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国内外的球形硅微粉生产厂家采用哪种工艺路线?

665 人参与  2021年05月25日 14:09  分类 : 气流粉碎机资讯  评论

 随着科技的日益进步,微电子元件性能不断提高,对封装技术及封装材料的要求越来越高,球形硅微粉由于具有其他类型石英粉无法比拟的优越特性,正被逐步应用于大规模及超大规模集成电路的生产中,在电子信息技术领域发挥着越来越重要的作用。

       制备球形硅微粉是一项跨学科的高难度工程,世界上仅有日本、美国、加拿大、德国和俄罗斯等少数国家掌握此技术。由于该技术涉及高性能芯片技术的开发,国外对硅微粉球形化技术高度保密,获得的国外产品参数也不完整、专用设备更是鲜见。

球形硅微粉的主要制备方法

       大致而言,球形硅微粉的制备方法主要有高温等离子体熔融法、高温熔融喷射法和气体燃烧火焰法等。

(1)高温等离子体熔融法

       该方法是利用交流或直流电弧等离子体产生的高温气体作热源,将石英粉体喷射到等离子焰中,粉体受热熔化并瞬间气化,再经骤冷,经旋风和布袋收集,便得到球状硅微粉。

其特点是加热温度高,可以获得比化学燃烧高5倍以上的温度(3000K以上)场,高温高热和高活性气氛使化学反应进行非常迅速,导致化学液相法难以合成的高温相化合物快速生成(如氮化物、碳化物和硼化物等);当反应物料离开等离子体时,经急骤冷却,粒子不再长大;可根据不同需要形成不同气氛的等离子态,反应物选择范围宽。

      缺点:等离子体技术难度很大,首先,等离子体温度场受等离子体的磁性、电性能影响,温度场小而集中,加热装置稳定的高温场不易控制,温度范围不易调整;其次,等离子体的能量和射流的产生是由电流通过电离的气体介质实现的,过多地稀释等离子体就会中断电流,失去作用。这些因素使得产品球化率不易控制、很难形成规模生产。

(2)高温熔融喷射法

      该方法是把物料置于高温场中将其熔化使之成为熔融体,在熔融体流出的瞬间,以通过喷射器的高压空气进行喷吹,熔融物被高速气流分散打碎成雾状小液滴,再被迅速冷却,小液滴遇冷便快速自然收缩成表面光滑的球状颗粒。高温熔融喷射法是最易保证球形化和无定形率的方法。但是,炉体高温材料、粘稠的石英熔融体雾化以及防止二次污染等一系列关键技术很难突破,用于制造高纯球形石英粉难度相当大。

(3)气体燃烧火焰法

       该方法是以乙炔气、氢气、天然气等燃料气为原料,以氧气或空气为助燃气,通过密闭炉窑燃烧产生洁净火焰。与此同时,角形石英粉随气流被输送到火焰中。当角形粉末经过高温火焰场时,首先被熔化为无定形颗粒,当它离开高温场被迅速冷却时即刻收缩变为球形颗粒,再经过旋风收集便得到成品。

      此法涉及热力学、气体和颗粒流体力学等方面的理论,与等离子体高温火焰相比,首先温度场相对较低,其次是影响因素较少,不再涉及电磁学理论及离子在电磁场中流动和运动的问题,使各种条件影响因素变得较易控制,设备制造更为简化,容易实现工业化,发展前景较好。

国内外的生产现状

     日本是世界上最早开发成功球形硅微粉的国家,上世纪80年代开始,日本就申请了大量的火焰制备球形硅微粉的专利。以日本电气化学株式会社、日本隆森等为主的一批企业已大批量生产球形硅微粉并运用到航天、超大屏幕电子显像和大规模集成电路中。

      据中国粉体网小编的了解,目前我国能够生产高纯球形二氧化硅、亚微米级球形二氧化硅的企业数量较少,主要分布于江苏连云港、安徽蚌埠、浙江湖州等地区。国内外球形硅微粉生产厂家分别采用哪种工艺路线呢?

为适应超大规模集成电路对封装材料的要求,结合国内目前生产技术水平及产品质量,根据国际发展趋势,应加大对球形硅微粉的开发力度,引导向高纯度、超细化、高分散性、高均匀性以及高球形化方向发展。

如果您需要详细了解高技术球形硅微粉的制备工艺及产业化发展,敬请关注由中国粉体网于2019年10月30-31日在江苏徐州举办的“2019全国石英大会”,届时将会有中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所李丰研究员带来精彩报告:《高纯纳米球形硅微粉的制备及产业化》。


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