球形石英粉應用領(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。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(shù)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(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(shù)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(guān)鍵技術(shù)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(shè)備制造更為簡化，容易實現(xiàn)工業(yè)化，發(fā)展前景較好。2100433B