球形硅砂生产工艺

客服主管发布于2016-07-02 10:26:22

来自：安米微纳团队

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石英粉是由天然石英(SiO2)或熔融石英(天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO2)经破碎、球磨(或振动、气流磨)、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉。其无毒、无味、无污染，具备耐温性好、耐酸碱腐蚀、导热性差、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能，被广泛用于化工、电子、集成电路(IC)、电器、塑料、涂料、高级油漆、橡胶、国防等领域。

随着我国微电子工业的迅猛发展，尤其是大规模、超大规模集成电路对封装材料的要求越来越高，石英粉不仅要求超细，而且要求高纯度，特别是对于颗粒形状提出球形化要求。球形化的优势主要体现在以下三个方面：

首先，球的表面流动性好，与树脂搅拌成膜均匀，树脂添加量小，石英粉的填充量高，重量比可达90.5%，因此，球形化意味着石英粉填充率的增加，石英粉的填充率越高，其热膨胀系数就越小，导热系数也越低，就越接近单晶硅的热膨胀系数，由此生产的电子元器件的使用性能也越好。

其次，球形化制成的塑封料应力集中最小，强度最高，当角形粉的塑封料应力集中为1时，球形粉的应力仅为0.6，因此，球形粉塑封料封装集成电路芯片时，成品率高，并且运输、安装、使用过程中不易产生机械损伤。

其三，球形粉摩擦系数小，对模具的磨损小，可延长模具的使用寿命，与角形粉相比，使用球形粉可提高模具的使用寿命达一倍。这一点对封装厂降低成本，提高经济效益也很重要。

球形石英粉主要采用火焰法和溶胶-凝胶技术两种工艺制成：

2、采用火焰法或离子火焰法熔融成球型的非晶态石英粉。目前在高端用户市场，如集成电路封装都采用此种工艺制成。

中国地质大学靳洪允以天然石英和稻壳为原料，结合氧气-乙炔火焰法制备出了大规模集成电路封装要求的高纯度球形石英粉和超大规模集成电路封装要求的低放射性球形石英粉。利用我国丰富的稻壳为原料，利用碱溶液法制备水玻璃、通过离子交换法交换去除Na+、K+、Al3+、Fe3+、Cl-等离子制备高纯度硅溶胶、对硅溶胶进行喷雾造粒制得类球形氧化石英粉、焙烧后得到具有一定流动性的焙烧造粒氧化石英粉，品质达到：SiO2含量99.98%、Al2O3含量下降到20×10-6g/g以下、Fe2O3含量降到5×10-6g/g，其它微量元素的含量都低于1×10--6g/g。而且，通过对比目前正硅酸乙脂或者四氯化硅水解等制备球形石英粉的化学方法，以稻壳为原料的化学-物理方法结合的工艺简单、产率更高、原料成本更低、可产业化且无污染。因此，氧气-乙炔火焰法制备球形石英粉更易实现大规模化生产、生产成本更低、更具发展潜力。

1、采用溶胶-凝胶技术，在分散剂和球形催化剂存在的条件下，制备出符合电子封装材料要求的高纯球形纳米非晶态石英粉。

成都理工大学林金辉等人研制出了用天然粉石英制备高纯球形纳米非晶态石英粉的方法。以价格低廉的天然优质粉石英矿物为基本原料，采用溶胶-凝胶技术，在分散剂和球形催化剂存在条件下制备了符合电子封装材料要求的高纯球形纳米非晶态石英粉材料，属于矿物材料领域。制备的高纯球形纳米非晶态石英粉材料粒径为50nm～100nm，粒子分布均匀，分散度高，球化率达85～95%，呈无定形结构。产品的SiO2百分含量达99.89～99.95wt%。杂质含量为：0.008～0.012wt%Al3+;0.001～0.004wt%Fe2O3;2.0～4.0ppm Na+;≤1ppm Cl-;≤1ppm SO42-。所制备的高纯球形纳米非晶态石英粉材料热稳定性高，在1000℃以下煅烧未产生晶化。

虽然以上工艺过程都取得了一定的进展，但制备球形纳米级石英粉是一项跨学科高难度工程，其中，高纯单分散球形纳米石英一直是尚未攻克的世界性难题。国内技术还需在石英粉产品的纯度、放射性(来自于天然石英)、球形度、粒径及质量稳定性等方面不断寻求关键性的突破，增加高档次、高附加值的球形纳米级石英粉生产。综合分析，球形纳米级石英粉具有广阔的市场空间。