球形石英粉

球形石英粉具有表面光滑、比表面積大、硬度大、化學性能穩定等優越性能。首先,球形粉流動性好,與樹脂攪拌成膜均勻,樹脂添加量小,石英粉的填充量高,質量分數最高可達90.5%。石英粉的填充量越高,導熱係數越低,塑封料的熱膨脹係數就越小,越接近單晶矽的熱膨脹係數,生產的電子元件使用性能就越好。其次,球形粉的應力僅為角形粉應力的60%,由球形石英粉製成的塑封料應力集中最小,強度最高。最後,球形粉表面光滑,摩擦係數小,對模具的磨損小,可延長模具的使用壽命達1倍以上。

套用領域,製造方法,

套用領域

球形石英粉的套用領域非常廣,用作電子封裝材料是其套用領域的第一大市場。電子封裝是積體電路的支撐業,隨著大規模及超大規模積體電路的發展,積體電路越來越精細,對封裝材料的要求越來越高,封裝形式不斷最佳化與更新。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。塑膠封裝由於其成本低廉、工藝簡單,並適於大批量生產,自誕生起便得到了快速發展,在封裝中所占份額越來越大,當前塑膠封裝在世界範圍內占積體電路市場的95%以上。在塑封料中,環氧塑封料(EMC)是國內外積體電路封裝的主流,95%以上的微電子元件採用環氧塑封。
在微電子封裝中,主要要求積體電路封裝後高耐潮、低應力、低α射線,耐浸焊和回流焊,塑封性能工藝好。針對此,環氧塑封料必須在樹脂基體裡摻雜無機填料,當前使用的無機填料幾乎都是石英微粉(二氧化矽微粉)。隨著微電子工業的迅速發展,大規模、超大規模積體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範圍,而且還要求其純度高、放射性元素含量低,特別是對於顆粒形狀提出了球形化要求。
球形矽微粉不但形狀好,而且化學純度高、放射性元素含量低,能滿足高端積體電路的各項技術要求,其套用能極大地降低塑封料的熱膨脹係數、降低其介電常數、減少應力,極大地增強制品的剛性、耐磨性、耐候性、抗衝擊性、抗壓性、抗拉性、耐潮性、耐燃性,使製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於電子封裝領域外,還可廣泛用於電子油墨、光導纖維、高檔化妝品、高級精密陶瓷的製造,光學器件及電子元件的精密研磨,以及用作特種油漆塗料的填料等。

製造方法

球形石英粉是由天然石英石經提純超細粉碎後,通過一定的高溫場,使其相態、晶型及形狀瞬間發生變化,由固態變為熔融態再變為固態,由晶態變為非晶態,由不規則角形顆粒變為規則的球形顆粒而得到的一種粉末。其製備方法當前大致有高溫電漿熔融法、高溫熔融噴射法和氣體燃燒火焰法等。
高溫電漿熔融法
高溫電漿熔融法是利用交流或直流電弧電漿產生的高溫氣體作熱源,將石英粉體噴射到等離子焰中,粉體受熱熔化並瞬間氣化,再經驟冷,經旋風和布袋收集,便得到球狀矽微粉。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);當反應物料離開電漿時,經急驟冷卻,粒子不再長大;可根據不同需要形成不同氣氛的等離子態,反應物選擇範圍寬。
但電漿技術難度很大,首先,電漿溫度場受電漿的磁性、電性能影響,溫度場小而集中,加熱裝置穩定的高溫場不易控制,溫度範圍不易調整;其次,電漿的能量和射流的產生是由電流通過電離的氣體介質實現的,過多地稀釋電漿就會中斷電流,失去作用。這些因素使得產品球化率不易控制、很難形成規模生產。
高溫熔融噴射法
高溫熔融噴射法是把物料置於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,用於製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生潔淨火焰。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為球形顆粒,再經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,與電漿高溫火焰相比,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,設備製造更為簡化,容易實現工業化,發展前景較好。

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