球形硅微粉的主要加工工艺和生产设备介绍

文章来源：https://www.hayond.cn 发布时间：2020-03-05 浏览次数：65

球形硅微粉主要用于大规模、超大规模和特大规模集成电路的封装上。微电子工业的迅速发展,对硅微粉提出了越来越高的要求。硅微粉不仅要超细、高纯度、低放射性元素含量,而且对颗粒形状提出了球形化要求。高纯熔融球形硅微粉(球形硅微粉)由于其流动性好,表面积小,堆积密度高,填充量可达到较高的填充量,与树脂搅拌成膜均匀。硅微粉的填充率越高,塑封料的膨胀系数就越小,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。用球形硅微粉制成的塑封料应力集中小,强度高,球形硅微粉的应力集中仅为角形硅微粉应力集中的60%,因此,球形硅微粉塑封料封装集成电路芯片时,成品率较高,且运输和使用过程中不容易产生机械损伤。

球形硅微粉无棱角,因而对模具的磨损小,模具的使用寿命长,塑封料的封装模具十分精密而且价格很高,使用球形硅微粉塑封料可降低模具成本,提高经济效益。

目前国外球形硅微粉的生产有:高温熔融喷射法、气体火焰法、液相中控制正硅酸乙脂、四氯化硅的水解法等工艺。近年来,国内多家科研单位和企业都在进行球形硅微粉的研究工作,但大都处于试验室研究阶段,尚未真正进入产业化阶段。

中国建材国际工程有限公司自20世纪70年代起就致力于我国硅质原料提纯技术和资源开发利用的研究工作。为促进我国信息产业的发展,公司也正在进行球形硅微粉的研制工作,并建立了中试试验室,采用的是气体燃烧火焰成球法,简介如下。

2. 1 主要生产设备粉料定量输送系统、燃气量控制和混合装置、气体燃料高温火焰喷枪、冷却回收装置,下面分别简要介绍其工作原理。

粉料定量输送系统:是用气力输送的方法将要加工成球形硅微粉的粉料按照规定的给料量连续、均匀地输送到高温火焰中。燃气量控制和混合装置:可根据火焰温度、火焰长度和刚度调节、控制燃气量和助燃气体量,并将燃气与助燃气体充分混合后送到高温火焰喷枪。

气体燃料高温火焰喷枪:是将混合燃料气体(混合入助燃气体)和非球形硅微粉物料同时喷出,点火后产生高温火焰,熔融分散的硅微粉,使之成为球形硅微粉。

冷却回收装置:将已被熔融且分散的高温球形硅微粉,迅速冷却避免出现析晶现象,并将冷却后的球形硅微粉在收集器中回收。

2. 2 成球机理

高温火焰喷枪喷出1600～2000℃的高温火焰,当粉体进入高温火焰区时其角形表面吸收热量而呈熔融状态,热量进一步被传递到粉体内部,粉体颗粒完全呈熔融状态。在表面张力的作用下,物体总是要趋于稳定状态,而球形则是最稳定状态,从而达到产品成球目的。

粉体颗粒能否被熔融取决于两方面:一是火焰温度要高于粉体材料的熔融温度,这就要选择合适的气体燃料;二是保证粉体颗粒熔融所需要的热量。

2.3 球形硅微粉的原料

气体燃烧火焰成球法生产球形硅微粉的原料是角形结晶硅微粉或角形熔融硅微粉,但应注意,原料中不能有水分,也不能用经偶联剂处理的硅微粉作原料,以免影响粉料的输送和在熔融时产生水汽,影响熔融效果。