覆铜板用硅微粉指标要求及发展趋势

文章来源：https://www.hayond.cn 发布时间：2020-08-01 浏览次数：55

非金属矿物粉体材料在覆铜板行业是主要的无机填料,覆铜板生产过程中主要根据其性能来选择相应的填料,常用的无机填料有滑石粉、氢氧化铝、氧化铝、二氧化铁、硅微粉(二氧化硅)等,其中硅微粉(二氧化硅)已是各类覆铜板中一种重要的填料。
 

1、硅微粉的性能特点

 硅微粉是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料,由天然石英(SiO2)或熔融石英(天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO2)经破碎、粉磨(球磨、振动、气流磨)、浮选、酸洗提纯和高纯水处理等工艺加工而成。

 
 硅微粉是一种功能性填料,其添加在覆铜板中能提升板材的绝缘性、热传导性、热稳定性、耐酸碱性(HF除外)、耐磨性、阻燃性,提高板材的弯曲强度、尺寸稳定性,降低板材的热膨胀率改善覆铜板的介电常数。同时,由于硅微粉原料丰富,价格低廉,能够降低覆铜板的成本,因此在覆铜板行业的应用日趋广泛。
 

2、覆铜板常用的硅微粉填料

 在生产覆铜板时,硅微粉的投料比例主要有一般比例(15%-30%)和高填充比例(40%-70%)两种,其中高填充比例技术多用于薄型化覆铜板生产。覆铜板常用的硅微粉填料有超细结晶型硅微粉、熔融硅微粉、复合型硅微粉、球形硅微粉和活性硅微粉。

(1)超细结晶型硅微粉
 超细结晶型硅微粉是精选优质石英矿,经洗矿、破碎、磁选、超细碎、分级等工艺加工而成的石英粉。结晶型硅微粉在覆铜板行业中的应用在国外起步较早,国内硅微粉厂家在2007年前后具备此种粉体的生产能力,并很快获得用户认可。

 使用结晶硅微粉后,覆铜板的的刚度、热稳定性和吸水率都有较大幅度的改善,随着覆铜板市场的快速发展,结晶硅微粉的产量和质量都有了较大幅度的提高。

 考虑到填料在树脂中的分散性和上胶工艺的要求,结晶型硅微粉必须进行活性处理再和球形粉配合使用,避免其与环氧树脂混合时结团,或是过小的填料粒径导致胶液粘度急剧增大,带来上胶时玻璃纤维布浸润性问题。

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(2)熔融硅微粉
 熔融硅微粉系选用天然石英,经高温熔炼冷却后的非晶态二氧化硅作为主要原料,再经独特工艺加工而成的微粉,其分子结构排列由有序排列转为无序排列。由于具有较高的纯度呈现出极低的线膨胀系数、良好的电磁辐射性、耐化学腐蚀等稳定的化学特性,常应用于高频覆铜板的生产。随着高频通信技术的发展,对高频覆铜板的需求量越来越大,其市场每年以15-20%的速度增长,这必将也带动熔融硅微粉需求量的同步增长。
 

(3)复合型硅微粉
 复合型硅微粉是以天然石英和其他无机非金属矿物(如氧化钙、氧化硼、氧化镁等)为原料,经过复配、熔融、冷却、破碎、研磨、分级等工序加工而成的玻璃相二氧化硅粉体材料。

 复合型硅微粉莫氏硬度在5左右,明显低于纯硅微粉,在印制线路板(PCB)加工过程中,既能降低钻头磨损,又能保持覆铜板的热膨胀系数、弯曲强度、尺寸稳定等性能,是一种综合性能比较优良的填料。目前国内许多覆铜板厂家已开始使用复合型硅微粉来代替普通硅微粉。

(4)球形硅微粉
 球形硅微粉是以精选的不规则角形硅微粉作为原料,通过高温近熔融和近球形的方法加工得到的一种颗粒均匀、无锐角、比表面积小、流动性好、应力低、堆比重小的球形硅微粉材料,其添加于覆铜板生产原料中,可大幅度增加填充量降低混合材料体系的粘度,改善加工工艺性能,提高上胶玻纤布的渗透性,降低环氧树脂固化过程的收缩率,减小热涨差改善板材的翘曲。

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 日本覆铜板生产厂家多选用的SiO2纯度为99.8%、平均粒径在0.5μm-1μm的球形硅微粉产品。
 

(5)活性硅微粉
 采用活性处理的硅微粉作填料可以明显改善硅微粉与树脂体系的相容性,进一步提高覆铜板的耐湿热性能和可靠性。

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 目前,国产的活性硅微粉产品因其只用硅偶联剂简单的混合处理,效果不够理想,粉体与树脂混合时很容易团聚,而国外有许多专利提出了对硅微粉的活性处理,例如德国专利提出用聚硅烷和硅微粉混合,并在紫外线照射下搅拌,获得活性硅微粉;日本专家提出硅烷二醇衍生物处理硅微粉,并在混合过程中加入催化剂,使偶联剂对粉体的包裹均匀,从而能使环氧树脂能与硅微粉达到理想的结合效果。
 

3、覆铜板对硅微粉性能方面的要求

(1)对硅微粉粒径的要求
 在覆铜板使用硅微粉填料中,粒径不可太大也不能太小。

 松下电工公司提出:采用平均粒径超过10μm的硅微粉,所制成的覆铜板在电气绝缘性上会降低。而平均粒径低于0.05μm时,会造成树脂体系粘度有明显的增大,影响覆铜板制造的工艺性。

 京瓷化学公司提出:熔融硅微粉平均粒径宜在0.05-2μm范围内,其中最大粒径应在10μm以下,这样才能保证树脂组成物的流动性良好。

 日立化成公司提出:从提高有“相互两立”关系的耐热性与铜箔粘接强度考虑,合成硅微粉的平均粒径在1-5μm范围为宜,而在覆铜板要特别注重钻孔加工性提高的角度“侧重考虑”,那么选择平均粒径在0.4-0.7μm更为适合。

(2)对硅微粉形态的选择
 在各种形态的二氧化硅中,与熔融球形二氧化硅、熔融透明二氧化硅以及后来的纳米硅(树脂)相比,结晶型二氧化硅对树脂体系性能的影响都不是最佳的,例如它的分散性、耐沉降性不如熔融球形二氧化硅,耐热冲击性和热膨胀系数不如熔融透明二氧化硅;综合性能更不如纳米硅(树脂),但从成本和经济效益上考虑,行业中更倾向于使用高纯度的结晶型二氧化硅。

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 目前,在国内的覆铜板企业中,大多数还是使用结晶型硅微粉。熔融型硅微粉除了价格比较高外,对它的功效、特性还处于认识及小批量应用的阶段。

 在覆铜板中应用选择硅微粉品种上,尽管球形硅微粉在日本专利中有许多研究成果(多为试验室范围内的成果),且在提高覆铜板某些性能方面有很好的功效,但其价格较高,目前在常规、中档次覆铜板中还无法大批量应用。

 因此,降低球形硅微粉生产成本、搞好与国内覆铜板厂家的合作开发、应用,是当前国内球形硅微粉生产厂家要做的重要之事。

 总之,覆铜板厂家在硅微粉应用上,需要根据所要达到的性能的主要项目、指标,以及选用其它填料、填料表面处理技术的运用、成本等各个方面去综合考虑。
 

4、硅微粉在覆铜板中应用的发展趋势

(1)大有可为的超细结晶型硅微粉
 目前,应用在覆铜板上的超细硅微粉平均粒径在2-3微米,随着基板材料向超薄化方向发展,将要求填料具有更小的粒度,更好的散热性。未来覆铜板将采用平均粒径在0.5-1微米左右的超微细填料,结晶型硅微粉因具有良好的导热作用将被广泛应用,考虑到填料在树脂中的分散性和保证上胶工艺的顺利开展,结晶型硅微粉很可能会和球形粉配合使用。尽管有不少导热性比结晶型硅微粉更好的填料,如氧化铝球形粉等,但它们价格非常高,未来很难被覆铜板厂家大规模使用。

(2)快速发展的熔融硅微粉市场
 随着各类先进通信技术的发展,多种高频设备都已被广泛应用,其市场每年都以15-20的速度增长,这必将在一定程度上带动熔融硅微粉市场的快速发展。

(3)稳定的复合型硅微粉市场
 目前,国内大多数覆铜板厂家已开始使用复合型硅微粉来代替结晶型硅微粉,并逐步提高使用比例,复合型硅微粉的市场将在未来2年内达到饱和。硅微粉厂家在提高产量的同时,也在不断优化产品指标,为进一步降低钻头磨损,开发更低硬度的填料将非常必要。

(4)乐观的高端球形粉市场
 PCB基板材料正在迅速的向着薄形化方向发展,特别是HDI多层板当前实现基板材料的薄形化表现得更为突出。许多便携式电子产品在不断推进它“薄、轻、小”和多功能的情况下,需要PCB的层数更多、厚度更薄。随着电子产品向小型化、集成化方向的发展,未来HDI板的比重将明显提高,与此同时,国内IC载板项目也在全国多地展开。在良好的市场环境下更要求国内硅微粉厂商能够推出具有高纯度、高流动性,低膨胀系数,良好粒度分布的高端球形硅微粉产品,因此球形硅微粉在覆铜板行业的应用前景非常值得期待。
 

(5)可期待的活性硅微粉市场
 采用活性硅微粉作填料可以使覆铜板的一些性能得到明显改善,目前市场上已经有硅微粉厂家在推出活性硅微粉产品。但若想在覆铜板领域大量推广使用活性粉,硅微粉厂家的任重道远,不仅需要上游偶联剂厂家的密切配合,更需要下游覆铜板厂家的通力合作。只要解决改性的技术难题,活性硅微粉的市场将非常值得期待。