球形硅微粉的主要加工工藝和生產(chǎn)設(shè)備介紹

文章來源：http://m.dyqzzz.cn 發(fā)布時間：2020-03-05 瀏覽次數(shù)：177

球形硅微粉主要用于大規(guī)模、超大規(guī)模和特大規(guī)模集成電路的封裝上。微電子工業(yè)的迅速發(fā)展,對硅微粉提出了越來越高的要求。硅微粉不僅要超細(xì)、高純度、低放射性元素含量,而且對顆粒形狀提出了球形化要求。高純?nèi)廴谇蛐喂栉⒎?球形硅微粉)由于其流動性好,表面積小,堆積密度高,填充量可達(dá)到較高的填充量,與樹脂攪拌成膜均勻。硅微粉的填充率越高,塑封料的膨脹系數(shù)就越小,也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。用球形硅微粉制成的塑封料應(yīng)力集中小,強(qiáng)度高,球形硅微粉的應(yīng)力集中僅為角形硅微粉應(yīng)力集中的60%,因此,球形硅微粉塑封料封裝集成電路芯片時,成品率較高,且運(yùn)輸和使用過程中不容易產(chǎn)生機(jī)械損傷。

球形硅微粉無棱角,因而對模具的磨損小,模具的使用壽命長,塑封料的封裝模具十分精密而且價(jià)格很高,使用球形硅微粉塑封料可降低模具成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。

目前國外球形硅微粉的生產(chǎn)有:高溫熔融噴射法、氣體火焰法、液相中控制正硅酸乙脂、四氯化硅的水解法等工藝。近年來,國內(nèi)多家科研單位和企業(yè)都在進(jìn)行球形硅微粉的研究工作,但大都處于試驗(yàn)室研究階段,尚未真正進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。

中國建材國際工程有限公司自20世紀(jì)70年代起就致力于我國硅質(zhì)原料提純技術(shù)和資源開發(fā)利用的研究工作。為促進(jìn)我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,公司也正在進(jìn)行球形硅微粉的研制工作,并建立了中試試驗(yàn)室,采用的是氣體燃燒火焰成球法,簡介如下。

2. 1 主要生產(chǎn)設(shè)備粉料定量輸送系統(tǒng)、燃?xì)饬靠刂坪突旌涎b置、氣體燃料高溫火焰噴槍、冷卻回收裝置,下面分別簡要介紹其工作原理。

粉料定量輸送系統(tǒng):是用氣力輸送的方法將要加工成球形硅微粉的粉料按照規(guī)定的給料量連續(xù)、均勻地輸送到高溫火焰中。燃?xì)饬靠刂坪突旌涎b置:可根據(jù)火焰溫度、火焰長度和剛度調(diào)節(jié)、控制燃?xì)饬亢椭細(xì)怏w量,并將燃?xì)馀c助燃?xì)怏w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?xì)怏w)和非球形硅微粉物料同時噴出,點(diǎn)火后產(chǎn)生高溫火焰,熔融分散的硅微粉,使之成為球形硅微粉。

冷卻回收裝置:將已被熔融且分散的高溫球形硅微粉,迅速冷卻避免出現(xiàn)析晶現(xiàn)象,并將冷卻后的球形硅微粉在收集器中回收。

2. 2 成球機(jī)理

高溫火焰噴槍噴出1600～2000℃的高溫火焰,當(dāng)粉體進(jìn)入高溫火焰區(qū)時其角形表面吸收熱量而呈熔融狀態(tài),熱量進(jìn)一步被傳遞到粉體內(nèi)部,粉體顆粒完全呈熔融狀態(tài)。在表面張力的作用下,物體總是要趨于穩(wěn)定狀態(tài),而球形則是最穩(wěn)定狀態(tài),從而達(dá)到產(chǎn)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。

2.3 球形硅微粉的原料

氣體燃燒火焰成球法生產(chǎn)球形硅微粉的原料是角形結(jié)晶硅微粉或角形熔融硅微粉,但應(yīng)注意,原料中不能有水分,也不能用經(jīng)偶聯(lián)劑處理的硅微粉作原料,以免影響粉料的輸送和在熔融時產(chǎn)生水汽,影響熔融效果。