球形石英粉制備技術及行業生產現狀！

文章來源：http://www.dyqzzz.cn 發布時間：2020-04-11 瀏覽次數：148

球形石英粉制備技術及行業生產現狀！

球形石英粉又稱球形硅微粉,是指顆粒個體呈球形,主要成分為二氧化硅的無定形石英粉體材料。

球形石英粉主要用于大規模集成電路封裝中覆銅板以及環氧塑封料填料,在航空航天、精細化工和日用化妝品等高新技術領域也有應用。

1、石英粉為什么要球形化?

(1)球的表面積最小,各向同性好,與樹脂攪拌成膜均勻,樹脂添加量小,并且流動性最好,粉的填充量可達到最高,質量比可達90.5%,因此,球形化意味著硅微粉填充率的增加。

硅微粉的填充率越高,塑封料的熱膨脹系數就越小,導熱系數也越低,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。

(2)球形粉制成的塑封料應力集中最小,強度最高,當角形粉的塑封料應力集中為1時,球形粉的應力僅為0.6,因此,球形粉塑封料封裝集成電路芯片時,成品率高,并且運輸、安裝、使用過程中不易產生機械損傷。

(3)球形粉摩擦系數小,對模具的磨損小,使模具的使用壽命長。與角形粉相比,可以提高模具的使用壽命達一倍,塑封料的封裝模具價格很高,有的還需要進口,這一點對封裝廠降低成本,提高經濟效益也十分重要。

(4)硅微粉本身就有增強環氧樹脂的作用,而球形粉可以增強這個功用。

2、球形石英粉制備技術

球形石英粉制備方法主要有火焰熔融法、等離子加熱爐法、化學合成法、水解法等。

(1)火焰熔融法

目前,國內各生產廠家主要利用火焰熔融的方法來實現石英粉球形化的量產。該技術的關鍵是加熱裝置要求有穩定的溫度場、易于調節溫度范圍以及不要對石英粉造成二次污染。

主要生產設備包括: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、冷卻回收裝置等。

粉料定量輸送系統:將待加工成球形石英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)和非球形石英粉物料同時噴出,點火后產生高溫火焰,熔融分散的石英粉使之成為球形石英粉。

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

其成球原理為: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。在火焰溫度一定的情況下,不同粒徑的粉體顆粒達到熔融所需要的熱量是不同的,而吸收熱量的多少與粉體顆粒在火焰中的時間成正比,因此可得到粉體顆粒在火焰中達到熔融所需要的時間與其粒徑的關系。

t=β?ω?d

式中t為粉體顆粒在火焰中達到熔融所需要的時間;β為材料的相關系數,如比熱、導熱系數、密度等;ω為火焰的相關系數;d為粉體顆粒粒徑。

根據粉體顆粒在火焰中達到熔融所需要的時間和粉體顆粒在火焰中的速度,得到所需火焰的長度尺寸,通過調節燃氣量控制裝置達到要求。

(2)等離子加熱爐法

熱等離子體也叫局部熱力學平衡等離子體,其主要特征是等離子體中局部的電子溫度(Te)、離子溫度(Ti)以及氣體溫度(Tg)幾乎一致。電弧等離子體、高頻等離子體以及感應等離子體都屬于熱等離子體。

采用高頻等離子體熔融法制備球形石英粉,溫度范圍適中、控制平穩、產量高,可達到較高球化率,因而是一種較合適的生產方法。其原理與工藝與火焰熔融法類似,主要是將高溫熱源變為等離子體發生器。

工作氣為壓縮空氣,工作氣量為10m3/h。高頻等離子體發生器輸入功率為100kW,產生4000℃-7000℃的高溫氣體作為熱源,將二氧化硅粉體通過給料器從頂部輸送到等離子反應爐弧區內,粉體受熱熔化和氣化,經特制的驟冷器進行淬冷,再經重力收集,旋風收集(微米級)和布袋集塵(納米級),在1s-2s內,就可得到球狀微米級和納米級SiO2粉體。