集成電路電子封裝為什么要用球形硅微粉？

　　球形硅微粉技術(shù)是以價(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。

　　大規(guī)模集成電路

　　球形硅微粉技術(shù)是以價(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(guī)模集成電路封裝，在航空、航天、精細(xì)化工、可擦寫光盤、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(yīng)用，市場(chǎng)前景廣闊。隨著我國(guó)微電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路對(duì)封裝材料的要求越來越高，不僅要求其超細(xì)，而且要求高純度，特別是對(duì)于顆粒形狀提出球形化要求。但制備球形硅微粉是一項(xiàng)跨學(xué)科高難度工程，目前世界上只有美國(guó)、日本、德國(guó)、加拿大和俄羅斯等少數(shù)國(guó)家掌握此技術(shù)。眾所周知，目前國(guó)內(nèi)采購(gòu)的球形球形氧化硅主要來自于日本、韓國(guó)，進(jìn)口的球形球形氧化硅價(jià)格高，且運(yùn)輸周期長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的高質(zhì)量球形球形氧化硅，具有本土化優(yōu)勢(shì)，完全可以替代進(jìn)口。

　　我國(guó)盛產(chǎn)石英，并且礦源分布較廣，全國(guó)范圍內(nèi)的大小硅微粉廠近百家，基本上都屬于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。這些生產(chǎn)企業(yè)大多規(guī)模小、品種單一，采用非礦工業(yè)的常規(guī)加工設(shè)備，在工藝過程中缺乏系統(tǒng)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(wěn)定性差，無法與進(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)，近年來國(guó)內(nèi)有眼光的企業(yè)紛紛上馬建設(shè)球形硅微粉項(xiàng)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，與樹脂攪拌成膜均勻，樹脂添加量小，并且流動(dòng)性最好，粉的填充量可達(dá)到最高，重量比可達(dá)90.5%。因此，球形化意味著硅微粉填充率的增加，硅微粉的填充率越高，其熱膨脹系數(shù)就越小，導(dǎo)熱系數(shù)也越低，就越接近單晶硅的熱膨脹系數(shù)，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(yīng)力集中最小，強(qiáng)度最高，當(dāng)角形粉的塑封料應(yīng)力集中為1時(shí)，球形粉 的應(yīng)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(yùn)輸、安裝、使用過程中不易產(chǎn)生機(jī)械損傷。

　　其三，球形粉摩擦系數(shù)小，對(duì)模具的磨損小，使模具的使用壽命長(zhǎng)，與角形粉的相比，可以提高模具的使用壽命達(dá)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(duì)封裝廠降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益也很重要。

　　球形硅微粉，主要用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的封裝上，根據(jù)集程度（每塊集成電路標(biāo)準(zhǔn)元件的數(shù)量）確定是否球形硅微粉，當(dāng)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)，集成電路的線寬為0.25μm，當(dāng)1G集程度時(shí)，集成電路的線寬已經(jīng)小到0.18μm，目前計(jì)算機(jī)處理器的CPU芯片，就達(dá)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(diào)。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有放射性α射線污染，可做到0.02PPb以下的鈾含量。

　　當(dāng)集成程度大時(shí)，由于超大規(guī)模集成電路間的導(dǎo)線間距非常小，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(guī)模集成電路工作時(shí)可靠性受到影響，因而必須對(duì)放射性提出嚴(yán)格要求。而天然石英原料達(dá)到(0.2～0.4) PPb就為好的原料。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)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(wěn)定性就越好。單晶硅的熔點(diǎn)為1415℃，膨脹系數(shù)為3.5PPM，熔融石英粉的為(0.3～0.5)PPM，環(huán)氧樹脂的為(30～50)PPM，當(dāng)熔融球形石英粉以高比例加入環(huán)氧樹脂中制成塑封料時(shí)，其熱膨脹系數(shù)可調(diào)到8PPM左右，加得越多就越接近單晶硅片的，也就越好。而結(jié)晶粉俗稱生粉的熱膨脹系數(shù)為60PPM，結(jié)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(jié)晶粉整形為近球形不能成功的原因所在。

     80年代日本也走過這條路，效果不行，走不通；10年前，包括現(xiàn)在我國(guó)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(jié)晶粉取代。是用熔融石英（即高純石英玻璃），還是用結(jié)晶石英，哪一種為原料生產(chǎn)高純球形石英粉為好？根據(jù)試驗(yàn)，專家認(rèn)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(jié)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射線光譜分析譜線完全是平的，也是全熔融球形石英粉，而國(guó)內(nèi)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%，譜線仍能看出有尖峰，仍有5%未熔融。由此可見，生產(chǎn)球形石英粉，只要純度能達(dá)到要求，以天然結(jié)晶石英為原料最好，其生產(chǎn)成本最低，工藝路線更簡(jiǎn)捷。

　　國(guó)外球形硅微粉生產(chǎn)現(xiàn)狀

　　目前，可以生產(chǎn)高純球形硅微粉材料主要國(guó)家是日本和美國(guó)，日本現(xiàn)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(guó)，Admatechs,Micron,Denka,Tatsumori,Tokai......,美國(guó)一家，C-E,韓國(guó)一家Kosem。

　　日本和韓國(guó)是資源貧乏國(guó)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源于，印度，中國(guó)，斯里蘭卡。韓國(guó)的石英原料主要來源于，印度，中國(guó)。日本的石英原料主要是結(jié)晶石英，韓國(guó)的石英原料主要是熔融石英。