文章:球形硅微粉技术
高温火焰喷射法球形硅微粉

高温火焰喷射法球形硅微粉简介高温火焰喷射法球形硅微粉是一种通过高温火焰喷射法制备的球形硅微粉,其具有较高的纯度和良好的球形度。
本文将对高温火焰喷射法球形硅微粉的制备方法、性质及应用进行全面探讨。
制备方法步骤1:原料准备首先,准备适量的硅源(如硅粉、硅酸钠等)和高温火焰喷射法所需的助剂(如氯化铝、乙醇等)。
步骤2:反应装置搭建搭建高温火焰喷射法的反应装置,通常由火焰喷枪、进料系统、燃烧器和冷却装置等组成。
步骤3:反应过程控制控制反应温度、气氛及气体流速等参数,确保反应过程的稳定性和高球形度的产物。
步骤4:产物处理与收集将产生的球形硅微粉进行处理和收集,通常采用离心、洗涤和干燥等步骤,以获取纯净且球形度良好的硅微粉。
性质高温火焰喷射法制备的球形硅微粉具有以下性质: 1. 纯度高:制备过程中使用高纯度的硅源和助剂,确保产物的纯度。
2. 球形度好:采用高温火焰喷射法可以获得较高的球形度,球形硅微粉形状均匀且圆滑。
3. 颗粒大小可控:通过调节反应条件和原料粒度,可以精确控制球形硅微粉的颗粒大小。
4. 特殊表面改性能:球形硅微粉可以通过表面改性处理,使其具有特殊的化学性质和表面性能。
应用高温火焰喷射法球形硅微粉在多个领域具有广泛的应用,主要包括以下方面: ### 1. 耐火材料球形硅微粉作为耐火材料的添加剂,可以提高材料的耐高温性能、抗侵蚀性能和机械强度,广泛应用于冶金、建材等领域。
2. 电子材料球形硅微粉在电子材料中的应用涉及电子浆料、电子封装材料和电子陶瓷材料等,可以提高材料的绝缘性能、导电性能和封装可靠性。
3. 功能陶瓷球形硅微粉在制备功能陶瓷方面具有良好的应用前景,可以用于制备高性能陶瓷材料,如热解陶瓷、光学陶瓷和微细结构陶瓷等。
4. 生物医药球形硅微粉在生物医药领域的应用主要集中在药物缓释、组织工程、生物传感和生物成像等方面,具有广泛的应用前景。
结论高温火焰喷射法球形硅微粉通过控制反应条件和原料的适当选择,可以制备出具有高纯度、良好球形度和可控颗粒大小的硅微粉。
科技成果——粉石英生产高纯超细准球形硅微粉和特种二氧化硅新材料技术

科技成果——粉石英生产高纯超细准球形硅微粉和特种二氧化硅新材料技术粉石英生产高纯超细准球形硅微粉和特种二氧化硅新材料技术是一项重要的科技成果。
该技术的研发和应用,可以广泛应用于电子、光电子、半导体、陶瓷、化工、建筑材料、涂料、医疗等领域。
粉石英是一种重要的无机非金属材料,具有优异的物理和化学性质。
然而,传统的制备方法存在着一些局限性,如粒径分布不均匀、晶体形状不正规、纯度不高等。
因此,研发生产高纯超细准球形硅微粉和特种二氧化硅新材料技术,对于提高材料的品质和性能具有重要的意义。
高纯超细准球形硅微粉的制备技术是使用高纯度的硅源,通过化学气相沉积、物理加工等方法制备出具有均匀粒径分布和准球形结构的硅微粉。
这种硅微粉具有很高的纯度,能够提供材料制备的基础。
特种二氧化硅新材料技术是在高纯超细准球形硅微粉的基础上,通过改变材料的结构和性质,制备出具有特定功能和特殊应用的二氧化硅材料。
例如,通过控制硅微粉的粒径和分散性,可以制备出具有高加工性能和绝缘性能的二氧化硅材料。
另外,通过改变二氧化硅材料的纹理和孔径,可以制备出具有高比表面积和吸附性能的二氧化硅材料。
该技术的应用领域非常广泛。
在电子和光电子领域,高纯超细准球形硅微粉和特种二氧化硅材料被广泛应用于半导体材料、光纤、太阳能电池等。
在陶瓷领域,特种二氧化硅材料可以用于制备高温陶瓷材料、微波陶瓷材料等。
在化工领域,特种二氧化硅材料可以用于催化剂、填料、助剂等。
在建筑材料领域,特种二氧化硅材料可以用于防水涂料、地板材料等。
在医疗领域,特种二氧化硅材料可以用于制备生物医用材料、药物载体材料等。
总之,粉石英生产高纯超细准球形硅微粉和特种二氧化硅新材料技术的研发和应用,对于提高材料的品质和性能具有重要的意义。
该技术的应用广泛,可以在电子、光电子、半导体、陶瓷、化工、建筑材料、涂料、医疗等多个领域发挥重要作用。
高纯纳米级球形硅微粉开发与应用方案(一)

高纯纳米级球形硅微粉开发与应用方案一、实施背景随着科技的快速发展和产业结构的不断优化,高纯纳米级球形硅微粉作为一种新型材料,其独特的性能和广泛的应用领域引起了人们的极大关注。
目前,我国对于高纯纳米级球形硅微粉的需求量逐年上升,但国内市场供应不足,大部分依赖进口。
因此,开展高纯纳米级球形硅微粉的开发与应用研究,对于提升我国新材料领域的核心竞争力,满足各行业对高性能材料的需求具有重要意义。
二、工作原理高纯纳米级球形硅微粉是以硅为原料,经过高温熔融、急速冷却、球形化处理等工艺制备而成。
其工作原理如下:1.高温熔融:将硅原料加热至熔点(约1410℃),使其成为液态。
2.急速冷却:在惰性气体保护下,将液态硅迅速冷却,形成玻璃态硅。
3.球形化处理:通过控制冷却速度和温度梯度,使玻璃态硅在表面张力作用下形成球形颗粒。
4.提纯与筛分:通过化学提纯和物理筛分等方法,去除杂质和不合规格的颗粒,得到高纯纳米级球形硅微粉。
三、实施计划步骤1.开展市场调研:了解高纯纳米级球形硅微粉的国内外市场需求情况及主要生产商。
2.选择合适的原料:根据市场需求和产品性能要求,选择合适的高纯度硅原料。
3.设计生产工艺:根据原料特性和产品目标,设计合理的生产工艺流程,并进行模拟实验验证。
4.建设生产线:按照工艺要求,采购设备并建设生产线。
5.进行试生产:在生产线建成后进行试生产,并对产品性能进行检测和优化。
6.开展应用研究:针对高纯纳米级球形硅微粉的特点,开展应用研究,拓展其应用领域和市场。
7.进行市场推广:在产品性能和应用研究成熟后,进行市场推广和销售。
四、适用范围高纯纳米级球形硅微粉作为一种高性能材料,具有广泛的应用领域。
其主要适用范围包括:1.电子封装材料:高纯纳米级球形硅微粉具有优异的绝缘性能和热导性能,可用于电子元器件的封装材料。
2.陶瓷及玻璃制品添加剂:高纯纳米级球形硅微粉可以作为陶瓷及玻璃制品的添加剂,提高产品的硬度和耐磨性能。
中空球形硅微粉的生产开发与应用方案(一)

中空球形硅微粉的生产开发与应用方案一、实施背景随着科技的飞速发展,材料科学已经成为了推动现代工业、信息技术和经济发展的重要支柱。
其中,硅微粉作为一种高性能、多功能材料,因其优异的物理、化学性能,广泛应用于航空航天、电子、新能源等领域。
尤其在新型信息产业领域,硅微粉的需求量逐年增长。
因此,开发新型、高性能的硅微粉材料对于我国的经济发展具有重要意义。
二、工作原理中空球形硅微粉(Hollow Spherical Silicon Powder,HSiP)是一种新型的硅微粉材料,其独特的中空球形结构使其具有优异的流动性、填充性和介电性能。
其主要工作原理如下:化学气相沉积法(CVD):通过高温热解反应,将硅源(如四氯化硅、硅烷等)分解并沉积在基材(如纳米二氧化硅球)上,形成中空球形硅微粉。
溶胶-凝胶法:通过将硅源与溶剂、催化剂混合,形成溶胶,再经过凝胶化反应,得到中空球形硅微粉。
气相法:在高温、高压条件下,将硅源气体进行热分解,形成硅原子沉积在基材上,进而形成中空球形硅微粉。
三、实施计划步骤确定生产工艺:根据具体生产条件和需求,选择合适的生产工艺(CVD、溶胶-凝胶法或气相法)。
设计生产设备:根据所选生产工艺,设计并制造专用生产设备。
确定原料:选择合适的硅源、溶剂和催化剂等原料。
实施生产:按照设计好的工艺和设备,进行中空球形硅微粉的生产。
产品检测:对生产出的中空球形硅微粉进行各项性能指标的检测,如粒度、形状、纯度等。
应用研究:针对中空球形硅微粉的特性,开展其在不同领域的应用研究。
四、适用范围电子封装材料:中空球形硅微粉具有优异的热稳定性和电气性能,可用于电子封装材料,提高封装效率。
复合材料:中空球形硅微粉可与聚合物等材料复合,制备高性能的复合材料,用于制造轻质高强的产品。
陶瓷制品:中空球形硅微粉可替代部分陶瓷原料,降低成本,提高生产效率。
新能源领域:中空球形硅微粉在锂离子电池等领域具有潜在应用价值,其优秀的电化学性能可提高电池的能量密度和循环寿命。
无机纳米球形硅微粉

无机纳米球形硅微粉无机纳米球形硅微粉是一种新兴的无机纳米材料,具有广泛应用前景。
这种硅微粉直径在1~100纳米之间,呈球形,表面光滑。
它的生产方法有物理和化学两种,其中化学法生产的质量更纯。
无机纳米球形硅微粉因其特殊的物化性能,被广泛应用于电器材料、催化剂、生物医药、光电子器件等领域。
电器材料是无机纳米球形硅微粉的重要应用领域之一。
硅微粉的导电性好,在电器材料制造中起着重要的作用。
硅微粉还有稳定的化学性质,可用于制造耐高温的电器材料。
另外,纳米硅微粉还可以通过表面修饰,制成导电柔性薄膜,用于制造手机、电脑等电子设备。
催化剂是另一个重要的应用领域。
硅微粉表面的反应性很强,可用于催化剂制造。
硅微粉的小粒径特性,可增加催化剂的比表面积,提高催化剂反应速率。
因而,无机纳米球形硅微粉常常用作工业生产中的催化剂,如汽车尾气处理、石油加工等。
生物医药领域也是无机纳米球形硅微粉的研究热点。
硅微粉作为材料可以生物相容、可降解。
硅微粉表面可以修饰生物分子,制成生物传感器。
此外,硅微粉还可以用作药物载体,通过微粒子送药方式,可以减小药品剂量、提高生物利用率,降低副作用。
光电子器件是无机纳米球形硅微粉另一个应用领域。
硅微粉的小粒径和高比表面积,使得其在光电子器件中应用十分广泛。
近年来,科学家利用硅微粉的性质,研发出了一些新型的光电子器件,如超灵敏光电探测器、多色发光器件等。
总之,无机纳米球形硅微粉的广泛应用领域,显示了其重要价值和前景。
未来,随着科技的不断创新,硅微粉的应用领域将不断拓展和深化,丰富我们的生活。
球形硅微粉制备方法与应用研究

205管理及其他M anagement and other球形硅微粉制备方法与应用研究李 勇,王新宇(河南省有色金属地质矿产局第五地质大队,河南 郑州 450016)摘 要:在微电子工业快速发展过程中,球形硅微粉的研究也逐步备受关注,是大规模集成电路封装领域中的一种关键材料。
本文首先对球形硅微粉进行概述,然后分析了其市场现状,最后介绍球形硅微粉常用制备方法,并得出以SiCl 4为原料的气相法、以水玻璃为原料的沉淀法应用价值最高,能够实现工业化的大规模生产的,但是气相法因为要付出高昂成本代价,也极易形成很多污染物,需要进一步改良工艺后才能在工业生产中应用。
应用沉淀法制备球形硅微粉虽然价格低廉,但是容易出现硬团聚问题,因此需要进一步改良这些方法,才能促进我国球形硅微粉的工业化生产,并为电子封装产业的进一步发展奠定良好基础。
关键词:球形硅微粉;制备方法;应用中图分类号:G676 文献标识码:A 文章编号:11-5004(2019)02-0205-2收稿日期:2019-02作者简介:李勇,男,生于1981年,汉族,河南省淮阳人,本科,助理工程师,研究方向:矿物新材料开发应用。
近年来球形硅微粉成为了国内粉体研究中的一个热点内容,主要原因是其应用范围比较广,经济效益较高,在大规模集成电路封装、航工航天、涂料、医药及日用化妆品等领域应用较多,是一种不可替代的重要填料。
目前制备球形硅微粉的方法有很多,主要分为物理法与化学法两个大类,如物理法包括火焰成球法等,而化学方法则包括气相法、沉淀法和水热合成法等,我们要继续研究这些方法中的问题,找出解决的措施,攻克技术难关,才能实现我国球形硅微粉制备技术提升,促进电子封装产业的发展。
1 球形硅微粉概述球形硅微粉为白色粉末,纯度比较高,颗粒很细,有着良好的介电性能与导热率,并具备膨胀系数低等优点,具有较强的发展潜力。
在当前集成电路中应用球形硅硅微粉时,在纯度上要求变得越来越严格,一般情况下其质量分数不能低于99.5%,Fe 2O 3质量分数不能超过50×10-6,Al 2O 3质量分数不能超过10×10-6,在放射性元素铀(U)、钍(Th)含量上也有一定要求。
球形硅微粉的研究进展
球形硅微粉的研究进展球形硅微粉是一种具有良好热稳定性、高比表面积和较低密度的重要纳米材料。
由于其独特的结构和性能,球形硅微粉在许多领域中都有广泛的应用,例如电子器件、能源存储、生物医学和催化剂等。
在过去几年中,球形硅微粉的研究进展取得了显著的突破和发展。
首先,球形硅微粉的制备方法不断改进和创新。
传统的制备方法包括化学气相沉积和溶胶凝胶法,在这些方法中,粉末的形貌和密度容易受到控制。
随着技术的发展,新的制备方法如电化学沉积、热分解、微乳化和等离子体辅助化学气相沉积等被引入到球形硅微粉的制备中。
这些新方法使得球形硅微粉的制备更加简单、高效,并且能够得到良好的分散性和均一性。
其次,球形硅微粉的改性方法得到了很大的关注和研究。
由于其固有的化学惰性和低活性,球形硅微粉的表面活性较低,不易与其他材料进行复合。
为了提高其在各个领域中的应用性能,研究人员对球形硅微粉进行了表面改性,包括表面修饰、涂覆、功能化和复合等。
这些改性方法可以有效地增强球形硅微粉的分散性、稳定性和表面性能,从而拓宽了其应用领域。
第三,球形硅微粉的应用领域得到了广泛的拓展。
随着技术的进步和需求的增加,球形硅微粉在各个领域中的应用也越来越广泛。
在电子器件中,球形硅微粉可以用作高性能锂离子电池和太阳能电池的电极材料;在能源存储中,球形硅微粉被广泛用于超级电容器和储能材料的制备;在生物医学中,球形硅微粉可以用作药物递送、肿瘤治疗和生物成像的载体;在催化剂中,球形硅微粉可以用于有机合成和环境治理等。
总之,球形硅微粉作为一种重要的纳米材料,在制备方法、改性技术和应用领域方面取得了显著的研究进展。
未来的研究应继续完善球形硅微粉的制备方法,提高其性能和应用领域的多样性,并进一步深入研究其在传感器、光电器件和环境保护等领域中的应用潜力。
同时,还需要加强对球形硅微粉的毒性和环境影响等方面的研究,以确保其安全性和可持续发展。
球形硅微粉的研究进展
Science &Technology Vision 科技视界0引言硅微粉(SiO 2)是一种无味、无毒、无污染的无机非金属材料。
由于其具备高耐温、高绝缘、高介电、高填充量、导热系数低、热膨胀系数低、化学性能稳定、硬度大、耐腐蚀等优越性能而具有广阔的发展前景。
硅微粉主要用于大规模集成电路封装,在航空、航天、涂料、油漆、粘结剂、催化剂、医药、精密铸造、高档陶瓷、高压元器件及日用化妆品等高新技术领域也有应用[1]。
近年来,随着微电子技术的迅猛发展,人们对微电子元件的质量要求越来越高,这使得硅微粉的质量要求亦越来越高。
因为全球集成电路(IC)封装材料的97%采用环氧塑封料(EMC),而在EMC 的组成中,除主料酚醛环氧树脂外,用量最多的就是填料硅微粉,硅微粉填料占环氧模塑料重量比达70-90%。
除了要求硅微粉超细、高纯度、低放射性元素外,还特别要求其颗粒球形化。
这是因为:(1)球的表面流动性好,与树脂搅拌成膜均匀,使得树脂的添加量小,硅微粉的填充量达到最高,因此球形化意味着硅微粉填充率的增加,而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,也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)与角形硅微粉制成的塑封料相比,球形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。
由此制成的微电子器件成品率高,便于运输、安装,并且在使用过程中不易产生机械损伤;(3)相比于角形硅微粉,球形粉摩擦系数小,对模具的磨损小,使得模具的使用寿命可提高一倍[2]。
目前,我国所需求的高质量球形硅微粉大部分还依赖进口,如何制备高纯、超细的球形硅微粉已成为国内粉体研究的热点。
1球形硅微粉的制备方法目前国内外制备球形硅微粉的方法有物理法和化学法。
物理法主要有火焰成球法、高温熔融喷射法、自蔓延低温燃烧法、等离子体法、和高温煅烧球形化等;化学方法主要有气相法、水热合成法、溶胶-凝胶法、沉淀法、微乳液法等。
高纯微米级球形二氧化硅微粉的制备方法
高纯微米级球形二氧化硅微粉的制备方法本文主要介绍了高纯微米级球形二氧化硅微粉的制备方法。
硅微粉具有广泛的应用,如能源存储、传感器、纳米膜等,高纯二氧化硅粉末特别是球形粉末在微米材料加工中有广阔的应用前景,但高纯硅微粒之间形貌受到重大制约。
为了解决这个问题,本文提出了一种高纯微米级球形二氧化硅微粉的制备方法,并对其进行了详细的研究。
一、原料的筛选首先,筛选原料。
选择高纯度的硅原料,用筛网将其筛选至相应的粒度,一般选用筛网筛网口径为80-95毫米之间,这样可以有效过滤出细小的颗粒,使得最后产品能够达到产品规格要求,具有较高纯度。
二、粉体粒度的调节其次,对于原料的颗粒粒径,要确保所有的颗粒处于较高的粒度分布水平,这需要使用称重、捏镏等手段进行调整,以确保产品的平均粒度。
三、合成颗粒经过前面的筛选和粒度调整,颗粒就可以进行合成。
一般使用水为溶剂,采用湿法生产,利用有机硅,聚氯乙烯等有机物反应制备出高纯度的球形结构,使得结构比较稳定,容易吸附形成细小颗粒,提升硅的终端粒度。
四、洗涤干燥最后,用洗涤剂洗涤,去除沾在颗粒表面的有机物,一般要采用雾化技术或是气流技术洗涤,再进行脱水。
最后,将高纯微米级球形二氧化硅微粉烘干,使颗粒结构更加稳定,提高产品精度。
总之,高纯微米级球形二氧化硅微粉的制备方法主要包括以下步骤:(1)筛选原料,用筛网将高纯度硅原料筛选到相应的粒度;(2)调节颗粒粒径,使用称重、捏镏等手段对粒径进行调节;(3)合成颗粒,采用湿法生产,利用有机硅、聚氯乙烯等有机物;(4)洗涤干燥,用雾化技术或是气流技术洗涤,并将产品烘干。
以上就是本文介绍高纯微米级球形二氧化硅微粉的制备方法的全部内容,通过这一制备方法可以制备一种具有一定粒径、比较稳定结构、较高纯度的高纯微米级球形二氧化硅微粉,使用范围更广,常见应用有能源存储、传感器、纳米膜等。
球形硅微粉生产液态法
球形硅微粉生产液态法球形硅微粉是一种广泛应用于材料工业中的重要材料,其生产通常采用液态法。
本文将详细介绍球形硅微粉生产液态法的工艺流程、原理以及应用领域。
一、工艺流程球形硅微粉生产液态法的工艺流程主要包括原料准备、溶胶制备、凝胶制备、干燥处理和球形化处理。
1. 原料准备:球形硅微粉的主要原料是硅酸盐,常用的原料有硅酸乙酯、硅酸钠等。
在生产前,需要对原料进行筛选、研磨和干燥处理,以确保原料的纯度和粒度分布。
2. 溶胶制备:将经过处理的硅酸盐原料溶解在适量的溶剂中,通常选择有机溶剂如乙醇、甲醇等。
在搅拌的同时,加入适量的酸性或碱性催化剂,如盐酸或氨水,以促进溶胶的形成。
3. 凝胶制备:通过在溶胶中加入适量的凝胶剂,如乙酸铵或硝酸铵,使溶胶发生凝胶反应。
凝胶的形成一般需要在一定的温度下进行,通常为室温或略高于室温。
4. 干燥处理:将凝胶经过适当的干燥处理,通常采用自然干燥或热风干燥的方法。
干燥的过程中需要控制湿度和温度,以避免凝胶的收缩和裂纹的产生。
5. 球形化处理:通过在干燥后的凝胶中加入球形化剂,如乙醇或二甲基硅油,使凝胶形成球形颗粒。
球形化的方法有旋转球化法、喷雾球化法等,其中旋转球化法是常用的方法之一。
二、原理解析球形硅微粉生产液态法的原理主要是通过溶胶-凝胶法将硅酸盐原料转化为凝胶,再经过干燥和球形化处理得到球形硅微粉。
在溶胶制备过程中,硅酸盐原料溶解在溶剂中,酸性或碱性催化剂的加入引发了硅酸盐的水解反应,产生了硅酸凝胶的胶体溶液。
凝胶制备过程中,凝胶剂的加入促使硅酸凝胶发生凝胶反应,形成三维网状结构的凝胶。
干燥处理过程中,通过适当的干燥方法将凝胶中的溶剂蒸发掉,使凝胶逐渐变为固体。
在干燥的过程中,需要控制湿度和温度,以避免凝胶的收缩和裂纹的产生。
球形化处理是为了将干燥后的凝胶形成球形的微粉颗粒。
球形化剂的加入可以改变凝胶的表面张力和黏度,使凝胶形成球形颗粒。
旋转球化法利用旋转设备使凝胶颗粒在空气中不断滚动和摩擦,逐渐形成球形颗粒。
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球形硅微粉技术编辑锁定球形硅微粉技术是以价格低廉的天然优质粉石英矿物为基本原料,现采用两种主要工艺制成:1、采用溶胶-凝胶技术,在分散剂和球形催化剂存在的条件下,制备出符合电子封装材料要求的高纯球形纳米非晶态硅微粉;2、采用火焰法或离子火焰法熔融成球型的非晶态硅微粉。
目前在高端用户市场,如集成电路封装都采用第二种工艺制成。
成都理工大学自行研制的“一种用天然粉石英制备高纯球形纳米非晶态硅微粉的方法”,获得国家知识产权局专利申请。
制备球形硅微粉的方法还有交流高频等离子体熔融法、气体燃烧火焰法以及高温熔融喷射法。
中文名球形硅微粉技术原料天然优质粉石英矿物方法采用溶胶-凝胶技术、采用火焰法用途大规模集成电路封装、航空、航天目录.1发展状况.2用途及性能.3国内外现状球形硅微粉技术发展状况编辑为打破国外对我国球形硅微粉生产技术与专用设备的严密封锁,“十五”以来,我国有20多家研究单位先后对该技术装备进行了攻关,并取得了突破性进展。
中科院过程工程研究所研制成功高纯球形硅微粉制备新工艺;湖北省建材研究设计院与清华大学材料系合作开展高纯超细球形化硅微粉研究已通过省级鉴定;武汉大学采用化学合成技术制备球形硅微粉,技术指标达到日本NipponShokuba公司KE-P系列产品的水平;湖北武汉帅尔光电子粉体新材料有限公司研制的超大规模集成电路封装料用球形硅微粉项目和四川省绵阳市三慧硅质材料有限公司研制的高纯超细球形硅微粉成型技术项目,均列入2003年国家科技创新基金项目;云南超微新材料有限责任公司研制的高温熔融方法生产球形熔融硅微粉项目,进入2004年国家新材料高技术产业化专项;海南省地质勘查局粉体材料工程技术研究中心以精选的结晶型石英砂为原料,成功制成球形硅微粉,产品适用于电子塑封材料;2005年8月,江苏省连云港市晶瑞石英工业开发研究院承担的高频等离子制备球形硅微粉关键技术及产品,通过了部级鉴定,并已建成50吨/年中试生产线,技术水平国内领先,产品主要性能达到国际先进水平。
2007年四川省雅安百图高新材料公司建成高温熔融离子火焰法生产球形熔融硅微粉年产2000吨项目.2008年3月,连云港东海硅微粉有限责任公司承担的微米级集成电路用化学合成球型硅微粉项目,通过江苏省科技厅主持的科技成果鉴定,打破了国外在化学合成球型硅微粉领域的垄断地位,技术和工艺设备达到国际先进水平,填补了国内空白。
7月份,中国凯盛国际工程有限公司与蚌埠玻璃工业设计研究院联合研发的高纯球形石英粉产品工业化制备技术及专用生产设备开发项目通过鉴定,其技术、设备为国内首创,产品的球形化率、玻璃化率和分散性等主要技术指标达到国际先进水平,实现工业化连续稳定生产,并已形成450吨/年的生产规模,产品可替代进口。
我国盛产石英,并且矿源分布较广,全国范围内的大小硅微粉厂近百家,基本上都属于乡镇企业。
这些生产企业大多规模小、品种单一,采用非矿工业的常规加工设备,在工艺过程中缺乏系统的控制手段,致使硅微粉产品的纯度、粒度以及产品质量稳定性差,无法与进口产品抗衡。
这些企业中真正能够生产高纯、超微硅微粉的很少,主要分布于江苏连云港东海县和徐州、浙江湖州以及河北、青海等地,其主打产品集中在800目以下,使用领域一般为冶金、陶瓷、电工产品填料以及电子分立元件的封装等。
为抢占高端市场,近年来国内有眼光的企业纷纷上马建设球形硅微粉项目。
山西长治庄益通硅业有限公司的电子级球形硅微粉项目,属国家863重点科研攻关项目,总投资5200万元,2008年上半年投产,年产电子级球形硅微粉1000吨;重庆锦艺硅材料开发有限公司首期5万吨硅微粉项目2008年7月1日投产,“十一五”期间将建成年产20万吨硅微粉、5000吨球形硅微粉、2000吨多晶硅生产线为核心项目的西部硅产业基地;黑龙江省通河县宝通石英产品有限公司引进江苏省连云港市晶瑞石英工业开发研究院开发的高频等离子制备球形硅微粉关键技术,总投资8700万元,年产球形硅微粉1000吨,2008年8月份已完成前期准备工作;江西遂川县招商局计划总投资逾1亿元,兴建高纯和球形硅微粉加工厂及生产线5条,形成年产高纯和球形硅微粉4000吨的能力;湖北荆化实业股份有限公司引进武汉大学最新研制的低应力环氧塑封料球形硅微粉技术,将形成4000吨/年生产能力。
球形硅微粉技术用途及性能编辑球形硅微粉主要用于大规模集成电路封装,在航空、航天、精细化工、可擦写光盘、大面积电子基板、特种陶瓷及日用化妆品等高新技术领域也有应用,市场前景广阔。
专家预计,到2010年仅我国对球形硅微粉的需求即达2万~3万吨,高纯硅微粉为10万吨,年均增长率均超过20%。
世界对球形硅微粉的需求量将超过30万吨,价值数百亿元。
随着我国微电子工业的迅猛发展,大规模、超大规模集成电路对封装材料的要求越来越高,不仅要求其超细,而且要求高纯度,特别是对于颗粒形状提出球形化要求。
但制备球形硅微粉是一项跨学科高难度工程,目前世界上只有美国、日本、德国、加拿大和俄罗斯等少数国家掌握此技术。
众所周知,目前国内采购的球形球形氧化硅主要来自于日本、韩国,进口的球形球形氧化硅价格高,且运输周期长。
国内生产的高质量球形球形氧化硅,具有本土化优势,完全可以替代进口。
球形硅微粉主要用于大规模集成电路封装,在航空、航天、精细化工、可擦写光盘、大面积电子基板、特种陶瓷及日用化妆品等高新技术领域也有应用,它在环氧树脂体系中作为填料后,可节约大量的环氧树脂。
球形粉的主要用途及性能为什么要球形化?首先,球的表面流动性好,与树脂搅拌成膜均匀,树脂添加量小,并且流动性最好,粉的填充量可达到最高,重量比可达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。
其次,球形化制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。
其三,球形粉摩擦系数小,对模具的磨损小,使模具的使用寿命长,与角形粉的相比,可以提高模具的使用寿命达一倍,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,主要用于大规模和超大规模集成电路的封装上,根据集程度(每块集成电路标准元件的数量)确定是否球形硅微粉,当集程度为1M到4M时,已经部分使用球形粉,8M到16M集程度时,已经全部使用球形粉。
250M集程度时,集成电路的线宽为0.25μm,当1G集程度时,集成电路的线宽已经小到0.18μm,目前计算机PⅣ处理器的CPU芯片,就达到了这样的水平。
这时所用的球形粉为更高档的,主要使用多晶硅的下脚料制成正硅酸乙脂与四氯化硅水解得到SiO2,也制成球形其颗粒度为-(10~20)μm可调。
这种用化学法合成的球形硅微粉比用天然的石英原料制成的球形粉要贵10倍,其原因是这种粉基本没有放射性α射线污染,可做到0.02PPb以下的铀含量。
当集程度大时,由于超大规模集成电路间的导线间距非常小,封装料放射性大时集成电路工作时会产生源误差,会使超大规模集成电路工作时可靠性受到影响,因而必须对放射性提出严格要求。
而天然石英原料达到(0.2~0.4) PPb就为好的原料。
现在国内使用的球形粉主要是天然原料制成的球形粉,并且也是进口粉。
一般集成电路都是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角,再用环氧塑封料封装而成。
塑封料的热膨胀率与单晶硅的越接近,集成电路的工作热稳定性就越好。
单晶硅的熔点为1415℃,膨胀系数为3.5PPM,熔融石英粉的为(0.3~0.5)PPM,环氧树脂的为(30~50)PPM,当熔融球形石英粉以高比例加入环氧树脂中制成塑封料时,其热膨胀系数可调到8PPM左右,加得越多就越接近单晶硅片的,也就越好。
而结晶粉俗称生粉的热膨胀系数为60PPM,结晶石英的熔点为1996℃,不能取代熔融石英粉(即熔融硅微粉),所以中高档集成电路中不用球形粉时,也要用熔融的角形硅微粉。
这也是高档球形粉想用结晶粉整形为近球形不能成功的原因所在。
80年代日本也走过这条路,效果不行,走不通;10年前,包括现在我国还有人走这条路,从以上理论证明此种方法是不行的。
即高档塑封料粉不能用结晶粉取代。
是用熔融石英(即高纯石英玻璃),还是用结晶石英,哪一种为原料生产高纯球形石英粉为好?根据试验,专家认为:这个题已经十分清楚,用天然石英SiO2,高温熔融喷射制球,可以制得完全熔融的球形石英粉。
用天然结晶石英制成粉,然后分散后用等离子火焰制成的球就是熔融的球,用火焰烧粉制得的球,表面光滑,体积也有收缩,更好用,日本提供的这种粉,用X射线光谱分析谱线完全是平的,也是全熔融球形石英粉,而国内电熔融的石英,如连云港的熔融石英光谱分析不定型含量为95%,谱线仍能看出有尖峰,仍有5%未熔融。
由此可见,生产球形石英粉,只要纯度能达到要求,以天然结晶石英为原料最好,其生产成本最低,工艺路线更简捷。
球形硅微粉技术国内外现状编辑本项生产技术国外80年代初已经有专利申报。
90年代初我国开始引进使用球形硅微粉。
目前,可以生产这种高纯球形硅微粉材料主要国家是日本和美国,日本现在主要有六家公司生产球形硅微粉,是球形硅微粉的主要出口国,Admatechs,Micron,Denka,Tatsumori,Tokai......,美国一家,C-E,韩国一家Kosem。
日本和韩国是资源贫乏国家,所以他们的原料和能源大多需要进口,石英,天然气等。
日本的石英原料主要来源于,印度,中国,斯里兰卡。
韩国的石英原料主要来源于,印度,中国。
日本的石英原料主要是结晶石英,韩国的石英原料主要是熔融石英。