中國粉體網(wǎng)訊 硅微粉是以結(jié)晶石英、熔融石英等為原料，經(jīng)研磨、精密分級(jí)、除雜等多道工藝加工而成的二氧化硅粉體材料；球硅指球體形態(tài)的二氧化硅粉體，球形硅微粉具有高耐熱、高絕緣、高填充量、低膨脹、低介電常數(shù)、低摩擦系數(shù)且耐酸堿等優(yōu)越性能，在集成電路封裝、IC基板、航空航天、建筑建材等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。
來源：日本龍森公司
球形硅微粉的兩大應(yīng)用
覆銅板
來源：生益科技
隨著電子行業(yè)的快速發(fā)展，覆銅板（CCL）作為電子電路的基礎(chǔ)材料，其性能要求越來越高。特別是在高頻、高速、高可靠性電子產(chǎn)品中，覆銅板的耐熱性能成為影響其使用壽命和可靠性的關(guān)鍵因素，直接關(guān)系到電子產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。
硅微粉具有良好的填充性能、電絕緣性能和熱穩(wěn)定性，將其添加到覆銅板中，可以有效提高基板的耐熱性。二氧化硅的形狀是決定填充量的重要因素之一。與角形二氧化硅相比，球形二氧化硅具有更高的堆積密度和均勻的應(yīng)力分布，因此可增加體系的流動(dòng)，與其他種類硅微粉相比，球形二氧化硅填充性、熱膨脹性、磨損性等方面均具有較大的優(yōu)勢。
環(huán)氧塑封料
來源：上海希投實(shí)業(yè)
環(huán)氧塑封料是電子產(chǎn)品中用來封裝芯片的關(guān)鍵材料，行業(yè)發(fā)展與集成電路保持良好的一致性。由于純的環(huán)氧樹脂具有高的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，存在質(zhì)脆、耐熱性不夠好、抗沖擊韌性差等缺點(diǎn)，因此需要添加耐熱和強(qiáng)固化效果的填充料，硅微粉就是常用的填料之一。目前常見的環(huán)氧塑封料的主要組成為填充料（主要用硅微粉，占比60%~90%）、環(huán)氧樹脂（18%以下）、固化劑（9%以下）、添加劑（3%左右）。
球形硅微粉具有以下特點(diǎn)：第一，球形硅微粉的主成分SiO2含量能達(dá)到99.9%以上，這使得球形硅微粉在使用過程中性能穩(wěn)定，保障了環(huán)氧塑封料的可靠性；第二，球形硅微粉的球形度通常在0.93以上，整體球化率在90%以上，這使得球形硅微粉在加入環(huán)氧塑封料后對(duì)塑封料體系粘度的影響減小，流動(dòng)性更好；第三，球形硅微粉的導(dǎo)熱系數(shù)較高、線性熱膨脹系數(shù)低、介電性能優(yōu)異，表現(xiàn)為綜合性能突出，這對(duì)于環(huán)氧塑封料的品質(zhì)有十分重要的影響。
除覆銅板和環(huán)氧塑封料兩大應(yīng)用領(lǐng)域之外，球形硅微粉還可以作為填料添加在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中，提高蜂窩陶瓷制品成型率、穩(wěn)定性；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)膠等膠黏劑同樣應(yīng)用硅微粉作為重要原材料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、抗疲勞等特點(diǎn)；此外，由于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，廣泛適用于半導(dǎo)體封裝用各種樹脂的流動(dòng)性助長以及毛邊減少的功能添加劑、炭粉外添劑、硅橡膠填充料、燒結(jié)材料和助劑等用途。
球形硅微粉的三大工藝
高性能球形硅微粉生產(chǎn)工藝流程圖
在實(shí)際應(yīng)用中，由于制備原理路徑的不同，球形硅微粉的基礎(chǔ)性能也有較大差異。目前市場中能夠達(dá)到量產(chǎn)條件的球形硅微粉主要有三種技術(shù)路徑，即火焰熔融球形硅微粉，直燃/VMC法球形硅微粉和化學(xué)合成球形硅微粉。
火焰熔融法
以角形硅微粉為原料，對(duì)其進(jìn)行粉碎、篩分、提純等前處理，即將角形硅微粉通過氣流破碎機(jī)破碎，經(jīng)過多級(jí)預(yù)處理后，篩分到合適粒徑；采用乙炔、天然氣等氣體作為熔融粉體的熱源，其火焰潔凈無污染，將合適粒徑的角形硅微粉采用高溫火焰熔融法將其高溫瞬間熔化，并快速冷卻球化成形，得到高純度且粒徑均勻的球形硅微粉。目前國內(nèi)主流廠商制備的球形硅微粉主要原理為火焰熔融制備。
火焰法制備球形硅微粉
代表企業(yè)：日本電化學(xué)株式會(huì)社、日本龍森公司、日本雅都瑪、聯(lián)瑞新材、錦藝新材、益新科技。
日本電化學(xué)株式會(huì)社公司的電化熔融硅石(DF)球狀(FB·FBX)產(chǎn)品是將粉碎的原料硅石在高溫的火焰中熔融，利用表面張力而球狀化的熔融硅石；日本雅都瑪?shù)腁DMAFUSE是平均粒徑為5至30μm的球形無定形二氧化硅產(chǎn)品，采用熔融法生產(chǎn)。在熔融法中，破碎的二氧化硅晶體被裝入熔化爐中，以允許通過表面張力形成球體；聯(lián)瑞新材通過十余年的研究開發(fā)掌握的高溫球化技術(shù)，攻克了火焰法制備電子級(jí)球形硅微粉過程中的粘壁、積炭、粘聚等一系列技術(shù)難題和瓶頸；錦藝新材在行業(yè)成熟的火焰熔融球化工序基礎(chǔ)上，通過自主形成的火焰熔融原料的干粉超分散技術(shù)、球形粉體級(jí)配、針對(duì)性改性等技術(shù)，同時(shí)優(yōu)化火焰熔融產(chǎn)線，形成了具有一定性能優(yōu)勢的體系化火焰熔融球硅技術(shù)。
直燃/VMC法
由于火焰熔融球硅屬于天然礦物粉體熔融球化，因此在純度和粒徑分布方面存在一定限制，少數(shù)國外領(lǐng)先企業(yè)采用VMC制備方法，即通過金屬硅粉直接與氧氣反應(yīng)，從而制備純度較高、粒度小、粒徑分布相對(duì)可控的二氧化硅微球。
直燃法生產(chǎn)球硅原理
來源：日本雅都瑪
代表企業(yè)：日本雅都瑪、錦藝新材。
VMC法最初由日本雅都瑪開發(fā)。它利用金屬粉末的爆燃來產(chǎn)生球形氧化物顆粒，當(dāng)金屬粉末撒在氧氣流中并點(diǎn)燃時(shí)，由于反應(yīng)熱，產(chǎn)生的氧化物會(huì)變成蒸汽或液體。冷卻后，會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的氧化物顆粒，即“ADMAFINE球形顆粒”；錦藝新材BQ系列球硅產(chǎn)品為單質(zhì)硅經(jīng)燃燒、氣化凝結(jié)而成，再經(jīng)提純、超細(xì)分級(jí)、表面處理等工藝制造而成。公司與供應(yīng)商合作研發(fā)，依托該相關(guān)原理制得相關(guān)球硅原粉，并且通過燃燒器和冷凝器的特殊設(shè)計(jì)，有效解決球化過程中空心球較多的問題。
化學(xué)合成法
化學(xué)合成法包括氣相法、沉淀法、水熱合成法、溶膠-凝膠法等，化學(xué)合成法球形硅微粉由于既有合成路徑及后端加工技術(shù)水平的限制，業(yè)內(nèi)僅有少數(shù)廠商能夠在較高水平下穩(wěn)定保證顆粒分散度、球化率和表面光滑程度等技術(shù)指標(biāo)。
化學(xué)合成法球硅制備技術(shù)
來源：錦藝新材招股說明書
代表企業(yè)：錦藝新材。
錦藝新材SE系列球硅產(chǎn)品經(jīng)過化學(xué)合成、表面處理、超細(xì)分級(jí)等多種工藝制造而成。公司自主形成自主形成的梯度煅燒和高壓解聚技術(shù)和高效合成技術(shù)。
結(jié)語
全球高性能球形硅微粉一度被日企壟斷，從市場競爭格局來看，目前占據(jù)全球高端球形硅微粉市場技術(shù)高地的企業(yè)主要還是日系廠商，技術(shù)水平先進(jìn)、產(chǎn)品布局完善的內(nèi)資廠商較少。與此同時(shí)，國內(nèi)企業(yè)也正在發(fā)力，不斷進(jìn)行研發(fā)，攻克技術(shù)難題，掌握了自己獨(dú)特的球形硅微粉制備路線，提升了國內(nèi)球形硅微粉產(chǎn)品的競爭力。
參考來源：
王路喜等.改性硅微粉對(duì)覆銅板耐熱性及其應(yīng)用研究
柴頌剛等.球形二氧化硅在覆銅板中的應(yīng)用
曹宇等.功能化球形氧化硅制備及其在環(huán)氧塑封料中的應(yīng)用性能研究
陳獨(dú)旭.球形硅微粉改性對(duì)環(huán)氧塑封料性能影響的研究
聯(lián)瑞新材、錦藝新材招股說明書、各公司官網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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