球形石英粉特性

球形石英粉的應用領域非常廣，用作電子封裝材料是其應用領域的第一大市場。電子封裝是集成電路的支撐業(yè)，隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，集成電路越來越精細，對封裝材料的要求越來越高，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、塑封材料和引線框架及焊料。塑料封裝由于其成本低廉、工藝簡單，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越大，當前塑料封裝在世界范圍內(nèi)占集成電路市場的95%以上。在塑封料中，環(huán)氧塑封料(EMC)是國內(nèi)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，耐浸焊和回流焊，塑封性能工藝好。針對此，環(huán)氧塑封料必須在樹脂基體里摻雜無機填料，當前使用的無機填料幾乎都是石英微粉（二氧化硅微粉）。隨著微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路對封裝材料的要求越來越高，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，而且化學純度高、放射性元素含量低，能滿足高端集成電路的各項技術要求，其應用能極大地降低塑封料的熱膨脹系數(shù)、降低其介電常數(shù)、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輻射等，已成為電子封裝不可或缺的關鍵材料。球形石英粉除主要用于電子封裝領域外，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。

球形石英粉是由天然石英石經(jīng)提純超細粉碎后，通過一定的高溫場，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(guī)則角形顆粒變?yōu)橐?guī)則的球形顆粒而得到的一種粉末。其制備方法當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。

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)旋風和布袋收集，便得到球狀硅微粉。其特點是加熱溫度高，可以獲得比化學燃燒高5倍以上的溫度(3000K以上)場，高溫高熱和高活性氣氛使化學反應進行非常迅速，導致化學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）；當反應物料離開等離子體時，經(jīng)急驟冷卻，粒子不再長大；可根據(jù)不同需要形成不同氣氛的等離子態(tài)，反應物選擇范圍寬。

但等離子體技術難度很大，首先，等離子體溫度場受等離子體的磁性、電性能影響，溫度場小而集中，加熱裝置穩(wěn)定的高溫場不易控制，溫度范圍不易調(diào)整；其次，等離子體的能量和射流的產(chǎn)生是由電流通過電離的氣體介質(zhì)實現(xiàn)的，過多地稀釋等離子體就會中斷電流，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(guī)模生產(chǎn)。

高溫熔融噴射法

高溫熔融噴射法是把物料置于高溫場中將其熔化使之成為熔融體，在熔融體流出的瞬間,以通過噴射器的高壓空氣進行噴吹，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鍵技術沒有突破，用于制造高純球形石英粉難度很大。

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，通過密閉爐窯燃燒產(chǎn)生潔凈火焰。與此同時，角形石英粉隨氣流被輸送到火焰中。當角形粉末經(jīng)過高溫火焰場時，首先被熔化為無定形顆粒，當它離開高溫場被迅速冷卻時即刻收縮變?yōu)榍蛐晤w粒，再經(jīng)過旋風收集便得到成品。此法涉及熱力學、氣體和顆粒流體力學等方面的理論，與等離子體高溫火焰相比，首先溫度場相對較低，其次是影響因素較少，不再涉及電磁學理論及離子在電磁場中流動和運動的問題，使各種條件影響因素變得較易控制，設備制造更為簡化，容易實現(xiàn)工業(yè)化，發(fā)展前景較好。2100433B