武汉帅尔光电子新材料有限公司总结

球形硅微粉除在IC产业大量应用外，在航空、航天、大面积电子基板、精细化工、可擦写光盘、陶瓷、特种橡胶、特种塑料、高级涂料、光导纤维、化妆品、精密器件的抛光剂等领域的应用已十分广泛。

球形二氧化硅SE系列

元素含量分析：ICP，ICP-MASS；

比表面积：BET法（可根据产品不同用途调控产品的比表面积）；

粒度分析：激光粒度仪；

形貌分析：SEM2100433B

现代社会已进入以微电子技术为核心的数字化、网络化和信息化的社会。当今世界的政治、经济、科技、文化和军事等方面都发生了深刻变化。世界多极化、经济全球化以及信息技术与网络技术的高度融合和发展，不仅给我们带来了难得的发展机遇，也从技术创新上提出了严峻的挑战。以集成电路为代表的微电子技术和微电子产业是现代信息产业和信息社会的基础，是改造和提升传统产业的核心技术。随着全球信息化、网络化和知识经济浪潮的到来，集成电路产业的地位显得越来越重要，它已成为一个事关国家经济、国防及民生和信息安全的基础性和战略性产业。据美国半导体协会(SIA)预测，到2012年，全球集成电路的销售额将达到l万亿美元。而摆在我们面前的问题是电子封装技术构成了21世纪集成电路发展的瓶颈。我国目前尚未形成完整的电子封装产业链，断层较为严重，国内封装材料的技术水平与产业规模都远远不能满足集成电路产业发展的需求。全球集成电路封装中的97%采用EMC(环氧塑封料)作为外壳材料，而其中的70%～90%为二氧化硅微粉。当今集成电路芯片的特征尺45-130nm。250M集成度时，线宽约0．25 m；1G集成度时，线宽约0．18 m。集成度1M-4M 时，环氧塑封料应部分使用球形硅微粉；集成度8M：16M时，则必须全部使用球形硅微粉。可以肯定地说未来几年集成电路产业使用球形硅微粉代替普通角形硅微粉已是大势所趋。

在2006年国家制定的“十一五”重大科技发展规划中，正式将“球形硅微粉优化技术和低成本制造技术”列入“先进电子封装技术和关键材料”项目中，作为EMC亟待突破的关键技术之一。

球形二氧化硅微粉的性能

1．1 自然界中的二氧化硅硅占地壳含量的26．7%，仅次于氧，排列第二。

自然界中的硅大部分以硅氧四面体的形式存在，硅氧四面体又以岛状、链状、层状和体状形成各种硅酸盐类矿物。硅是大自然赐给人类的宝物，相对于单晶硅用于大规模集成电路不可替代，二氧化硅用于电子封装也是不可替代的。

1．2 SiO2的特点

热膨胀系数低，化学性能稳定，介电常数低，绝缘性能高，光学性能好，耐热性好，耐酸碱，硬度大。

1．3 SiO2的性能

SiO：折射率为1．47，传输波长范围从0．38～2．1 m，适用于紫外到红外各段波长的传输，带宽、损耗低、色散小。1．55 m波长损耗<0．22dB/km，1．31 m波长损耗<0．34 dB/km。

SiO 熔点1723℃，高温形变点1075oC以上，机械强度高。石英玻璃经lOO0℃高温工艺，制备高温多晶硅TfYr，分辨率更高，体积更小。熔融SiO：在近紫外、近红外、可见光波长段透光性好，其膨胀系数低至6x10-7/%以上。高绝缘性，电阻率达到l0 412·CM 以上。

1．4 球形SiO2 微粉作为电子封装料的特性

流动性好，填充量大；热膨胀系数小，与芯片、框架热匹配好；各向同性，封装质量高；应力集中小，不易产生微裂纹；摩擦系数小，对模具损伤小；不吸潮，元件寿命高；环保，符合WEEE和R·HS指今。

2 、球形SiO2微粉的分类

球形SiO2微粉是一类用途极为广泛的高技术粉体材料。

2．1 按用途分类

(1)用于电子封装材料：包括环氧模塑料(EMC)和液体环氧封装料(FC—BGS/CSP)；

(2)化学机械抛光磨料(CMP)；

(3)用于高温多晶硅、投影仪及背投电视用液晶显示器(HTPS)；

(4)用于涂料、医药、化妆品等领域；

(5)汽车轮胎等行业。

2.2 按生产方法的不同分类

高频等离子法、火焰喷射法、水解法和乳化法等。不同制备方法的比较，见表2。

而我公司产用的是化学法生产球形硅微粉，对装置要求高，纯度高，产量是目前为止所用硅微粉生产方式中最大的一种。而且生产的是全国国内唯一球形度达到99.96%的厂家。如图：

2. 3 按粒度大小分类

一类是中位径0．5um～10u m，采用化学合成法生产。

2. 4 按SiO2微粉中放射性元素U的含量分类

商业中一般将U含量小于1PPb的称作低辐射一10一球形SiO2：微粉；而小于10PPb的则列为一般用途的球形SiOz微粉。

球形硅微粉的应用，市场前景以及产品优势

超细硅微粉具有粒度小、比表面积大、化学纯度高、分散性能好等特点。以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性而在橡胶、涂料、医药、造纸、日化等诸多领域得到广泛应用，并为其相关工业领域的发展提供了新材料的基础和技术保证，享有“工业味精”“材料科学的原点”之美誉。自问世以来，已成为当今时间材料科学中最能适应时代要求和发展最快的品种之一，发达国家已经把高性能、高附加植的精细无机材料作为本世纪新材料的重点加以发展。近年来，计算机市场、网络信息技术市场发展迅猛，CPU集程度愈来愈大，运算速度越来越快，家庭电脑和上网用户越来越多，对计算机技术和网络技术的要求也越来越高，作为技术依托的微电子工业也获得了飞速的发展，PⅢ 、PⅣ 处理器，宽带大容量传输网络，都离不开大规模、超大规模集成电路的硬件支持。 随着微电子工业的迅猛发展，大规模、超大规模集成电路对封装材料的要求也越来越高，不仅要求对其超细，而且要求其有高纯度、低放射性元素含量，特别是对于颗粒形状提出了球形化要求。高纯超细熔融球形石英粉（简称球形硅微粉）由于其有高介电、高耐热、高耐湿、高填充量、低膨胀、低应力、低杂质、低摩擦系数等优越性能，在大规模、超大规模集成电路的基板和封装料中，成了不可缺少的优质材料。

为什么要球形化？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，并且流动性最好，粉的填充量可达到最高，重量比可达90.5%，因此，球形化意味着硅微粉填充率的增加，硅微粉的填充率越高，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，使模具的使用寿命长，因此与普通角形硅微粉粉相比，可以提高模具的使用寿命达一倍，塑封料的封装模具价格很高，有的还需要进口，这一点对封装厂降低成本，提高经济效益也很重要。

球形硅微粉，主要用于大规模和超大规模集成电路的封装上，根据集程度（每块集成电路标准元件的数量）确定是否球形硅微粉，当集程度为1M到4M时，已经部分使用球形粉，8M到16M集程度时，已经全部使用球形粉。250M集程度时，集成电路的线宽为0.25μm，当1G集程度时，集成电路的线宽已经小到0.18μm，目前计算机PⅣ 处理器的CPU芯片，就达到了这样的水平。这时所用的球形粉为更高档的，主要使用多晶硅的下脚料制成正硅酸乙脂与四氯化硅水解得到SiO2，也制成球形其颗粒度为 -（10～20）μm可调。这种用化学法合成的球形硅微粉比用天然的石英原料制成的球形粉要贵10倍，其原因是这种粉基本没有放射性α射线污染，可做到0.02PPb以下的铀含量。当集程度大时，由于超大规模集成电路间的导线间距非常小，封装料放射性大时集成电路工作时会产生源误差，会使超大规模集成电路工作时可靠性受到影响，因而必须对放射性提出严格要求。而天然石英原料达到(0.2～0.4) PPb就为好的原料。现在国内使用的球形粉主要是天然原料制成的球形粉，并且也是进口粉。 一般集成电路都是用光刻的方法将电路集中刻制在单晶硅片上，然后接好连接引线和管角，再用环氧塑封料封装而成。塑封料的热膨胀率与单晶硅的越接近，集成电路的工作热稳定性就越好。单晶硅的熔点为1415℃，膨胀系数为3.5PPM，熔融石英粉的为(0.3～0.5)PPM，环氧树脂的为(30～50)PPM，当熔融球形石英粉以高比例加入环氧树脂中制成塑封料时，其热膨胀系数可调到8PPM左右，加得越多就越接近单晶硅片的，也就越好。而结晶粉俗称生粉的热膨胀系数为60PPM，结晶石英的熔点为1996℃，不能取代熔融石英粉(即熔融硅微粉)，所以中高档集成电路中不用球形粉时，也要用熔融的角形硅微粉。这也是高档球形粉想用结晶粉整形为近球形不能成功的原因所在。80年代日本也走过这条路，效果不行，走不通；10年前，包括现在我国还有人走这条路，从以上理论证明此种方法是不行的。即高档塑封料粉不能用结晶粉取代。是用熔融石英（即高纯石英玻璃），还是用结晶石英，哪一种为原料生产高纯球形石英粉为好？根据试验，专家认为：这个题已经十分清楚，用天然石英SiO2，高温熔融喷射制球，可以制得完全熔融的球形石英粉。用天然结晶石英制成粉，然后分散后用等离子火焰制成的球就是熔融的球，用火焰烧粉制得的球，表面光华，体积也有收缩，更好用，日本提供的这种粉，用X射线光谱分析谱线完全是平的，也是全熔融球形石英粉，而国内电熔融的石英，如连云港的熔融石英光谱分析不定型含量为95%，谱线仍能看出有尖峰，仍有5%未熔融。由此可见，生产球形石英粉，只要纯度能达到要求，以天然结晶石英为原料最好，其生产成本最低，工艺路线更简捷。

球形硅微粉在其他一些重要领域的应用：

① 硅微粉在橡胶制品中的应用 活性硅微粉(经偶联剂处理)填充于天然橡胶、顺丁橡胶等胶料中，粉体易于分散，混炼工艺性能好，压延和压出性良，并能提高硫化胶的硫化速度，对橡胶还有增进粘性的功效，尤其是超细级球形硅微粉，取代部分白炭黑填于胶料中，对于提高制品的物性指标和降低生产成本均有很好作用。-2um达60-70%的球形硅微粉用于出口级药用氯化丁基橡胶瓶塞和用于电工绝缘胶鞋中效果甚佳。 硅微粉在仿皮革制作中作为填充料，其制品的强度、伸长率、柔性等各项技术指标均优于轻质碳酸钙、活性碳酸钙、活性叶蜡石等无机材料作填充剂制作的产品。 硅微粉代替精制陶土、轻质碳酸征等粉体材料应用于蓄电池胶壳，填充量可达65%左右，且工艺性能良好。所获胶壳制品，具有外表平整光滑，硬度大，耐酸蚀，耐电压，热变形和抗冲击等物理机械性能均达到或超过JB3076-82技术指标。

② 硅微粉在塑料制品中的应用 活性硅微粉是聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯等制品理想的增强剂，不仅有较大的填充量，而且抗张强度好。制成母粒，用于聚氯乙烯地板砖中，可提高产品耐磨性。 硅微粉应用于烯烃树脂薄膜其粉体分散均匀，成膜性好，力学性能强，较用PCC做填充料生产的塑膜，阻隔红外线透过率降低10%以上，对农用棚膜应用推广极为在举国。也可用于电线电缆外包皮等领域。

③ 硅微粉在熔制仪器玻璃和玻纤中的应用 由于硅微粉颗粒细小，纯度高，在制玻生产中易熔化、时间短，制品如硼硅仪器玻璃、钠征仪器玻璃、中性器皿等产品的理化性能和外观质量均达到相应标准，与此同时，生产中节能效果特别显著。 再则，依据硅微粉具有粒度细且均匀，比表面积大的特点，用于玻纤直接拉丝新工艺，大大的提高了玻纤配合料的均化程度和加快炉内的玻化速度。拉丝的稳定性优于玻璃球拉丝工艺，且具有显著的节能和降低生产成本效果。作为节能矿物原料，硅微粉应用于陶瓷行业中，对于降低烧成温度和提高成品率等亦收到理想效果。

④ 硅微粉做抛光洗涤磨料效果好 随着现代化技术的发展，对材料的表面处理亦要求更高更精，而磨我们的应用日趋广泛。硅微粉因其颗粒接近圆形，通过超细、分级制备的超微粉，再经改性处理后，是金属件良好的洗涤磨料，如在洗涤轴承中应用，光洁度可达3.0以上，优于显示器的同类产品。 另外用于半导体行业、精密阀门、硬磁盘、磁头的抛光，汽车抛光剂，均有很好的效果

⑤ 硅微粉在涂料中的应用 利用硅微粉特有的功能性，取代沉淀硫酸钡、滑石粉，用于调合漆、底漆、防锈漆等的配制中(加入量6-15%)不仅起到填充增容作用，而且对于提高油漆细度、流平性能、漆膜硬度，缩短涂料研磨时间和油漆的耐水、防锈、防腐性能及颜料的分散性、漆的储存稳定性等效果均为显著。再则，由硅微粉、水、表面活性剂和水按一定比例配置的熔膜涂料，由于其粘度低，无充挂现象使用方便等特点，成为精密铸中的优质涂料。 用于橱柜饰面，具有优异的装饰效果和耐腐蚀性。

⑥ 硅微粉在电器绝缘封装材料中的应用 电工级硅微粉是一种活性硅微粉，用作电器产品环氧树脂绝缘封填料，不仅可大幅度增加填充量而更重要的是对于降低混合料体系的粘度，改善加工性能，提高混合料对高压电器线圈的渗透性，降低固化物的膨胀系数和固化过程中的收缩率，养活混合料与线圈之间的热张差，提高固化物的热、电、机械性能诸方面起到有益作用。

⑦ 车载轮胎在大规格载重车轮胎和轿车高速子午胎的面胶中填充量达到20%以上超微细球形二氧化硅，使轮胎具有良好的防滑、散热、抗磨等特性；由于添加到轮胎轮胎胎面中后可显著降低轮胎滚动阻力，增强抗撕裂性和抗切割性及强度，保持轮胎的抗冰和润滑在性，被称为绿色轮胎。现欧美广泛使用这种轮胎。在其它轮胎和橡胶制品中加入超微球形细硅微粉后，其弹性、韧性强度、耐磨性等都明显优于以常规、普通二氧化硅做填料的轮胎和橡胶制品

⑧ 用于电子组装材料 主要作用是防水、防尘埃、防有害气体、减缓振动、防止外力损伤和稳定电路。电子封装材料中环氧塑封料占80%，有机硅封装材料占20%。在环氧塑封电子材料中填加高纯度超微细和纳米二氧化硅的量达到70～90%以上具有优良的加工性、收缩性小、热膨胀系数小、耐酸碱和溶剂绝缘性好机械性能好等特性。电子工业可用于提取可控硅、工业硅、结晶硅等产品的基本原材料。 硅微粉用于新型塑料中：特别是半透明的塑料膜中，加入超细二氧化硅后，大大提高了透明度强度、韧性、防水性能、蓄能保温性能等。在塑料零部件中加入硅微粉后，其机械性能指标可提高1～3倍。其他：硅微粉用于改性树脂基复合材料中，能全面改善其性能、提高强度、韧性、延伸率、耐磨性、光洁度、抗老化等。硅微粉用于油墨中，由于高纯超细硅微粉具有特殊性能，超微细高纯硅微粉填料具有超常的效果，会使油墨色彩艳丽而发光。

球形硅微粉是由纯净石英粉经先进的工艺加工而成，是用途极为广泛的无机非金属材料。具有介电性能优异、热膨胀系数低、导热系数高、悬浮性能好等优点。因其具有优良的物理性能、极高的化学稳定性、独特的光学性质及合理、可控的粒度分布，从而被广泛应用于光学玻璃、电子封装、电气绝缘、高档陶瓷、油漆涂料、精密铸造、硅橡胶、医药、化装品、电子元器件以及超大规模集成电路、移动通讯、手提电脑、航空航天等生产领域。

现我司拥有ICP-Mass, SEM, Master Sizer 2000, SA3000和离子色谱仪等大型检测设备，确保产品检测分析的需要及质量。中国武汉大学是公司研发和生产技术支撑保障的永久性战略伙伴。

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