石英粉為什么要球形化？國內(nèi)技術(shù)及現(xiàn)狀剖析

　　球形石英粉又稱球形硅微粉，是指顆粒個體呈球形，主要成分為二氧化硅的無定形石英粉體材料。

　　球形石英粉主要用于大規(guī)模集成電路封裝中覆銅板以及環(huán)氧塑封料填料，在航空航天、精細(xì)化工和日用化妝品等高新技術(shù)領(lǐng)域也有應(yīng)用。

石英粉為什么要球形化

    （1）球的表面積最小，各向同性好，與樹脂攪拌成膜均勻，樹脂添加量小，并且流動性最好，粉的填充量可達(dá)到最高，質(zhì)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，塑封料的熱膨脹系數(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。

    （2）球形粉制成的塑封料應(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，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，成品率高，并且運輸、安裝、使用過程中不易產(chǎn)生機(jī)械損傷。

    （3）球形粉摩擦系數(shù)小，對模具的磨損小，使模具的使用壽命長。與角形粉相比，可以提高模具的使用壽命達(dá)一倍，塑封料的封裝模具價格很高，有的還需要進(jìn)口，這一點對封裝廠降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益也十分重要。

    （4）硅微粉本身就有增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的作用，而球形粉可以增強(qiáng)這個功用。

　　球形石英粉制備技術(shù)

　　球形石英粉制備方法主要有火焰熔融法、等離子加熱爐法、化學(xué)合成法、水解法等。

   （1）火焰熔融法

　　目前，國內(nèi)各生產(chǎn)廠家主要利用火焰熔融的方法來實現(xiàn)石英粉球形化的量產(chǎn)。該技術(shù)的關(guān)鍵是加熱裝置要求有穩(wěn)定的溫度場、易于調(diào)節(jié)溫度范圍以及不要對石英粉造成二次污染。

　　其成球原理為：高溫火焰噴槍噴出1600-2000℃的高溫火焰，當(dāng)粉體進(jìn)入高溫火焰區(qū)時其角形表面吸收熱量而呈熔融狀態(tài)，熱量進(jìn)一步被傳遞到粉體內(nèi)部，粉體顆粒完全呈熔融狀態(tài)。在表面張力的作用下，物體總是要趨于穩(wěn)定狀態(tài)，而球形則是最穩(wěn)定狀態(tài)，從而達(dá)到產(chǎn)品成球目的。

    （2）等離子加熱爐法

　　采用高頻等離子體熔融法制備球形石英粉，溫度范圍適中、控制平穩(wěn)、產(chǎn)量高，可達(dá)到較高球化率，因而是一種較合適的生產(chǎn)方法。其原理與工藝與火焰熔融法類似，主要是將高溫?zé)嵩醋優(yōu)榈入x子體發(fā)生器。

    （3）化學(xué)合成法

　　在一定溫度下，用氨水或碳銨處理硅溶膠乳液，得到球形凝膠，再用酸處理凝膠，得到水合球形二氧化硅，然后進(jìn)行精制和熱處理，得到滿足需要的球形二氧化硅微粉。特點是鈾含量低，缺點是產(chǎn)品易團(tuán)聚。

    （4）水解法

　　把液體SiCl4以恒定的速度加入到添加了不同分散劑的去離子水中，并同時用石英棒高速攪拌水解產(chǎn)物，將得到的水解產(chǎn)物經(jīng)陳化、洗滌、過濾后，在100℃-200℃的恒溫箱中進(jìn)行干燥脫水至恒重后，轉(zhuǎn)移至高溫?zé)Y(jié)爐中，在不同溫度下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)脫羥和晶形轉(zhuǎn)換，經(jīng)粉磨、篩分后即得到所需粒徑的高純球形石英粉。

　　國內(nèi)球形石英粉的主要生產(chǎn)情況

　　我國盛產(chǎn)石英，礦源分布廣，且許多礦產(chǎn)質(zhì)量很高，資源豐富的區(qū)域如江蘇連云港和徐州、浙江湖州、安徽鳳陽等地，因此也形成了以這些區(qū)域為主的全國范圍內(nèi)的大小石英粉廠幾百家，基本上都屬于民營企業(yè)為主。

　　但國內(nèi)大部分企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不大、品種不多，在工藝過程中缺乏系統(tǒng)的控制手段，致使石英粉產(chǎn)品的純度、粒度以及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性與國外產(chǎn)品比較還存在一定的差距。

　　在這些企業(yè)中真正能夠生產(chǎn)球形石英粉的不多，其主打產(chǎn)品集中在1000目以下，多數(shù)以角形石英粉產(chǎn)品為主，技術(shù)含量和利潤不高，主要應(yīng)用領(lǐng)域多為冶金、陶瓷、橡膠用填料、耐火材料、建材、化妝品等。

　　目前國內(nèi)也逐步出現(xiàn)一些能夠生產(chǎn)高純、超微、球形石英粉的生產(chǎn)企業(yè)，占領(lǐng)中高端市場，并有部分的出口。

　　近幾年來，我國新建的石英粉項目較多，產(chǎn)能擴(kuò)張很快，行業(yè)的供給能力大幅度提高。我國石英粉技術(shù)有所進(jìn)步，廠商生產(chǎn)高端產(chǎn)品的能力不斷加強(qiáng)，生產(chǎn)技術(shù)有明顯的進(jìn)步。特別是以聯(lián)瑞新材、華飛電子、東海硅微粉有限公司、蚌埠中凱電子材料有限公司為代表的一批國內(nèi)企業(yè)在球形石英粉技術(shù)上取得突破，制備出符合電子封裝材料要求的產(chǎn)品，打破了美、日等少數(shù)國家對該技術(shù)的壟斷局面。