球形石英粉制造方法

球形石英粉是由天然石英石經(jīng)提純超細(xì)粉碎后，通過(guò)一定的高溫場(chǎng)，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(dāng)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(fēng)和布袋收集，便得到球狀硅微粉。其特點(diǎn)是加熱溫度高，可以獲得比化學(xué)燃燒高5倍以上的溫度(3000K以上)場(chǎng)，高溫高熱和高活性氣氛使化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行非常迅速，導(dǎo)致化學(xué)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(dāng)反應(yīng)物料離開(kāi)等離子體時(shí)，經(jīng)急驟冷卻，粒子不再長(zhǎng)大；可根據(jù)不同需要形成不同氣氛的等離子態(tài)，反應(yīng)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(chǎng)受等離子體的磁性、電性能影響，溫度場(chǎng)小而集中，加熱裝置穩(wěn)定的高溫場(chǎng)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(guò)電離的氣體介質(zhì)實(shí)現(xiàn)的，過(guò)多地稀釋等離子體就會(huì)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(chǎng)中將其熔化使之成為熔融體，在熔融體流出的瞬間,以通過(guò)噴射器的高壓空氣進(jìn)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(wú)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(méi)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?xì)?，通過(guò)密閉爐窯燃燒產(chǎn)生潔凈火焰。與此同時(shí)，角形石英粉隨氣流被輸送到火焰中。當(dāng)角形粉末經(jīng)過(guò)高溫火焰場(chǎng)時(shí)，首先被熔化為無(wú)定形顆粒，當(dāng)它離開(kāi)高溫場(chǎng)被迅速冷卻時(shí)即刻收縮變?yōu)榍蛐晤w粒，再經(jīng)過(guò)旋風(fēng)收集便得到成品。此法涉及熱力學(xué)、氣體和顆粒流體力學(xué)等方面的理論，與等離子體高溫火焰相比，首先溫度場(chǎng)相對(duì)較低，其次是影響因素較少，不再涉及電磁學(xué)理論及離子在電磁場(chǎng)中流動(dòng)和運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，使各種條件影響因素變得較易控制，設(shè)備制造更為簡(jiǎn)化，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，發(fā)展前景較好。2100433B

球形石英粉的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，用作電子封裝材料是其應(yīng)用領(lǐng)域的第一大市場(chǎng)。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(lái)越精細(xì)，對(duì)封裝材料的要求越來(lái)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(jiǎn)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(lái)越大，當(dāng)前塑料封裝在世界范圍內(nèi)占集成電路市場(chǎng)的95%以上。在塑封料中，環(huán)氧塑封料(EMC)是國(guó)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(yīng)力、低α射線，耐浸焊和回流焊，塑封性能工藝好。針對(duì)此，環(huán)氧塑封料必須在樹(shù)脂基體里摻雜無(wú)機(jī)填料，當(dāng)前使用的無(wú)機(jī)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(duì)封裝材料的要求越來(lái)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(duì)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(xué)純度高、放射性元素含量低，能滿足高端集成電路的各項(xiàng)技術(shù)要求，其應(yīng)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(yīng)力，極大地增強(qiáng)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(dǎo)纖維、高檔化妝品、高級(jí)精密陶瓷的制造，光學(xué)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。