球形硅微粉因其球形顆粒的表面流動性好，與環(huán)氧樹脂混合攪拌成膜均勻，降低樹脂的添加量，提高硅微粉的填充量，使封裝材料與單晶硅的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)差距縮小，有利于進(jìn)一步降低電子器件的熱應(yīng)力，提高其強(qiáng)度和壽命。
此外，由于球形硅微粉比角形硅微粉的磨擦系數(shù)更小，降低了加工模具的摩擦磨損，可延長加工模具的使用壽命近一倍以上。因此，集成電路（IC）及大規(guī)模集成電路的封裝填料要求硅微粉呈球形、超細(xì)及高純度。
1、球形硅微粉的制備方法
目前，球形硅微粉的制備方法主要包括物理法、化學(xué)法及物理化學(xué)法。其中，物理制備方法主要包括火焰成球法、高溫熔融噴射法、自蔓延低溫燃燒法、等離子體法、高溫煅燒球形化等；化學(xué)制備方法主要包括氣相法、水熱合成法、自蔓延低溫燃燒法、溶膠-凝膠法、沉淀法和微乳液法等。目前工業(yè)上以物理法制備為主。
火焰成球法的工藝流程為：首先對高純石英砂進(jìn)行粉碎、篩分和提純等前處理，然后將石英微粉送入燃?xì)?氧氣產(chǎn)生的高溫場中，進(jìn)行高溫熔融、冷卻成球，最終形成高純度球形硅微粉。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。主要生產(chǎn)設(shè)備包括粉料定量輸送系統(tǒng)、燃?xì)饬靠刂坪突旌涎b置、氣體燃料高溫火焰噴槍、冷卻回收裝置等。該法生產(chǎn)工藝簡單，有利于進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，發(fā)展前景較好。
等離子體技術(shù)的基本原理是利用等離子矩的高溫區(qū)將二氧化硅粉體熔化，由于液體表面張力的作用形成球形液滴，然后在快速冷卻過程中形成球形化顆粒。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。
2、球形硅微粉的工程應(yīng)用前景分析
?。?）市場前景分析
一般的硅微粉為不規(guī)則的角形結(jié)構(gòu)，盡管其成本較低，但其具有較差的流動性和在加工中易損傷模具，因此，角形硅微粉難以廣泛應(yīng)用于大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)向高集成度、高密度和小型化方向快速發(fā)展，市場對大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路的環(huán)氧塑封料中球形硅微粉的需求越來越大，要求也越來越高。用于集成電路封裝的環(huán)氧塑封料中的硅微粉用量一般占70～90wt%，當(dāng)集成度為1～4M時，要求加入部分球形硅微粉；而集成度為8～16M時，則要求必須全部使用球形硅微粉。
由于日本、美國等國外生產(chǎn)廠商對球形硅微粉的專用生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)實(shí)行壟斷和封鎖，導(dǎo)致我國高端球形硅微粉長期依賴進(jìn)口，相關(guān)國產(chǎn)化生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)研發(fā)進(jìn)展較緩慢。隨著國內(nèi)微電子工業(yè)的高速發(fā)展，市場對環(huán)氧塑封用球形硅微粉的要求與日俱增，球形硅微粉的市場應(yīng)用前景良好。
?。?）經(jīng)濟(jì)與社會效益分析
隨著我國半導(dǎo)體集成電路與電子電工器件行業(yè)的發(fā)展，市場上對高檔球形硅微粉的需求量每年呈幾何倍數(shù)增長。面對巨大的市場需求，突破高檔球形硅微粉的生產(chǎn)技術(shù)，打破國外產(chǎn)品的長期壟斷對我國半導(dǎo)體集成電路與電子電工器件行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。同時，實(shí)現(xiàn)球形硅微粉產(chǎn)品的大規(guī)模國產(chǎn)化，將作為配合國家實(shí)現(xiàn)電子芯片國產(chǎn)化的重點(diǎn)基礎(chǔ)材料工程，也是推動我國電子信息產(chǎn)業(yè)跨界技術(shù)整合，搶占先進(jìn)電子材料技術(shù)制高點(diǎn)的戰(zhàn)略舉措。
球形硅微粉作為一種功能性工業(yè)材料，市場應(yīng)用前景十分廣闊，行業(yè)發(fā)展空間巨大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球?qū)Ω黝惽蛐喂栉⒎鄣哪昃枨罂偭勘Ｊ毓烙?jì)在50萬噸以上，總市值約400億元左右，同時，該市場每年還保持著20%左右的增幅。
資料來源：《謝強(qiáng),管登高,楊輝勇.火焰熔融法制備電子封裝用球形硅微粉制備與表征[J].當(dāng)代化工研究,2022(11):18-20》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請注明出處！
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