中國粉體網(wǎng)訊  隨著科技的日益進步，微電子元件性能不斷提高，對封裝技術(shù)及封裝材料的要求越來越高，球形硅微粉由于具有其他類型石英粉無法比擬的優(yōu)越特性，正被逐步應(yīng)用于大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)中，在電子信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。

制備球形硅微粉是一項跨學(xué)科的高難度工程，世界上僅有日本、美國、加拿大、德國和俄羅斯等少數(shù)國家掌握此技術(shù)。由于該技術(shù)涉及高性能芯片技術(shù)的開發(fā)，國外對硅微粉球形化技術(shù)高度保密，獲得的國外產(chǎn)品參數(shù)也不完整、專用設(shè)備更是鮮見。

球形硅微粉的主要制備方法

大致而言，球形硅微粉的制備方法主要有高溫等離子體熔融法、高溫熔融噴射法和氣體燃燒火焰法等。

（1）高溫等離子體熔融法

該方法是利用交流或直流電弧等離子體產(chǎn)生的高溫氣體作熱源，將石英粉體噴射到等離子焰中，粉體受熱熔化并瞬間氣化，再經(jīng)驟冷，經(jīng)旋風(fēng)和布袋收集，便得到球狀硅微粉。

其特點是加熱溫度高，可以獲得比化學(xué)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(xué)反應(yīng)進行非常迅速，導(dǎo)致化學(xué)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(dāng)反應(yīng)物料離開等離子體時，經(jīng)急驟冷卻，粒子不再長大；可根據(jù)不同需要形成不同氣氛的等離子態(tài)，反應(yīng)物選擇范圍寬。

缺點：等離子體技術(shù)難度很大，首先，等離子體溫度場受等離子體的磁性、電性能影響，溫度場小而集中，加熱裝置穩(wěn)定的高溫場不易控制，溫度范圍不易調(diào)整；其次，等離子體的能量和射流的產(chǎn)生是由電流通過電離的氣體介質(zhì)實現(xiàn)的，過多地稀釋等離子體就會中斷電流，失去作用。這些因素使得產(chǎn)品球化率不易控制、很難形成規(guī)模生產(chǎn)。

（2）高溫熔融噴射法

該方法是把物料置于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(guān)鍵技術(shù)很難突破，用于制造高純球形石英粉難度相當(dāng)大。

（3）氣體燃燒火焰法

該方法是以乙炔氣、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(chǎn)生潔凈火焰。與此同時，角形石英粉隨氣流被輸送到火焰中。當(dāng)角形粉末經(jīng)過高溫火焰場時，首先被熔化為無定形顆粒，當(dāng)它離開高溫場被迅速冷卻時即刻收縮變?yōu)榍蛐晤w粒，再經(jīng)過旋風(fēng)收集便得到成品。

此法涉及熱力學(xué)、氣體和顆粒流體力學(xué)等方面的理論，與等離子體高溫火焰相比，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(xué)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(shè)備制造更為簡化，容易實現(xiàn)工業(yè)化，發(fā)展前景較好。

國內(nèi)外的生產(chǎn)現(xiàn)狀

日本是世界上最早開發(fā)成功球形硅微粉的國家，上世紀80年代開始，日本就申請了大量的火焰制備球形硅微粉的專利。以日本電氣化學(xué)株式會社、日本隆森等為主的一批企業(yè)已大批量生產(chǎn)球形硅微粉并運用到航天、超大屏幕電子顯像和大規(guī)模集成電路中。

據(jù)中國粉體網(wǎng)小編的了解，目前我國能夠生產(chǎn)高純球形二氧化硅、亞微米級球形二氧化硅的企業(yè)數(shù)量較少，主要分布于江蘇連云港、安徽蚌埠、浙江湖州等地區(qū)。國內(nèi)外球形硅微粉生產(chǎn)廠家分別采用哪種工藝路線呢？請看下表：

（來源：《柴頌剛等.球形二氧化硅在覆銅板中的應(yīng)用》）

為適應(yīng)超大規(guī)模集成電路對封裝材料的要求，結(jié)合國內(nèi)目前生產(chǎn)技術(shù)水平及產(chǎn)品質(zhì)量，根據(jù)國際發(fā)展趨勢，應(yīng)加大對球形硅微粉的開發(fā)力度，引導(dǎo)向高純度、超細化、高分散性、高均勻性以及高球形化方向發(fā)展。

如果您需要詳細了解高技術(shù)球形硅微粉的制備工藝及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，敬請關(guān)注由中國粉體網(wǎng)于2019年10月30-31日在江蘇徐州舉辦的“2019全國石英大會”，屆時將會有中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所李豐研究員帶來精彩報告：《高純納米球形硅微粉的制備及產(chǎn)業(yè)化》。

【專家簡介】

李豐，現(xiàn)任中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員，南京郵電大學(xué)客座教授。長期從事微、納光電子器件的研究工作，在LED和OLED照明顯示器件、新型LCD背光模組、納米薄膜材料和納米制造領(lǐng)域擁有豐富的科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗。

1999年畢業(yè)于美國辛辛那提大學(xué)（University of Cincinnati）電機工程系，獲博士學(xué)位。1999年至2003年，先后在世界500強的美國英格索蘭（Ingersoll-Rand）公司任實驗室主任和美國杜邦（DuPont）公司任高級工程師；2004年1月在美國組建國際顯示技術(shù)（DTI）公司, 任執(zhí)行董事；2006年1月在美國創(chuàng)建SecuRAM Systems, Inc.公司，任總裁。2008年1月作為外籍專家由中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生所專門引進任學(xué)術(shù)帶頭人，組建新型平板顯示技術(shù)研究課題組，2008年4月帶技術(shù)、帶團隊、帶資金創(chuàng)建蘇州納科顯示技術(shù)有限公司并任董事長，從事新型大尺寸LED背光模組的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化工作。

參考資料：

胡修權(quán)等.我國球形石英粉開發(fā)狀況及發(fā)展思考.中南冶金地質(zhì)研究所

柴頌剛等.球形二氧化硅在覆銅板中的應(yīng)用.廣東生益科技股份有限公司、江蘇聯(lián)瑞新材料股份有限公司