1 前言
填料是一種固體粉末材料，具有通過自身的物理特性和表面相互作用，來改變材料物理和化學(xué)性質(zhì)的能力。由于填料改善基體材料性能的效果顯著，且能在一定程度上降低材料的成本，所以填料的應(yīng)用越來越廣泛，在體系中所占的比例也越來越高。
覆銅板-----又名基材 。將補(bǔ)強(qiáng)材料浸以樹脂，一面或兩面覆以銅箔，經(jīng)熱壓而成的一種板狀材料，稱為覆銅箔層壓板。 它是做PCB的基本材料，常叫基材。 當(dāng)它用于多層板生產(chǎn)時，也叫芯板（CORE）。覆銅板是電子工業(yè)的基礎(chǔ)材料，主要用于加工制造印制電路板(PCB)，廣泛用在電視機(jī)、收音機(jī)、電腦、計(jì)算機(jī)、移動通訊等電子產(chǎn)品。
硅微粉由石英加工而成的粉體。石英屬于三方晶系， 具有正六面體結(jié)構(gòu)， 折光率1.54-1.55，莫氏硬度7 左右，密度2.65g/cm3，熔點(diǎn)1750℃。具有以下性能：高絕緣性、高熱傳導(dǎo)性、高熱穩(wěn)定性；耐酸堿性（HF 除外）、耐磨性；低的熱膨脹系數(shù)（14×10-6/K）、低介電常數(shù)（約Dk=4.6，1MHZ）等。
由于硅微粉具備以上的優(yōu)良性能，因此在覆銅板行業(yè)的應(yīng)用日趨廣泛。隨著硅微粉表面處理?xiàng)l件的改進(jìn)，改善了它與樹脂體系的相容性，所以硅微粉作為一種填料應(yīng)用到覆銅板中，不但可降低成本，還能改進(jìn)覆銅板的某些性能（如熱膨脹系數(shù)、彎曲強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性等）是真正的功能性填料。
覆銅板行業(yè)整體技術(shù)水平的不斷提高對硅微粉填料的使用也提出了越來越高的要求，這也促進(jìn)了硅微粉行業(yè)近年來的快速發(fā)展。
2 硅微粉種類
2 .1 結(jié)晶型硅微粉
即精選優(yōu)質(zhì)石英礦，經(jīng)洗礦、破碎、磁選、超細(xì)碎、分級等工藝加工而成的石英粉。結(jié)晶型硅微粉在覆銅板行業(yè)中的應(yīng)用在國外起步較早，國內(nèi)硅微粉廠家在2007 年前后具備此種粉體的生產(chǎn)能力，并很快獲得用戶認(rèn)可。使用結(jié)晶硅微粉后，覆銅板的的剛度、熱穩(wěn)定性和吸水率都有較大幅度的改善，隨著覆銅板市場的快速發(fā)展，結(jié)晶硅微粉的產(chǎn)量和質(zhì)量都有了較大幅度的提高。
為了更好的滿足客戶的需求，江西中節(jié)能高新材料有限公司通過加大產(chǎn)品研發(fā)力度，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，以精益求精的態(tài)度開發(fā)出了具有自身特點(diǎn)的高純超細(xì)結(jié)晶型硅微粉。
 表1 可見，江西中節(jié)能硅微粉無論在化學(xué)元素和離子含量控制上都優(yōu)于一般廠家硅微粉。此外江西中節(jié)能硅微粉具有鈍角結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得填料在樹脂中的粘度能降低20%以上，使填料在樹脂中具有良好分散性，保證了覆銅板上膠工序具有良好的可操作性，并能有效減少PCB 板使用中的尖端放電現(xiàn)象。
2 .2 熔融硅微粉
即精選具有優(yōu)質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的石英原料，經(jīng)酸浸、水洗、風(fēng)干、再經(jīng)高溫熔融、破碎、人工分揀，磁選、超細(xì)碎、分級等工藝精制而成的硅微粉。相比結(jié)晶型硅微，它具有更低的密度（2.2g/cm3），更低的介電常數(shù), 更低的熱膨脹系數(shù)（0.5×10-6/K），該種粉體主要在高頻覆銅板中作為填料使用。
在高頻技術(shù)持續(xù)發(fā)展的今天，從傳統(tǒng)1GHZ 以下的頻率發(fā)展到2G、3G、6G 乃至更高頻率，覆銅板的介電常數(shù)Dk 和損耗因子Df 就成為應(yīng)用在高頻領(lǐng)域特別重要的指標(biāo)。覆銅板的Dk 高會使信號在傳遞過程中速度變慢，Df 高會使信號在傳遞過程中產(chǎn)生損耗，因此如何降低覆銅板的Dk 和Df 成為覆銅板業(yè)界研究的熱點(diǎn)問題。
目前常用的降低Dk、Df 的方法有：選用低Dk、Df 的樹脂和選用低Dk、Df 的玻璃纖維。降低玻璃纖維的Dk、Df 主要通過改變玻璃纖維的化學(xué)成份來實(shí)現(xiàn)，即改變玻璃的熔制配方來實(shí)現(xiàn)，需要上游廠家密切配合才可能實(shí)現(xiàn)，而選取Low-Dk、Df 的樹脂也很困難，因?yàn)榇祟悩渲ǔr格較高且可加工性較差。因此在非特殊情況下，覆銅板廠家更愿意通過對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性和添加填料來降低板材的Dk 和Df 值，熔融硅微粉作為填料就是一個很好的選擇。
表2 為某覆銅板廠家添加江西中節(jié)能熔融硅微粉（R600） 和添加其他廠家熔融硅微粉(M525)后的實(shí)驗(yàn)對比。
由上表可知，添加熔融硅微粉的環(huán)氧體系覆銅板Dk 約為4，Df 約為0.006；而通常添加結(jié)晶硅微粉覆銅板的Dk 約為4.5-5.0，Df 約為0.019。由此可見，添加熔融硅微粉可有效降低板材的Dk 和Df 值，而添加了江西中節(jié)能熔融粉的板材在性能上更占優(yōu)勢。
2 .3 復(fù)合型硅微粉
復(fù)合型硅微粉又稱低硬度硅微粉。采用數(shù)種無機(jī)礦物經(jīng)精確配比熔制成無定型態(tài)玻璃體，經(jīng)破碎、磁選、超細(xì)碎、分級等工藝加工而成的硅微粉。此種粉體莫氏硬度在5.5 左右，二氧化硅的成份被大大降低，化學(xué)成份的改變，可以有效降低硅微粉硬度，減小鉆頭在鉆孔制程中的磨損，減小鉆孔過程中的粉塵污染。
眾所周知，環(huán)氧覆銅板由玻纖布、樹脂和銅箔組成，其中銅箔作為導(dǎo)電材料，對板的鉆孔行影響較小，因此由玻纖布和環(huán)氧樹脂復(fù)合成的層壓板是影響鉆孔行的主要因素。通過調(diào)整玻纖的化學(xué)成份，主要通過降低SiO2 和CaO 的含量和提高B2O3 和Al2O3 的的含量來改善板材鉆孔性，但目前針對性開發(fā)低硬度玻纖的廠家很少。
采用新型玻璃布加工工藝，如采用特殊方法織造的玻纖布、特種加工布、過燒布等方法可以改善板的力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定和鉆孔可加工性，使鉆孔的粗糙度明顯降低。采用新型偶聯(lián)劑處理玻纖布可以使布與樹脂間的界面韌化，降低界面應(yīng)力集中，改善板的翹曲度和鉆孔性。
選擇具有較高耐熱性同時又有良好韌性的樹脂，可以減少鉆孔時的樹脂污染，減小鉆頭磨損和改善鉆孔的粗糙度。
以上方法可以有效改善鉆孔性能，減小鉆頭磨損，但是生產(chǎn)成本較高，因此在樹脂中加入低硬度的填料將是很好的選擇，復(fù)合型硅微粉就是在此種情況下被開發(fā)出來。目前此種粉體因其高性價比和優(yōu)越的性能在被越來越多的覆銅板廠家使用。表3 為我司開發(fā)的復(fù)合型硅微粉和其他廠家同類產(chǎn)品的對比表。
 低硬度的填料將是很好的選擇，復(fù)合型硅微粉就是在此種情況下被開發(fā)出來。目前此種粉體因其高性價比和優(yōu)越的性能在被越來越多的覆銅板廠家使用。表3 為我司開發(fā)的復(fù)合型硅微粉和其他廠家同類產(chǎn)品的對比表。
由表3 可知，覆銅板廠家選用江西中節(jié)能公司公司的復(fù)合型硅微粉作填料，產(chǎn)品在耐熱性、吸水率和介電常數(shù)等方面具有非常大的優(yōu)勢，但中節(jié)能硅微粉的膨脹系數(shù)偏高，經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)，目前已經(jīng)使膨脹系數(shù)達(dá)到同類產(chǎn)品水平。
2 .4 球形硅微粉
指顆粒個體呈球狀，通過高溫將形狀不規(guī)則石英粉顆粒瞬間熔融使其在表面張力的作用下球化，后經(jīng)冷卻、分級、混合等工藝加工而成的硅微粉。此種粉的流動性較好，在樹脂中的填充率較高，做成板材后內(nèi)應(yīng)力低、尺寸穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)低。
球形硅微粉技術(shù)在日本已經(jīng)非常成熟，目前國內(nèi)也有幾個廠家可以小批量生產(chǎn)環(huán)氧塑封料用球形粉，未見在覆銅板領(lǐng)域有應(yīng)用。由于球形粉的價格很高，目前在覆銅板行業(yè)未能大規(guī)模使用，少量用在IC 載板、HDI 板等領(lǐng)域，相信隨著覆銅板向高端的發(fā)展，球形粉的應(yīng)用將與日俱增。
2 .5 活性硅微粉
即向硅微粉添加適量偶聯(lián)劑，在適當(dāng)?shù)臏囟认赂男远傻墓栉⒎?。此種粉添加在樹脂中具有很低的粘度，和樹脂的結(jié)合性能強(qiáng)，做成的板材具有很好的抗剝離強(qiáng)度，優(yōu)異的耐高溫性能，同時還可以改善鉆孔性能。
但目前覆銅板廠家所采用的樹脂體系不盡相同，硅微粉生產(chǎn)廠商很難做到同一種產(chǎn)品適用所有用戶的樹脂體系，且覆銅板廠由于使用習(xí)慣，更愿意自己添加改性劑，因此活性硅微粉在覆銅板行業(yè)的推廣使用尚須時日。
3 硅微粉在覆銅板中應(yīng)用的發(fā)展趨勢
3 .1 大有可為的超細(xì)結(jié)晶型硅微粉
目前應(yīng)用在覆銅板上的超細(xì)硅微粉平均粒徑在2-3 微米，隨著基板材料向超薄化方向發(fā)展，將要求填料具有更小的粒度，更好的散熱性。未來覆銅板將采用平均粒徑在0.5-1 微米左右的超微細(xì)填料，結(jié)晶型硅微粉因具有良好的導(dǎo)熱作用將被廣泛應(yīng)用，考慮到填料在樹脂中的分散性和保證上膠工藝的順利開展，結(jié)晶型硅微粉很可能會和球形粉配合使用。盡管有不少導(dǎo)熱性比結(jié)晶型硅微粉更好的填料，如氧化鋁球形粉等，但它們價格非常高，未來很難被覆銅板廠家大規(guī)模使用。
3 .2 快速發(fā)展的熔融硅微粉市場
隨著各類先進(jìn)通信技術(shù)的發(fā)展，多種高頻設(shè)備都已被廣泛應(yīng)用，其市場每年都以15-20%的速度增長，這必將在一定程度上帶動熔融硅微粉市場的快速發(fā)展。
3 .3 穩(wěn)定的復(fù)合型硅微粉市場
目前國內(nèi)大多數(shù)覆銅板廠家已開始使用復(fù)合型硅微粉來代替結(jié)晶型硅微粉，并逐步提高使用比例，復(fù)合型硅微粉的市場將在未來2 年內(nèi)達(dá)到飽和。硅微粉廠家在提高產(chǎn)量的同時，也在不斷優(yōu)化產(chǎn)品指標(biāo)，為進(jìn)一步降低鉆頭磨損，開發(fā)更低硬度的填料將非常必要
3 .4 樂觀的高端球形粉市場
PCB 基板材料正在迅速的向著薄形化方向發(fā)展，特別是HDI 多層板當(dāng)前實(shí)現(xiàn)基板材料的薄形化表現(xiàn)得更為突出。許多便攜式電子產(chǎn)品在不斷推進(jìn)它“薄、輕、小”和多功能的情況下，需要PCB 的層數(shù)更多、厚度更薄。隨著電子產(chǎn)品向小型化、集成化方向的發(fā)展，未來HDI 板的比重將明顯提高，與此同時，國內(nèi)IC 載板項(xiàng)目也在全國多地展開。在良好的市場環(huán)境下更要求國內(nèi)硅微粉廠商能夠推出具有高純度、高流動性，低膨脹系數(shù)，良好粒度分布的高端球形硅微粉產(chǎn)品，因此球形硅微粉在覆銅板行業(yè)的應(yīng)用前景非常值得期待。
3 .5 可期待的活性硅微粉市場
采用活性硅微粉作填料可以使覆銅板的一些性能得到明顯改善，目前市場上已經(jīng)有硅微粉廠家在推出活性硅微粉產(chǎn)品，但使用效果較差。國外通常用十幾種偶聯(lián)劑對硅微粉進(jìn)行改性，國內(nèi)往往只用一種或幾種，且粉體往往產(chǎn)生團(tuán)聚，改性劑對粉體包裹布均勻，很難達(dá)到理想的改性效果。若想在覆銅板領(lǐng)域大量推廣使用活性粉，硅微粉廠家的任重道遠(yuǎn)，不僅需要上游偶聯(lián)劑廠家的密切配合，更需要下游覆銅板廠家的通力合作。只要解決改性的技術(shù)難題，活性硅微粉的市場將非常值得期待。
作者：江西中節(jié)能高新材料有限公司 徐建棟 黃運(yùn)雷
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