉时，也要用熔融的角形硅微粉。这也是高档球形粉想用结晶粉整形为近球形不能成功的原因所在。80年代日本也走过这条路，效果不行，走不通；10年前，包括现在我国还有人走这条路，从以上理论证明此种方法是不行的。即高档塑封料粉不能用结晶粉取代。

是用熔融石英（即高纯石英玻璃），还是用结晶石英，哪一种为原料生产高纯球形石英粉为好？根据试验，专家认为：这个题已经十分清楚，用天然石英SiO2，高温熔融喷射制球，可以制得完全熔融的球形石英粉。用天然结晶石英制成粉，然后分散后用等离子火焰制成的球就是熔融的球，用火焰烧粉制得的球，表面光滑，体积也有收缩，更好用，日本提供的这种粉，用X射线光谱分析谱线完全是平的，也是全熔融球形石英粉，而国内电熔融的石英，如连云港的熔融石英光谱分析不定型含量为95%，谱线仍能看出有尖峰，仍有5%未熔融。由此可见，生产球形石英粉，只要纯度能达到要求，以天然结晶石英为原料最好，其生产成本最低，工艺路线更简捷。

硅微粉可分为：普通硅微粉、电工级硅微粉、电子级硅微粉、熔融硅微粉、超细硅微粉、“球形”硅微粉。

⒈普通硅微粉

主要用途用于环氧树脂浇注料、灌封料、电焊条保护层、金属铸造、陶瓷、硅橡胶、涂料及其它化工行业。

⒉电工级硅微粉

主要用途用于普通电器件的绝缘浇注，高压电器的绝缘浇注，APG工艺注射料，环氧灌封料，高档陶瓷釉料等。

⒊电子级硅微粉

主要用途主要用于集成电路、电子元件的塑封料和包装料。

⒋熔融硅微粉

熔融石英微粉（WG）所用原料是天然石英经经高温熔炼，冷却后的非晶态SiO2，经多道工艺加工而成的微粉。该产品纯度高，具有热膨胀系数小，内应力低，高耐湿性，低放射性等优良特性。

主要用途用于大规模及超大规模集成电路用塑封料，环氧浇注料，灌封料，及其它化工领域。

⒌超细硅微粉

主要用途主要用于涂料，油漆，工程塑料，粘合剂，奎橡胶，精密铸造高级陶瓷。

⒍“球型”硅微粉

“球粒”硅微粉选用高品质石英原矿，经独特工艺加工而成的一种高强度、高硬度、惰性的球型颗粒，其主要成分SiO2含量99.6%以上，密度为2.65，莫氏硬度为7，细度在325目至5000目之间，白度在70-94之间，具有合理可控的粒度范围，外观为白色粉末状。

高品质“球粒”硅微粉，具有极低的吸油率、混合粘度和摩擦系数。其独特的球粒结构，与其他棱角形石英粉（硅微粉）相比，粉体流动性好，粉体堆积形成的休止角小，因而在与有机高分子材料混合时分密实，增强机体的强度。易分散、混料均匀、可明显增加材料的流动性。

主要用途用于涂料、环氧地坪、硅橡胶等，大幅度降低成本，显著提高混合材料的加工工艺性能。 硅微粉可划分为：油漆涂料用硅微粉、环氧地坪用硅微粉、橡胶用硅微粉、密封胶用硅微粉、.电子级和电工级塑封料用硅微粉、精密陶瓷用硅微粉

⒈油漆涂料用硅微粉

目数：600-2500目

SiO2:>99.5%

白度：70-94度之间

硬度：7（莫氏硬度）

吸油量、混合粘度低、分散性和流动性好，堆积形成的休止角小、耐摩擦。

⒉环氧地坪用硅微粉

目数：600-1250目

SiO2:>99%

白度：70-94度之间

硬度：7（莫氏硬度）

粘度低、流动性好、堆积性好、易压实，与环氧树脂类易结合。与传统硅微粉比较可节约环氧树脂用量。

⒊橡胶用硅微粉

目数：1250-5000目

SiO2:>99.5%

白度：>70-94度

硬度：7（莫氏硬度）

⑴.在耐磨橡胶制品中的应用

耐磨橡胶制品包括橡胶板、管、带、辊，它要求混炼胶具有很好的渗透性和较强的粘结性，试验结果证明，填充硅微粉的混炼胶充分体现了胶料稀、渗透性好、分散性好、粘结性强等独特性能，有利于混炼胶在帆布上的擦涂和增强了胶片与帆布之间的粘着强度，制品的扯断强度、永久变形等机械性能均有明显改善，尤其增强了橡胶制品的耐磨性。

⑵.在硅橡胶制品中的应用

极低的含水量，很好的绝缘性；最大粒度小于5μm，具有一定的补强性能。

⒋密封胶用硅微粉

目数：1250目

SiO2:>99.5%

白度：>80-94度

硬度：7（莫氏硬度）

经处理后的硅微粉含水量小于0.1%，用于密封胶中可提高胶体的粘接强度、屈服值、剪切力稀释指数。具有增稠、补强作用、抗撕裂、抗老化作用。

⒌电子级和电工级塑封料用硅微粉

目数：600-5000目

SiO2:>99.5%

白度：>90度

硬度：7（莫氏硬度）

准球形硅微粉用于环氧树脂绝缘封装材料中，可大幅度增加填充量，降低混合材料体系的粘度，改善加工工艺性能，提高混合料的渗透能力，降低固化物的膨胀系数和固化过程的收缩率，减小热涨差。

⒍精密陶瓷用硅微粉

目数：5000目

SiO2:>99.7%

白度：>92度

硬度：7（莫氏硬度） 可以分为：结晶硅微粉熔融硅微粉方石英硅微粉活性硅微粉。

⒈结晶硅微粉

结晶硅微粉是利用高品位的天然石英，通过独特的无铁研磨工艺生产加工而成，其色白、质纯。因其工艺成熟而具有稳定的物理、化学特性及合理、可控的粒度分布。结晶硅微粉可分为高纯度结晶硅微粉、电子级结晶硅微粉及一般填料级结晶硅微粉。结晶硅微粉使用范围。

⒉熔融硅微粉

熔融硅微粉是选用优质的天然石英，通过独特处理工艺加工而形成的粉末，通过高温处理，其分子结构排列由有序排列转为无序排列。其色白，纯度较高并具有以下特性：极低的线膨胀系数；良好的电磁辐射性；耐化学腐蚀等稳定的化学特性；合理有序、可控的粒度分布。熔融硅微粉使用范围十分广泛。

⒊方石英硅微粉

方石英硅微粉是选用优质天然石英，运用独特工艺特殊处理加工而成的粉末。经过高温煅烧后获得的高纯度硅石，通过快速冷却，可以稳定改变后的晶体结构，由于其稳定的化学性质，合理有序、可控的粒度分布。而被广泛的应用。

⒋活性硅微粉

活性硅微粉通过其独特的工艺，采用硅烷等材料对硅微粉颗粒表面进行改性处理，增强了硅微粉的憎水性能，提高了混合料及填充系统的机械、电子和化学特性。对硅微粉颗粒表面处理主要是提高填充系统的性能。

一、成分含量不同

1、H系硅微粉的含硅量比较高，基本都在99%以上。

2、而微硅粉的含硅量一般都在80-92%,94%以上都属于很不常见的。

二、物质不同

1、硅微粉

硅微粉是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料。由于它具备耐温性好、耐酸碱腐蚀、导热系数高、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能，被广泛用于化工、电子、集成电路（IC）、电器、塑料、涂料、高级油漆、橡胶、国防等领域。随着高技术领域的迅猛发展，硅微粉亦将步入新的历史发展时期。

2、微硅粉

微硅粉也叫硅灰或称凝聚硅灰，是铁合金在冶炼硅铁和工业硅（金属硅）时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。

它是大工业冶炼中的副产物，整个过程需要用除尘环保设备进行回收，因为密度较小，还需要用加密设备进行加密。

三、作用不同

1、硅微粉

1）显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。

2）具有保水、防止离析、泌水、大幅降低砼泵送阻力的作用。

3）显著延长砼的使用寿命。

4）大幅度降低喷射砼和浇注料的落地灰，提高单次喷层厚度。

5）是高强砼的必要成份，已有C150砼的工程应用。

2、微硅粉

优质微硅粉主要被用作高性能耐火浇注料、预制件、钢包料、透气砖、自流型耐火浇注料及干湿法喷射材料。在高温陶瓷领域。

如：氧化物结合碳化硅制品，高温型硅酸钙轻质隔热材料，电磁窑用刚玉莫来石推板，高温耐磨材料及制品，刚玉及陶瓷制品，赛龙结合制品等，微硅粉的使用具有高流动性、低蓄水量、高致密度和高强度等特点。

参考资料来源：百度百科-硅微粉

参考资料来源：百度百科-微硅粉

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