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    新聞資訊

    硅微粉的高值化應用趨勢解析

    2023/6/5    來源:    作者:攀枝花銳歌新材料科技有限公司  瀏覽次數:674

    硅微粉的高值化應用趨勢解析

    硅微粉是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料,由天然石英(SiO2)或熔融石英(天然石英經高溫熔融、冷卻后的非晶態SiO2)經破碎、球磨(或振動、氣流磨)、浮選、酸洗提純、高純水處理等多道工藝加工而成。

    硅微粉具有:折光率1.54-1.55,莫氏硬度7左右,密度2.65g/cm3,熔點1750℃、介電常數4.6左右(1MHz)。其主要性能包括:

    (1)具有良好的絕緣性:由于硅微粉純度高,雜質含量低,性能穩定,電絕緣性能優異,使固化物具有良好的絕緣性能和抗電弧性能。

    (2)能降低環氧樹脂固化反應的放熱峰值溫度,降低固化物的線膨脹系數和收縮率,從而消除固化物的內應力,防止開裂。

    (3)抗腐蝕性:硅微粉不易與其他物質反應,與大部分酸、堿不起化學反應,其顆粒均勻覆蓋在物件表面,具有較強的抗腐蝕能力。

    (4)顆粒級配合理,使用時能減少和消除沉淀、分層現象;可使固化物的抗拉、抗壓強度增強,耐磨性能提高,并能增大固化物的導熱系數,增加阻燃性能。

    (5)經硅烷偶聯劑處理的硅微粉,對各類樹脂有良好的浸潤性,吸附性能好,易混合,無結團現象。

    (6)硅微粉作為填充料,加進有機樹脂中,不但提高了固化物的各項性能,同時也降低了產品成本。

    在覆銅板中的應用

    硅微粉是一種功能性填料,它添加在覆銅箔板中能提升板材的絕緣性、熱傳導性、熱穩定性、耐酸堿性(HF除外)、耐磨性、阻燃性,提高板材的彎曲強度、尺寸穩定性,降低板材的熱膨脹率,改善覆銅箔板的介電常數。同時,由于硅微粉原料豐富,價格低廉,能夠降低覆銅箔板的成本,因此在覆銅箔板行業的應用日趨廣泛。

    國內知名的覆銅板企業金安國紀的工作人員介紹了以下常見的幾種類型的硅微粉在覆銅箔板制造中的應用情況。

    超細結晶型硅微粉

    目前應用在覆銅箔板上的超細硅微粉平均粒徑在1-10微米,隨著電子產品的基板向超薄化方向發展,要求填料具有更小的粒徑。未來覆銅板將采用平均粒徑在0.5-1微米左右的超微細填料,考慮到填料在樹脂中的分散性和上膠工藝的要求,結晶型硅微粉必須活性處理再和球形粉配合使用,避免它與環氧樹脂混合時結團,以及過小的填料粒徑導致膠液粘度急劇增大,帶來上膠時玻璃纖維布浸潤性問題。

    熔融硅微粉

    熔融硅微粉系選用天然石英,經高溫熔煉,冷卻后的非晶態二氧化硅作為主要原料,再經獨特工藝加工而成的微粉。其分子結構排列由有序排列轉為無序排列。由于具有較高的純度,呈現出極低的線膨脹系數、良好的電磁輻射性、耐化學腐蝕等穩定的化學特性,常應用于高頻覆銅箔板的生產。隨著高頻通信技術的發展,對高頻覆銅箔板的需求量越來越大,其市場每年以15-20%的速度增長,這必將也帶動熔融硅微粉需求量的同步增長。

    復合型硅微粉

    復合型硅微粉是以天然石英和其他無機非金屬礦物(如氧化鈣、氧化硼、氧化鎂等)為原料,經過復配、熔融、冷卻、破碎、研磨、分級等工序加工而成的玻璃相二氧化硅粉體材料。復合型硅微粉莫氏硬度在5左右,明顯低于純硅微粉,在印制線路板(PCB)加工過程中,既能降低鉆頭磨損,又能保持覆銅箔板的熱膨脹系數、彎曲強度、尺寸穩定等性能,是一種綜合性能比較優良的填料。目前國內許多覆銅箔板廠家已開始使用復合型硅微粉來代替普通硅微粉。

    球形硅微粉

    球形硅微粉是以精選的不規則角形硅微粉作為原料,通過高溫近熔融和近球形的方法加工,得到的一種顆粒均勻、無銳角、比表面積小、流動性好、應力低、堆比重小的球形硅微粉材料,它添加于覆銅箔板生產原料中,可大幅度增加填充量,降低混合材料體系的粘度,改善加工工藝性能,提高上膠玻纖布的滲透性,降低環氧樹脂固化過程的收縮率,減小熱漲差,改善板材的翹曲。

    活性硅微粉

    采用活性處理的硅微粉作填料,可以明顯改善硅微粉與樹脂體系的相容性,進一步提高覆銅箔板的耐濕熱性能和可靠性。而目前國產的活性硅微粉產品,因其只用硅偶聯劑簡單的混合處理,效果不夠理想,粉體與樹脂混合時很容易團聚,而國外有許多專利提出了對硅微粉的活性處理,例如德國專利提出用聚硅烷和硅微粉混合,并在紫外線照射下攪拌,獲得活性硅微粉;日本專家提出硅烷二醇衍生物處理硅微粉,并在混合過程中加入催化劑,使偶聯劑對粉體的包裹均勻,從而能使環氧樹脂能與硅微粉達到理想的結合效果,因此硅微粉的改性處理是覆銅箔板生產廠家與粉體生產廠家共同研究的課題,一旦解決難題,覆銅箔生產用硅微粉將有一個較大的增量。

    在高端環氧樹脂灌封料中的應用

    環氧樹脂灌封料在電子器件制造業的灌封過程中應用非常普遍。其中灌封就是借助灌封材料把構成電器件的各部分按規定要求進行合理布置、組裝、鍵合、連接、密封和保護等的一種操作工藝。它的作用是強化電子器件的整體性,提高電子器件對外沖擊、震動的抵抗力,提高電子器件內部元件、線路間絕緣,避免電子器件內部元件、線路直接暴露,改善電子器件的防水、防塵、防潮性能。

    硅微粉作為環氧樹脂灌封料的常用填料之一,對改進環氧樹脂的某些物理性能具有明顯的作用,例如在環氧樹脂灌封料中加入活性硅微粉,可大大提高環氧樹脂灌封料的抗沖擊性能、降低環氧樹脂灌封料的黏度。為了使環氧樹脂和硅微粉能夠更好地融合,就要對硅微粉進行表面改性,改性的目的就是通過偶聯劑和增韌劑等將硅微粉表面的極性改為非極性,使之具有憎水性和親有機溶劑的性質,浸潤性好,從而增強硅微粉與環氧樹脂界面之間的結合力。

    國內某日資企業,作為高端灌封料的領導者,對硅微粉的質量要求非?量。該企業生產的一種用于汽車行業的高端灌封料中所使用的硅微粉需具有以下性質:高透明度、無黑點、粒徑分布范圍窄,加入樹脂中能使體系的粘度剛好適中,硅微粉在樹脂中充分攪拌后24h不沉降。該企業的硅微粉起初一直從日本采購,后來出于成本考慮,開始用國產替代。該企業從國內市場收集了很多800目的硅微粉,一一進行對照,最后僅選定了河南一家公司的產品,該產品可以完美地替代進口硅微粉。

    上述產品的原材料來自河南南部的石英礦。相比其他地區的原料,該地石英礦質量高,純度好,所制備出來的硅微粉透明度高,雜項少,能滿足生產需要。同時該公司采用獨特的氣流粉碎工藝和嚴格的粉料篩選工藝,保證了產品內雜質含量低,顆粒粒徑分布集中,有效避免了球磨工藝帶來的Al2O3雜質污染和后續篩選工藝落后導致的粒徑分布分散的問題,從而使利用該硅微粉產品作為填充料的灌裝料顏色透明,均勻性好,沉降性優良,粘度適中。

    在環氧塑封料中的應用

    環氧模塑料(EMC),又稱為環氧樹脂模塑料、環氧塑封料,是以環氧樹脂為基體樹脂,以高性能酚醛樹脂為固化劑,加入硅微粉等填料,并添加多種助劑混配而成的粉狀模塑料。全球集成電路(IC)封裝材料的97%采用環氧塑封料(EMC),其塑封過程是用傳遞成型法將EMC擠壓入專用模腔,并將其中的半導體芯片包埋,同時完成交聯固化成型,形成具有一定結構外型的半導體器件。而在EMC組成中,硅微粉是用量最多的填料,硅微粉占環氧模塑料重量比達70%~90%。

    球形硅微粉作為大規模集成電路封裝材料的關鍵材料,可用于芯片封裝的環氧模塑料和液體封裝料等。球形硅微粉因其球形顆粒的表面流動性好,與環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和導熱系數差距縮小,有利于進一步降低電子器件的熱應力,提高其強度和壽命。

    此外,由于球形硅微粉比角形硅微粉的磨擦系數更小,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)及大規模集成電路的封裝填料要求硅微粉呈球形、超細及高純度。

    隨著國內微電子工業的高速發展,球形硅微粉的需求量與日俱增。但國外對球形硅微粉的球化技術、關鍵裝置設備申請了專利保護,對工藝裝備核心部位采用封閉式管理,我國所需要的高質量球形硅微粉部分還依賴進口。面對高質量球形硅微粉巨大的市場需求,如何突破國外對高檔球形硅微粉生產技術的長期壟斷,研發國產化的高純、超細球形硅微粉的生產工藝設備及技術是國內粉體材料研究的熱點之一。
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