中國粉體網(wǎng)訊 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(jīng)高溫熔融、冷卻后的非晶態(tài)SiO2）經(jīng)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(shù)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(zhì)含量低，性能穩(wěn)定，電絕緣性能優(yōu)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(huán)氧樹脂固化反應(yīng)的放熱峰值溫度，降低固化物的線膨脹系數(shù)和收縮率，從而消除固化物的內(nèi)應(yīng)力，防止開裂。
（3）抗腐蝕性：硅微粉不易與其他物質(zhì)反應(yīng)，與大部分酸、堿不起化學(xué)反應(yīng)，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(xiàn)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(dǎo)熱系數(shù)，增加阻燃性能。
（5）經(jīng)硅烷偶聯(lián)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(jié)團(tuán)現(xiàn)象。
（6）硅微粉作為填充料，加進(jìn)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(chǎn)品成本。
在覆銅板中的應(yīng)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(dǎo)性、熱穩(wěn)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(wěn)定性，降低板材的熱膨脹率，改善覆銅箔板的介電常數(shù)。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(yè)的應(yīng)用日趨廣泛。
（圖源：pixabay）
國內(nèi)知名的覆銅板企業(yè)金安國紀(jì)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(yīng)用情況。
超細(xì)結(jié)晶型硅微粉
目前應(yīng)用在覆銅箔板上的超細(xì)硅微粉平均粒徑在1-10微米，隨著電子產(chǎn)品的基板向超薄化方向發(fā)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(xì)填料，考慮到填料在樹脂中的分散性和上膠工藝的要求，結(jié)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(huán)氧樹脂混合時結(jié)團(tuán)，以及過小的填料粒徑導(dǎo)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(jīng)高溫熔煉，冷卻后的非晶態(tài)二氧化硅作為主要原料，再經(jīng)獨特工藝加工而成的微粉。其分子結(jié)構(gòu)排列由有序排列轉(zhuǎn)為無序排列。由于具有較高的純度，呈現(xiàn)出極低的線膨脹系數(shù)、良好的電磁輻射性、耐化學(xué)腐蝕等穩(wěn)定的化學(xué)特性，常應(yīng)用于高頻覆銅箔板的生產(chǎn)。隨著高頻通信技術(shù)的發(fā)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(fù)合型硅微粉
復(fù)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(jīng)過復(fù)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(fù)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(shù)、彎曲強度、尺寸穩(wěn)定等性能，是一種綜合性能比較優(yōu)良的填料。目前國內(nèi)許多覆銅箔板廠家已開始使用復(fù)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(guī)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(yīng)力低、堆比重小的球形硅微粉材料，它添加于覆銅箔板生產(chǎn)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(huán)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(jìn)一步提高覆銅箔板的耐濕熱性能和可靠性。而目前國產(chǎn)的活性硅微粉產(chǎn)品，因其只用硅偶聯(lián)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(tuán)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(lián)劑對粉體的包裹均勻，從而能使環(huán)氧樹脂能與硅微粉達(dá)到理想的結(jié)合效果，因此硅微粉的改性處理是覆銅箔板生產(chǎn)廠家與粉體生產(chǎn)廠家共同研究的課題，一旦解決難題，覆銅箔生產(chǎn)用硅微粉將有一個較大的增量。
在高端環(huán)氧樹脂灌封料中的應(yīng)用
環(huán)氧樹脂灌封料在電子器件制造業(yè)的灌封過程中應(yīng)用非常普遍。其中灌封就是借助灌封材料把構(gòu)成電器件的各部分按規(guī)定要求進(jìn)行合理布置、組裝、鍵合、連接、密封和保護(hù)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(nèi)部元件、線路間絕緣，避免電子器件內(nèi)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(huán)氧樹脂灌封料的常用填料之一，對改進(jìn)環(huán)氧樹脂的某些物理性能具有明顯的作用，例如在環(huán)氧樹脂灌封料中加入活性硅微粉，可大大提高環(huán)氧樹脂灌封料的抗沖擊性能、降低環(huán)氧樹脂灌封料的黏度。為了使環(huán)氧樹脂和硅微粉能夠更好地融合，就要對硅微粉進(jìn)行表面改性，改性的目的就是通過偶聯(lián)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(zhì)，浸潤性好，從而增強硅微粉與環(huán)氧樹脂界面之間的結(jié)合力。
（圖源：河南有色金源實業(yè)有限公司）
國內(nèi)某日資企業(yè)，作為高端灌封料的領(lǐng)導(dǎo)者，對硅微粉的質(zhì)量要求非�？量�。該企業(yè)生產(chǎn)的一種用于汽車行業(yè)的高端灌封料中所使用的硅微粉需具有以下性質(zhì)：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?jǐn)嚢韬?4h不沉降。該企業(yè)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(chǎn)替代。該企業(yè)從國內(nèi)市場收集了很多800目的硅微粉，一一進(jìn)行對照，最后僅選定了河南一家公司的產(chǎn)品，該產(chǎn)品可以完美地替代進(jìn)口硅微粉。
上述產(chǎn)品的原材料來自河南南部的石英礦。相比其他地區(qū)的原料，該地石英礦質(zhì)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(chǎn)需要。同時該公司采用獨特的氣流粉碎工藝和嚴(yán)格的粉料篩選工藝，保證了產(chǎn)品內(nèi)雜質(zhì)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(zhì)污染和后續(xù)篩選工藝落后導(dǎo)致的粒徑分布分散的問題，從而使利用該硅微粉產(chǎn)品作為填充料的灌裝料顏色透明，均勻性好，沉降性優(yōu)良，粘度適中。
在環(huán)氧塑封料中的應(yīng)用
環(huán)氧模塑料（EMC），又稱為環(huán)氧樹脂模塑料、環(huán)氧塑封料，是以環(huán)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(huán)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(dǎo)體芯片包埋，同時完成交聯(lián)固化成型，形成具有一定結(jié)構(gòu)外型的半導(dǎo)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(huán)氧模塑料重量比達(dá)70%～90%。
球形硅微粉作為大規(guī)模集成電路封裝材料的關(guān)鍵材料，可用于芯片封裝的環(huán)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(huán)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(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)差距縮小，有利于進(jìn)一步降低電子器件的熱應(yīng)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(shù)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(guī)模集成電路的封裝填料要求硅微粉呈球形、超細(xì)及高純度。
（圖源：壹石通）
隨著國內(nèi)微電子工業(yè)的高速發(fā)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(shù)、關(guān)鍵裝置設(shè)備申請了專利保護(hù)，對工藝裝備核心部位采用封閉式管理，我國所需要的高質(zhì)量球形硅微粉部分還依賴進(jìn)口。面對高質(zhì)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(chǎn)技術(shù)的長期壟斷，研發(fā)國產(chǎn)化的高純、超細(xì)球形硅微粉的生產(chǎn)工藝設(shè)備及技術(shù)是國內(nèi)粉體材料研究的熱點之一。
參考來源：
金安國紀(jì)科技（杭州）有限公司葉致遠(yuǎn)：覆銅箔板中硅微粉的應(yīng)用
河南有色金源實業(yè)有限公司張繼普等：高端環(huán)氧樹脂灌封料所用硅微粉的研究
中節(jié)能（達(dá)州）新材料有限公司謝強等：火焰熔融法制備電子封裝用球形硅微粉制備與表征
中國工程物理研究院陳偉民：硅微粉對環(huán)氧樹脂灌封工藝及性能的影響探討
成都理工大學(xué)雷燕：石英硅微粉制備絕緣灌注膠的基礎(chǔ)研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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