球形硅微粉的主要加工工藝和生產設備介紹

文章來源：http://www.dyqzzz.cn 發布時間：2020-03-05 瀏覽次數：177

球形硅微粉主要用于大規模、超大規模和特大規模集成電路的封裝上。微電子工業的迅速發展,對硅微粉提出了越來越高的要求。硅微粉不僅要超細、高純度、低放射性元素含量,而且對顆粒形狀提出了球形化要求。高純熔融球形硅微粉(球形硅微粉)由于其流動性好,表面積小,堆積密度高,填充量可達到較高的填充量,與樹脂攪拌成膜均勻。硅微粉的填充率越高,塑封料的膨脹系數就越小,也就越接近單晶硅的熱膨脹系數,由此生產的電子元器件的使用性能也越好。用球形硅微粉制成的塑封料應力集中小,強度高,球形硅微粉的應力集中僅為角形硅微粉應力集中的60%,因此,球形硅微粉塑封料封裝集成電路芯片時,成品率較高,且運輸和使用過程中不容易產生機械損傷。

球形硅微粉無棱角,因而對模具的磨損小,模具的使用壽命長,塑封料的封裝模具十分精密而且價格很高,使用球形硅微粉塑封料可降低模具成本,提高經濟效益。

目前國外球形硅微粉的生產有:高溫熔融噴射法、氣體火焰法、液相中控制正硅酸乙脂、四氯化硅的水解法等工藝。近年來,國內多家科研單位和企業都在進行球形硅微粉的研究工作,但大都處于試驗室研究階段,尚未真正進入產業化階段。

中國建材國際工程有限公司自20世紀70年代起就致力于我國硅質原料提純技術和資源開發利用的研究工作。為促進我國信息產業的發展,公司也正在進行球形硅微粉的研制工作,并建立了中試試驗室,采用的是氣體燃燒火焰成球法,簡介如下。

2. 1 主要生產設備粉料定量輸送系統、燃氣量控制和混合裝置、氣體燃料高溫火焰噴槍、冷卻回收裝置,下面分別簡要介紹其工作原理。

粉料定量輸送系統:是用氣力輸送的方法將要加工成球形硅微粉的粉料按照規定的給料量連續、均勻地輸送到高溫火焰中。燃氣量控制和混合裝置:可根據火焰溫度、火焰長度和剛度調節、控制燃氣量和助燃氣體量,并將燃氣與助燃氣體充分混合后送到高溫火焰噴槍。

氣體燃料高溫火焰噴槍:是將混合燃料氣體(混合入助燃氣體)和非球形硅微粉物料同時噴出,點火后產生高溫火焰,熔融分散的硅微粉,使之成為球形硅微粉。

冷卻回收裝置:將已被熔融且分散的高溫球形硅微粉,迅速冷卻避免出現析晶現象,并將冷卻后的球形硅微粉在收集器中回收。

2. 2 成球機理

高溫火焰噴槍噴出1600～2000℃的高溫火焰,當粉體進入高溫火焰區時其角形表面吸收熱量而呈熔融狀態,熱量進一步被傳遞到粉體內部,粉體顆粒完全呈熔融狀態。在表面張力的作用下,物體總是要趨于穩定狀態,而球形則是最穩定狀態,從而達到產品成球目的。

粉體顆粒能否被熔融取決于兩方面:一是火焰溫度要高于粉體材料的熔融溫度,這就要選擇合適的氣體燃料;二是保證粉體顆粒熔融所需要的熱量。

2.3 球形硅微粉的原料

氣體燃燒火焰成球法生產球形硅微粉的原料是角形結晶硅微粉或角形熔融硅微粉,但應注意,原料中不能有水分,也不能用經偶聯劑處理的硅微粉作原料,以免影響粉料的輸送和在熔融時產生水汽,影響熔融效果。