中國(guó)粉體網(wǎng)訊  球形硅微粉具有高耐熱、高耐濕、高介電、高填充量、低膨脹、低應(yīng)力、低雜質(zhì)、低摩擦系數(shù)等優(yōu)越性能，在航空、航天、精細(xì)化工、特種陶瓷及日用化妝品等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，并且是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的基板和封裝料中不可缺少的優(yōu)質(zhì)材料。

來(lái)源：聯(lián)瑞新材

球形硅微粉的制備方法

目前，球形硅微粉的制備方法主要包括物理法、化學(xué)法及物理化學(xué)法。其中，物理制備方法主要包括火焰成球法、高溫熔融噴射法、等離子體法、高溫煅燒球形化等；化學(xué)制備方法主要包括氣相法、水熱合成法、自蔓延低溫燃燒法、溶膠-凝膠法、沉淀法和微乳液法等。

火焰成球法

火焰成球法首先要對(duì)高純石英砂進(jìn)行充分的粉碎，并通過(guò)篩分、提純后在燃?xì)?氧氣環(huán)境下放置石英微粉，通過(guò)高溫熔融和冷卻成球后可獲得高純度球形硅微粉�；鹧娉汕蚍ㄖ苽淝蛐喂栉⒎鄄挥每紤]電磁場(chǎng)內(nèi)離子流動(dòng)等現(xiàn)象，生產(chǎn)工藝更加簡(jiǎn)單，有利于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，發(fā)展前景較好。

高溫熔融噴射法

高溫熔融噴射法是把物料置于高溫場(chǎng)中將其熔化使之成為熔融體，在熔融體流出的瞬間，以通過(guò)噴霧器的高壓空氣進(jìn)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(wú)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)沒(méi)有突破，用于制造高純球形硅微粉難度很大。

高溫等離子體熔融法

高溫等離子體熔融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(diǎn)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(chǎng)，高溫高熱和高活性氣氛使化學(xué)反應(yīng)進(jìn)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(shí)，經(jīng)急驟冷卻，粒子不再長(zhǎng)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。

但等離子體技術(shù)難度很大，首先，等離子體溫度場(chǎng)受等離子體的磁性、電性能影響，溫度場(chǎng)小而集中，加熱裝置穩(wěn)定的高溫場(chǎng)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(guò)電離的氣體介質(zhì)實(shí)現(xiàn)的，過(guò)多地稀釋等離子體就會(huì)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)。

氣相法

氣相法是氣相二氧化硅通過(guò)氯硅烷在氫氧焰中高溫水解縮聚而生成二氧化硅粒子，然后經(jīng)過(guò)驟冷，顆粒驟聚、氣固分離、脫酸等后處理工藝而獲得。這種方法制備的球形硅微粉在純度上比較高，其粒徑在15nm~35nm之間，比表面積為65m2/g~355m2/g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)也超過(guò)了99.9%，但是在有機(jī)物中很難分散，容易為環(huán)境帶來(lái)污染。

沉淀法

沉淀法制備球形硅微粉是以水玻璃和酸化劑為原料，適時(shí)加表面活性劑同時(shí)控制反應(yīng)溫度，在溶液達(dá)到一定pH值時(shí)加入穩(wěn)定劑，所得沉淀經(jīng)洗滌、干燥、煅燒后即得到納米球形硅微粉。用沉淀法的制備球形硅微粉粒徑非常均勻，成本很低，工藝流程簡(jiǎn)單，容易控制，能夠在工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用，不過(guò)缺陷是可能會(huì)發(fā)生團(tuán)聚的問(wèn)題。

水熱合成法

水熱合成法一般是在高溫150℃~350℃高溫與高氣壓條件下，讓無(wú)機(jī)、有機(jī)化合物與水化合，通過(guò)強(qiáng)烈對(duì)流讓離子、分子、離子團(tuán)等進(jìn)入放有籽晶的生長(zhǎng)區(qū)，最終獲得過(guò)飽溶液與結(jié)晶。對(duì)無(wú)機(jī)物進(jìn)行過(guò)濾、洗滌和干燥能夠形成超細(xì)、高純的微粒子。通過(guò)水熱合成法制備球形硅微粉，省去了一般液相合成法需通過(guò)煅燒轉(zhuǎn)換成氧化物的過(guò)程，降低了硬團(tuán)聚的形成幾率。

溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是指將含高化學(xué)活性組分的化合物經(jīng)過(guò)溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)熱處理形成氧化物或其他化合物固體的方法。溶膠-凝膠法制備二氧化硅微球往往采用硅酸酯（TMOS和TEOS等）作為硅源，以醇為溶劑，在酸性或堿性條件下硅酸酯首先經(jīng)過(guò)水解、縮合化學(xué)反應(yīng)過(guò)程形成穩(wěn)定的二氧化硅溶膠體系，溶膠再經(jīng)陳化逐漸形成凝膠，凝膠經(jīng)過(guò)干燥、燒結(jié)固化后最終得到球形二氧化硅粉體材料。

微乳液法

微乳液法是利用兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成均勻的乳液，使成核、生產(chǎn)、聚結(jié)、團(tuán)聚等過(guò)程局限在一個(gè)微小的球形液滴內(nèi)，從乳液中析出固相，形成球形顆粒。

球形硅微粉的市場(chǎng)現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)向高集成度、高密度和小型化方向快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的環(huán)氧塑封料中球形硅微粉的需求越來(lái)越大，要求也越來(lái)越高。用于集成電路封裝的環(huán)氧塑封料中的硅微粉用量一般占70～90wt%，當(dāng)集成度為1～4M時(shí)，要求加入部分球形硅微粉；而集成度為8～16M時(shí)，則要求必須全部使用球形硅微粉。

來(lái)源：益新科技

由于日本、美國(guó)等國(guó)外生產(chǎn)廠商對(duì)球形硅微粉的專用生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)實(shí)行壟斷和封鎖，導(dǎo)致我國(guó)高端球形硅微粉長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，相關(guān)國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)研發(fā)進(jìn)展較緩慢。日本公司在硅微粉市場(chǎng)特別是技術(shù)壁壘更高的電子級(jí)硅微粉市場(chǎng)技術(shù)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富，具備先發(fā)優(yōu)勢(shì)。其中日本龍森公司、日本電化株式會(huì)社、日本新日鐵三家公司在全球球形硅微粉市場(chǎng)的份額達(dá)到70%，日本雅都瑪公司壟斷了1微米以下的球形硅微粉市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)具有代表性的球形硅微粉企業(yè)包括聯(lián)瑞新材、壹石通、華飛電子、錦藝新材、益新科技等。

球形硅微粉作為一種功能性工業(yè)材料，市場(chǎng)應(yīng)用前景十分廣闊，行業(yè)發(fā)展空間巨大。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)微電子工業(yè)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)環(huán)氧塑封用球形硅微粉的要求與日俱增。面對(duì)高質(zhì)量球形硅微粉巨大的市場(chǎng)需求，加快速度突破國(guó)外對(duì)高檔球形硅微粉生產(chǎn)技術(shù)的長(zhǎng)期壟斷，研發(fā)國(guó)產(chǎn)化的高純、超細(xì)球形硅微粉的生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)球形硅微粉產(chǎn)品的大規(guī)模國(guó)產(chǎn)化具有重要意義。

參考來(lái)源：

陳榮芳等.納米球形二氧化硅的制備工藝進(jìn)展

郭倩等.溶膠-凝膠法制備二氧化硅微球研究進(jìn)展概述

胡修權(quán)等.我國(guó)球形石英粉開發(fā)狀況及發(fā)展思考

謝強(qiáng)等.火焰熔融法制備電子封裝用球形硅微粉制備與表征

李勇等.球形硅微粉制備方法與應(yīng)用研究

中泰證券.聯(lián)瑞新材：硅微粉龍頭引領(lǐng)國(guó)產(chǎn)替代，球形氧化鋁打開成長(zhǎng)空間

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

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