中國(guó)粉體網(wǎng)訊 硅微粉（SiO2）是一種無味、無毒、無污染的無機(jī)非金屬材料。近年來球形硅微粉成為了國(guó)內(nèi)粉體研究中的一個(gè)熱點(diǎn)內(nèi)容。球形硅微粉在大規(guī)模集成電路封裝、航工航天、涂料、醫(yī)藥及日用化妝品等領(lǐng)域應(yīng)用較多，是一種不可替代的重要填料。
圖片來源：聯(lián)瑞新材
1 球形硅微粉特性
球形硅微粉為白色粉末，純度比較高，顆粒很細(xì)，具有良好的介電性能與導(dǎo)熱率，并具備膨脹系數(shù)低、高耐熱、高耐濕、高填充量、低膨脹、低應(yīng)力、低雜質(zhì)、低摩擦系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。與角形硅微粉相比，球形硅微粉具有以下優(yōu)點(diǎn)。
(1)球的表面流動(dòng)性好，與樹脂攪拌成膜均勻，使得樹脂的添加量小，硅微粉的填充量達(dá)到最高，因此球形化意味著硅微粉填充率的增加，而硅微粉的填充率越高，其熱膨脹系數(shù)就越小，導(dǎo)熱系數(shù)也越低，也就越接近單晶硅的熱膨脹系數(shù)，由此生產(chǎn)的電子元器件的使用性能也越好。
(2)與角形硅微粉制成的塑封料相比，球形的塑封料應(yīng)力集中最小、強(qiáng)度最高，當(dāng)角形粉的塑封料應(yīng)力集中為1時(shí)，球形粉的應(yīng)力僅為0.6。由此制成的微電子器件成品率高，便于運(yùn)輸、安裝，并且在使用過程中不易產(chǎn)生機(jī)械損傷。
(3)相比于角形硅微粉，球形粉摩擦系數(shù)小，對(duì)模具的磨損小，使得模具的使用壽命可提高一倍。
2 球形硅微粉發(fā)展現(xiàn)狀
世界上只有中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、日本等少數(shù)國(guó)家具備硅微粉生產(chǎn)能力。我們國(guó)家盛產(chǎn)石英并且礦源分布廣泛，全國(guó)范圍內(nèi)的大小硅微粉廠近百家，但基本上都屬于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。由于國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、品種單一，采用非礦工業(yè)的常規(guī)加工設(shè)備，在工藝過程中缺乏系統(tǒng)的控制手段，很多企業(yè)硅微粉產(chǎn)品的純度、粒度以及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，難以與進(jìn)口產(chǎn)品抗衡。
目前，高端的球形硅微粉生產(chǎn)企業(yè)主要有：日本龍森公司、電化株式會(huì)社、日本新日鐵公司、日本雅都瑪公司等，國(guó)內(nèi)企業(yè)包括聯(lián)瑞新材和浙江華飛電子基材有限公司。電化株式會(huì)社、日本龍森公司和日本新日鐵公司三家企業(yè)合計(jì)占據(jù)了全球球形硅微粉70%的市場(chǎng)份額，日本雅都瑪公司則壟斷了1微米以下的球形硅微粉市場(chǎng)。
3 球形硅微粉制備方法
目前國(guó)內(nèi)外制備球形硅微粉的方法有物理法和化學(xué)法。物理法主要有火焰成球法、高溫熔融噴射法、自蔓延低溫燃燒法、等離子體法、和高溫煅燒球形化等；化學(xué)方法主要有氣相法、水熱合成法、溶膠-凝膠法、沉淀法、微乳液法等。
3.1火焰成球法
火焰成球法的工藝流程為：首先對(duì)高純石英砂進(jìn)行粉碎、篩分和提純等前處理，然后將石英微粉送入燃?xì)?氧氣產(chǎn)生的高溫場(chǎng)中，進(jìn)行高溫熔融、冷卻成球，最終形成高純度球形硅微粉。
火焰成球法生產(chǎn)工藝更加簡(jiǎn)單，有利于進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，發(fā)展前景較好。通過火焰成球法制備的球形硅微粉可以符合集成電路封裝需求。
3.2高溫熔融噴射法
高溫熔融噴射法是將高純度石英在2100-2500℃下熔融為石英液體，經(jīng)過噴霧、冷卻后得到的球形硅微粉，其表面光滑，球形化率和非晶形率均可達(dá)到100％。高溫熔融噴射法易保證球化率和無定形率，但該技術(shù)的難度是高溫材料，粘稠的石英熔融液體的霧化系統(tǒng)以及解決防止污染和進(jìn)一步提純的問題。
3.3氣相法
氣相法是以硅鹵烷作為原料，在高溫條件下水解制備得到超細(xì)球形二氧化硅微粉。經(jīng)水解反應(yīng)的二氧化硅分子互相凝集形成球形顆粒，這些顆粒互相碰撞融合形成聚集體，這些聚集體便凝聚形成球形粉體。
該方法制備的產(chǎn)品中HCl等雜質(zhì)含量高，pH低，不能作為主材料應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，只能少量加入，調(diào)整黏度、增加強(qiáng)度等功能，另外原料昂貴，設(shè)備要求較高，技術(shù)較復(fù)雜。
3.4化學(xué)沉淀法
沉淀法制備硅微粉是以水玻璃和酸化劑為原料，適時(shí)加入表面活性劑，控制反應(yīng)溫度，在沉淀溶液pH值為8時(shí)加入穩(wěn)定劑，所得沉淀經(jīng)洗滌、干燥、煅燒后形成硅微粉。沉淀法生成的硅微粉粒徑均勻且成本低，工藝易控制，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，但存在一定的團(tuán)聚現(xiàn)象。
3.5水熱合成法
水熱合成法是液相制備納米粒子的一種常用方法,一般在100-350℃溫度和高氣壓環(huán)境下，使無機(jī)和有機(jī)化合物與水化合，利用強(qiáng)烈對(duì)流(釜內(nèi)上下部分的溫度差而在釜內(nèi)溶液產(chǎn)生)將這些離子、分子或離子團(tuán)被輸運(yùn)到放有籽晶的生長(zhǎng)區(qū)(即低溫區(qū))形成過飽和溶液,繼而結(jié)晶。得到的無機(jī)物再經(jīng)過濾、洗滌和干燥，最終得到高純、超細(xì)的微粒子。
水熱法的可直接生成氧化物，避免了一般液相合成法需要經(jīng)過鍛燒轉(zhuǎn)化成氧化物這一步驟，從而降低了硬團(tuán)聚的形成幾率。
4 球形硅微粉應(yīng)用領(lǐng)域
4.1電子與電器行業(yè)
電子器件通常采用環(huán)氧塑封料（EMC）進(jìn)行封裝，而硅微粉作為常規(guī)用途的優(yōu)良填充料，可以使環(huán)氧塑封料獲得高性價(jià)比。球形硅微粉則因其高填充、高流動(dòng)、低磨損、低應(yīng)力的特性大量用于高端半導(dǎo)體器件封裝。特別是精確控制粗大粒子的球形硅微粉，還可用于窄間隙封裝的環(huán)氧塑封料，以及底部填充劑（Underfiller）、球形封裝(Globetop)等液體封裝樹脂的填充料和各種樹脂基板(Substrate)用填料。
電子與電器產(chǎn)品中的電源等組件常采用環(huán)氧或有機(jī)硅的電子灌封膠進(jìn)行固封。結(jié)晶硅微粉、熔融硅微粉、球形硅微粉可以根據(jù)熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性、粘度、成本等多方面的考量進(jìn)行選用作為灌封膠填料。
4.3蜂窩陶瓷
汽車尾氣凈化用蜂窩陶瓷載體和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣凈化用堇青石材料的汽車尾氣過濾器DPF(Diesel Particulate Filter)，以氧化鋁、硅微粉等多種材料經(jīng)混合、擠出成型、干燥、燒結(jié)等加工制得。球形硅微粉可以提高蜂窩陶瓷制品成型率、穩(wěn)定性。
4.4油漆與涂料
球形硅微粉可以為涂料應(yīng)用在耐刮擦、流平性、透明度、耐候性等方面帶來優(yōu)異的性能表現(xiàn)，其中包括裝飾漆、木器漆、粉末涂料、防腐涂料、地坪涂料等。
4.5膠黏劑
球形硅微粉可以用于風(fēng)電葉片及類似大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的粘接用膠、建筑結(jié)構(gòu)膠等膠黏劑領(lǐng)域，使得膠黏劑具有適當(dāng)?shù)恼扯取?yōu)異的觸變性和抗流掛性，粘接強(qiáng)度高、抗疲勞。
4.6尖端應(yīng)用領(lǐng)域
亞微米球形硅微粉非常適合降低各種樹脂和油漆的粘度，以及改善流動(dòng)性，減少毛邊等用途，廣泛適用于半導(dǎo)體封裝用各種樹脂的流動(dòng)性助長(zhǎng)以及毛邊減少的添加劑、炭粉外添劑、硅橡膠填充料、燒結(jié)材料和助劑、液體封裝材料用填料、各種樹脂填料、樹脂基板、窄間隙用途。
參考來源：
【1】李勇，等.球形硅微粉制備方法與應(yīng)用研究.
【2】李曉東，等.亞微米球形硅微粉的制備技術(shù)研究進(jìn)展.新技術(shù)新工藝.2020.
【3】江蘇聯(lián)瑞新材料股份有限公司
【4】李建德，等.X射線衍射法分析球形二氧化硅微粉中α態(tài)晶體二氧化硅含量.廣東化工.2021.
【5】阮建軍. 球形硅微粉的研究進(jìn)展.科技視界.
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)請(qǐng)告知?jiǎng)h除！
