硅微粉是由純凈石英粉經(jīng)先進(jìn)的超細(xì)研磨工藝加工而成,是用途為廣泛的無機非金屬材料。具有介電性能優(yōu)異、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱系數(shù)高、懸浮性能好等優(yōu)點。因其具有優(yōu)良的物理性能、的化學(xué)穩(wěn)定性、的光學(xué)性質(zhì)及合理、可控的粒度分布,從而被廣泛應(yīng)用于光學(xué)玻璃、電子封裝、電氣絕緣、陶瓷、油漆涂料、精鑄造、硅橡膠、醫(yī)藥、化裝品、電子元器件以及超大規(guī)模集成電路、移動通訊、手提電腦、航空航天等生產(chǎn)領(lǐng)域。
硅微粉還是生產(chǎn)多晶硅的重要原料。硅微粉用無水氯化氫(HCl)與之反應(yīng)在一個流化床反應(yīng)器中,生成三氯氫硅(SiHCl3),SiHCl3進(jìn)一步提純后在氫氣中還原沉積成多晶硅。而多晶硅則是光伏產(chǎn)業(yè)太陽能電池的主要原材料。近年來,全球能源的持續(xù)緊張,使大力發(fā)展太陽能成為了世界各國能源戰(zhàn)略的,隨著光伏產(chǎn)業(yè)的風(fēng)起云涌,太陽能電池原材料多晶硅價格暴漲,又促使硅微粉的市場需求迅猛增長,硅微粉呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的局面,更使硅資源擁有者盡享驚人的暴利。
據(jù)調(diào)查,目前國內(nèi)生產(chǎn)硅微粉的能力約25萬噸,主要是普通硅微粉,而高純超細(xì)硅微粉大量依靠進(jìn)口。初步預(yù)測2005年我國對超細(xì)硅微粉的需求量將達(dá)6萬噸以上。其中,橡膠行業(yè)是大的用戶,涂料行業(yè)是重要有巨大潛力的應(yīng)用領(lǐng)域,電子塑封料、硅基板材料和電子電器澆注料對高純超細(xì)硅微粉原料全部依靠進(jìn)口,僅普通球形硅微粉的價格2—3萬元/噸,而高純超細(xì)硅微粉的價格則高達(dá)幾十萬元/噸以上。
硅微粉是由純凈石英粉經(jīng)先進(jìn)的超細(xì)研磨工藝加工而成,是用途為廣泛的無機非金屬材料。具有介電性能優(yōu)異、熱膨系數(shù)低、導(dǎo)熱系數(shù)高、懸浮性能好等優(yōu)點。因其具有優(yōu)良的物理性能、的化學(xué)穩(wěn)定性、的光學(xué)性質(zhì)及合理、可控的粒度分布,從而被廣泛應(yīng)用于光學(xué)玻璃、電子封裝、電氣絕緣、陶瓷、油漆涂料、硅橡膠、醫(yī)藥、化裝品、電子元器件以及超大規(guī)模集成電路、移動通訊、手提電腦、航空航天等生產(chǎn)領(lǐng)域。 硅微粉還是生產(chǎn)多晶硅的重要原料。硅微粉用無水氯化氫(HCl)與之反應(yīng)在一個流化床反應(yīng)器中,生成三氯氫硅(SiHCl3),SiHCl3進(jìn)一步提純后在氫氣中還原沉積成多晶硅。而多晶硅則是光伏產(chǎn)業(yè)太陽能電池的主要原材料。近年來,全球能源的持續(xù)緊張,使大力發(fā)展太陽能成為了世界各國能源戰(zhàn)略的,隨著光伏產(chǎn)業(yè)的風(fēng)起云涌,太陽能電池原材料多晶硅價格暴漲,又促使硅微粉的市場需求迅猛增長,硅微粉呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的局面,更使硅資源擁有者盡享驚人的暴利。 據(jù)調(diào)查,目前國內(nèi)生產(chǎn)硅微粉的能力約50萬噸,主要是普通硅微粉,而高純超細(xì)硅微粉大量依靠進(jìn)口。初步預(yù)測2008年我國對超細(xì)硅微粉的需求量將達(dá)10萬噸以上。其中,橡膠行業(yè)是大的用戶,涂料行業(yè)是重要有巨大潛力的應(yīng)用領(lǐng)域,電子塑封料、硅基板材料和電子電器澆注料對高純超細(xì)硅微粉原料全部依靠進(jìn)口,僅普通球形硅微粉的價格2—3萬元/噸,而高純超細(xì)硅微粉的價格則高達(dá)幾十萬元/噸以上。
超細(xì)硅微粉具有粒度小、比表面積大、化學(xué)純度高、分散性能好等特點。以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補強性、增稠性和觸變性而在橡膠、涂料、醫(yī)藥、造紙、日化等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,并為其相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新材料的基礎(chǔ)和技術(shù)保證,享有“工業(yè)味精”“材料科學(xué)的原點”之美譽。自問世以來,已成為當(dāng)今時間材料科學(xué)中能適應(yīng)時代要求和發(fā)展快的品種之一,發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把高性能、高附加植的精細(xì)無機材料作為本世紀(jì)新材料的加以發(fā)展。
近年來,計算機市場、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)市場發(fā)展迅猛,CPU集程度愈來愈大,運算速度越來越快,家庭電腦和上網(wǎng)用戶越來越多,對計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求也越來越高,作為技術(shù)依托的微電子工業(yè)也獲得了飛速的發(fā)展,PⅢ 、PⅣ 處理器,寬帶大容量傳輸網(wǎng)絡(luò),都離不開大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的硬件支持。
隨著微電子工業(yè)的迅猛發(fā)展,大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路對封裝材料的要求也越來越高,不僅要求對其超細(xì),而且要求其有低放射性元素含量,特別是對于顆粒形狀提出了球形化要求。高純超細(xì)熔融球形石英粉(簡稱球形硅微粉)由于其有高介電、高耐熱、高耐濕、高填充量、低膨脹、低應(yīng)力、低雜質(zhì)、低摩擦系數(shù)等優(yōu)越性能,在大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的基板和封裝料中,成了不可缺少的材料。
為什么要球形化?球的表面流動性好,與樹脂攪拌成膜均勻,樹脂添加量小,并且流動性好,粉的填充量可達(dá)到高,重量比可達(dá)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,其熱膨脹系數(shù)就越小,導(dǎo)熱系數(shù)也越低,就越接近單晶硅的熱膨脹系數(shù),由此生產(chǎn)的電子元器件的使用性能也越好。其次,球形化制成的塑封料應(yīng)力集中小,強度高,當(dāng)角形粉的塑封料應(yīng)力集中為1時,球形粉的應(yīng)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(chǎn)生機械損傷。其三,球形粉摩擦系數(shù)小,對模具的磨損小,使模具的使用壽命長,與角形粉的相比,可以提高模具的使用壽命達(dá)一倍,塑封料的封裝模具價格很高,有的還需要進(jìn)口,這一點對封裝廠降低成本,提高經(jīng)濟效益也很重要。
球形硅微粉,主要用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的封裝上,根據(jù)集程度(每塊集成電路標(biāo)準(zhǔn)元件的數(shù)量)確定是否球形硅微粉,當(dāng)集程度為1M到4M時,已經(jīng)部分使用球形粉,8M到16M集程度時,已經(jīng)全部使用球形粉。250M集程度時,集成電路的線寬為0.25μm,當(dāng)1G集程度時,集成電路的線寬已經(jīng)小到0.18μm,目前計算機PⅣ 處理器的CPU芯片,就達(dá)到了這樣的水平。這時所用的球形粉為更的,主要使用多晶硅的下腳料制成正硅酸乙脂與四氯化硅水解得到SiO2,也制成球形其顆粒度為 -(10~20)μm可調(diào)。這種用化學(xué)法合成的球形硅微粉比用的石英原料制成的球形粉要貴10倍,其原因是這種粉基本沒有放射性α射線污染,可做到0.02PPb以下的鈾含量。當(dāng)集程度大時,由于超大規(guī)模集成電路間的導(dǎo)線間距非常小,封裝料放射性大時集成電路工作時會產(chǎn)生源誤差,會使超大規(guī)模集成電路工作時可靠性受到影響,因而對放射性提出嚴(yán)格要求。而石英原料達(dá)到(0.2~0.4) PPb就為好的原料?,F(xiàn)在國內(nèi)使用的球形粉主要是原料制成的球形粉,并且也是進(jìn)口粉。