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电子封装用硅微粉为什么要球形化？

石英石网

2023-07-05

导读：硅微粉(二氧化硅粉)是电子信息产业的一种重要基础原料，无毒、无味、无污染，属于无机非金属材料。硅微粉可以分为

硅微粉(二氧化硅粉)是电子信息产业的一种重要基础原料，无毒、无味、无污染，属于无机非金属材料。硅微粉可以分为晶型和无定型两大类，必须经过特殊加工工艺后才能制成符合电子封装材料要求的球形硅微粉。

一般集成电路都采用光刻的方法将电路集中刻制在单晶硅片上，然后接好连接引线和管脚，再用环氧塑封料封装而成。微电子封装领域通常采用无定型或者融凝态硅微粉，尺寸在微米量级，根据其形状，融凝态硅微粉又可进一步分为角形硅微粉和球形硅微粉两种。

随着电子信息工业的快速发展，大规模、超大规模集成电路对硅微粉的要求也越来越高，不仅要求其超细，而且要求其有高纯度、低放射性元素含量，特别是对于颗粒形状提出了球形化要求。集成电路的集成度越高，要求环氧塑封料中的硅微粉纯度越高，颗粒越细，球形化越好，大规模集成电路中应部分使用球形硅微粉，超大规模和特大规模集成电路中，集成度达到8M以上时，必须全部使用球形硅微粉。

为什么必须使用球形硅微粉？

(1)球的表面流动性好，与树脂搅拌成膜均匀，树脂添加量小，粉的填充量可达到最高，质量比可达90.5%。因此，球形化意味着硅微粉填充率的增加，硅微粉的填充率越高，其热膨胀系数就越小，导热系数也越低，就越接近单晶硅的热膨胀系数，由此生产的电子元器件的使用性能也越好。

(2)球形化形成的塑封料应力集中最小，强度最高，当角形粉的塑封料应力集中为1时，球形粉的应力仅为0.6，因此，球形粉塑封料封装集成电路芯片时，成品率高，并且运输、安装、使用过程中不易产生机械损伤。

(3)球形粉摩擦系数小,对模具的磨损小，与角形粉相比，模具的使用寿命可提高一倍，塑封料的封装模具价格很高，有的还需要进口，这一点对封装厂降低成本，提高经济效益也很重要。

球形硅微粉的两种生产方法

(1)化学性的湿法。让含硅化合物在溶液中反应，通过各种手段控制均匀的生长速率，使反应产物尽量均匀地向各个方向生长，最终获得球形产物。

用化学法生产的球形硅微粉，其球形度、球化率、无定形率都可达到100%，并且可以达到很低的放射性指标，但因其容积密度较低，当完全用此种球形粉制成环氧树脂塑封料，其塑封料块的密实性能、强度和线性膨胀率等受其影响，故实际使用中其最大只能加40%。

(2)物理性的干法。根据固体热力学的原理，高温颗粒的尖角部位容易最早出现液相以及在气液固三相界面上液相表面张力较大、自动平滑成球体的现象来完成球化过程。

物理法制备硅微粉可至微米级，但因其表面能团聚现象严重，其纯度、细度及其颗粒均匀度难以达到要求，目前技术还很不成熟。

球形硅微粉市场分化严重

日本对于纳米级超微石英粉的球化技术处于世界领先水平，他们已大批量地投入生产并运用到航天、超大屏幕电子显像和大规模集成电路中，也是球形硅微粉的主要出口国。

我国纳米球形硅微粉市场的主要竞争对手有日本电气化学DENKA、日本MICRON、日本龙森TATSUMORI等，这3家公司了占据全球市场的70%。日本Admatechs垄断1μm以下球形硅微粉市场；近年来以华飞电子、联瑞新材为代表的少数国内企业突破国外技术封锁，逐渐掌握高纯、小粒度（5um以上）球形硅微粉的生产技术。以天然优质硅质矿物如石英为原料制备2um以下球形硅微粉技术在我国也就近几年才慢慢发展起来，与国外相比差距很大，尤其是对小于 500nm硅微粉的球化技术基本处于空白，一般都是采用化学方法合成，很难量产。

国外球形硅微粉的制备通常采用二氧化硅高温熔融喷射法、在液相中控制正硅酸乙脂、四氯化硅的水解法等，但由于工艺复杂，这些方法国内还只停留在实验室阶段，有较大的技术难度，这是国内至今还不能生产出高质量球形硅微粉的重要原因之一，并且相当长一段时间，美、日、德等国际大公司一直垄断着半导体多晶硅硅材料的技术、市场和价格，并对我国进行技术封锁。

进入21世纪以来，移动设备的普及使得微电子行业逐渐成为重要的产业，与此同时，微电子产业也是我国的一项重要的支柱产业。现在我们所说的微电子已经逐渐分离成设计、制造以及封装三个独立的支柱产业。

其中，电子封装的三大主材料是基板材料、塑封料和引线框架及焊料。环氧塑封料（EMC）是国内外集成电路封装料的主流，目前95%以上的微电子器件都是环氧塑封器件。其中，EMC中，硅微粉含量占60％～90％，按照我国半导体集成电路与器件的发展规划，未来4-5年后，我国对球形硅微粉的需求将达到10万吨以上，目前国内仅用于超大规模集成电路塑封材料的球形硅微粉用量已超4000吨，原料自主度较低。

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