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球形石英粉5大应用领域及指标要求
来源:中国粉体技术网    更新时间:2018-05-29 15:42:38    浏览次数:
 
球形石英粉5大应用领域及指标要求

        球形石英粉由于具有高介电、耐热耐湿耐腐蚀、高填充量、低膨胀、低应力、低杂质、低摩擦系数和低价格等优越性能,广泛应用于大规模集成电路封装中覆铜板以及环氧塑封料填料、航空航天、精细化工和日用化妆品等高新技术领域。
1、覆铜板用球形石英粉
        随着我国电子信息产业的快速发展,手机、个人电脑等越来越多的电子信息产品的产销量开始进入世界前列,带动了我国集成电路市场规模的不断扩大。
        考虑球形石英粉较角形石英粉在性能上的优势,目前国内主要还是应用在电子封装领域,主要的作用是:降低产品应力;提高导热系数;增加产品强度和防腐性能。
        覆铜板(CCL)是现代电子产业发展的基石,作为印制电路板制造中的基础材料,覆铜板的基本特性和加工性能很大程度上影响着电路板的品质和长期可靠性。
        近年来,在覆铜板的新产品开发和性能改进方面,采用无机填料填充技术已成为一个很重要的研究手段。球形石英粉因表面积大可以与环氧树脂之间充分接触,其分散能力较好,分散在环氧树脂中相当于增大了与环氧树脂间的接触面积,增多了结合点,更有利于提高两者的相容性。另外,较好的机械性能和电性能,在履铜板领域使用也越来越广泛。
        目前球形石英粉主要被用在刚性CCL上,占覆铜板混浇比例的20%~30%;挠性CCL与纸基CCL的使用量相对较小。
 
        按照我国半导体集成电路与器件的发展规划,未来4-5年后,我国对球形硅微粉的需求将达到10万吨以上,目前国内仅用于超大规模集成电路塑封材料的球形硅微粉用量已超3000吨。
2、EMC用球形石英粉
        环氧塑封料(EMC)是封装电子器件和集成电路最主要的一种热固性高分子复合材料。封装环氧塑封料作为封装主要材料之一,在电子封装中起着非常关键的作用。
        目前95%以上的微电子器件都是环氧塑封器件。常见的环氧塑封料的主要组成为填充料60-90%,环氧树脂18%以下,固化剂9%以下,添加剂3%左右。现用的无机填料基本上都是二氧化硅微粉,其含量最高达90.5%,具有降低塑封料的热膨胀系数,增加热导,降低介电常数,环保、阻燃,减小内应力,防止吸潮,增加塑封料强度,降低封装料成本等作用。
EMC用球形石英粉指标要求:
(1)高纯度
        高纯度是电子产品对材料最基本的要求,在超大规模集成电路中要求更加严格,除了常规杂质元素含量要求低外,还要求放射性元素含量尽量低或没有。
        美国生产的用于超大规模集成电路封装料的球形石英粉:
SiO2含量达99.98%以上;
Fe、Al、Ca、Mg等金属氧化物含量总和小于130×10-6
放射性元素含量在0.5×10-6以内。 
        日本生产的球形硅微粉:
SiO2含量达99.9%;
Fe2O3含量可达8×10-6
水淬取液中Na+、K+、Ca2+、Cl-等离子含量分别可达5×10-6以下;
放射性U含量达0.1×10-9以下。 
(2)超细化及高均匀性
        国外用于超大规模集成电路封装料的球形石英粉粒度细、分布范围窄、均匀性好,美国一般为1-3μm,日本平均粒径一般为3-8μm,最大粒径小于24μm。
(3)高球化率及高分散性
        高球化率是保证填充料高流动性、高分散性的前提,球化率高、球形度好才能保证产品的流动性和分散性能好,在环氧塑封料中就能得到充分的分散并能保证最佳填充效果。国外产品球化率一般都能达到98%以上,而国产料球化率一般只能达到90%左右,少数可达到95%。
        中国已成为世界EMC第二大生产国,出口量也在快速增长,厂商的海外客户逐渐增多,客户遍及欧美、东南亚、中国大陆和台湾等地,改变了世界半导体EMC主要被日本企业垄断的行业竞争格局,也改变了全球半导体封装业对中国国产塑封料的认知,球形石英粉的市场需求量也越来越大。
3、化妆品用球形石英粉
        球形硅微粉跟普通角形硅微粉相比,因具有更高的流动性及更大的比表面积,使其应用于口红、粉饼、粉底霜等化妆品中,特点是:
在粉状产品如粉饼中能提高流动性和贮存的稳定性从而起到防结块的作用;
较小平均粒径决定其良好的平滑性和流动性;
较大比表面积使其具有更好的吸附性,能吸收汗液、香料、营养物,使化妆品配方更经济;
粉体的球形状对皮肤有良好的亲和性及触感。
        另外,球形石英粉易于化妆品其他组分配伍,无毒、无味,且自身为白色,尤其可贵的是其反射紫外线能力强、稳定性好,被紫外线照射后不分解,不变色,也不会与配方中其他组分发生反应,是防晒化妆品配料的良好选择。
        化妆品用球形石英粉的特点:一般要求硅含量达到99.9%;粒径0.2-2μm可控;球形率在95%以上;低辐射(铀含量<0.5ppb)
广东某化妆品用球形石英粉
指标 球形石英粉
白度 96±1
类型 熔融型
比表面积 25m2/g
球形率 95%以上
粒度 0.2-1μm
堆积密度 0.5g/cm3
折光率 1.46
软化点 1200-1500℃
比重 2.1 g/cm3
 
4、航空航天、陶瓷用球形石英粉
        球形石英粉是一种重要的功能性材料,具有化学稳定性好、流动性好、耐酸碱、耐高温、热膨胀系数低、电绝缘性能好等特性,利用这些特性在陶瓷行业既能改良传统材料,又能制备新材料。
        由球形石英粉与高性能树脂、陶瓷为基体的先进复合材料制成的耐高温陶瓷基复合材料是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想防热瓦片材料。
        在特种陶瓷中加入球形石英粉,可提高致密、耐热冷疲劳,减少气孔率,球形石英粉对特种陶瓷制品性能的影响,主要体现在高温烧结过程中,通过球形颗粒的高流动性填隙,减少气孔,使制品致密化,在高温过程中产生莫来石晶相,弥散到制品中从而改善制品性能。球形石英粉作为高档陶瓷釉料,可提高        陶瓷釉的强度、增加表面光洁度。
特种耐火材料中加入球形石英粉后具有良好的流动性、烧结性、结合性、填充气孔性能等,使之特种耐火材料具有结构密、强度高、耐磨损、抗侵蚀等特性。
        球形石英粉和熔融石英都属于无定形二氧化硅,但球形颗粒更容易实现最精密堆积,用球形石英粉代替熔融石英制备的石英陶瓷基材料比用熔融石英气孔更少,致密度和强度更高。用球形石英粉制备的石英陶瓷基复合材料具有高温性能好、抗热震稳定性好、导热率低、加工精度高、透波性能好及介电性能好等优良性能,在国防军工领域是导弹用天线罩的主要材料之一。
5、涂料、油墨等精细化工用球形石英粉
        高纯球形石英粉具有常规二氧化硅涂料所不具有的特殊光学性能,它具有极强的紫外吸收,红外反射特性。能对涂料形成屏蔽作用,达到抗紫外老化和热老化的目的,同时增加了涂料的隔热性。添加到紫外光固化涂料中,明显地提高涂料的硬度和附着力,还减弱了紫外光固化涂料吸收UV辐射的程度。从而降低了紫外光固化涂料的固化速度。
        球形石英粉拥有庞大的比表面积,表现出极大的活性,能在涂料干燥时形成网状结构。同时增加了涂料的强度和光洁度,提高了颜料的悬浮性,能保持涂料的颜色长期不变。
        填料添加量不但可大幅降低树脂用量,进而大幅降低生产成本,而且还能提高油漆、涂料质量,使油漆、涂料达到低收缩率、低粘度、高添加量、高耐磨性和良好贮存性的目的。
        球形石英粉也具有很好的流动与润滑性,可以达到更好的分散悬浮和稳定,用于油墨和颜料中,可使油墨和颜料用量少反而遮盖力高,光泽好,树脂粒度细腻,成膜连续,均匀光浩,膜层薄,使印刷的图像清晰,若用在UV油墨中,可加快其固化速度,同时由于填料的细微均匀分散而消除墨膜的收缩起皱现象。会使油墨色彩艳丽而发光,印出更精美的图像。
 
来源:《球形石英粉》国家标准编制说明
我国球形石英粉开发状况及发展思考,作者:胡修权,贺爱平,周毅


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