硅微粉电子应用场景球形硅微粉的特点及应用|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

球形硅微粉的特点及应用

2019年中国非金属矿科技与市场交流大会

6月1-3日 · 武汉中南花园饭店

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球形硅微粉的特点及应用。

球形硅微粉(球形石英粉)，是指颗粒个体呈球形，主要成分为二氧化硅的无定形石英粉体材料。球形石英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。

球形石英粉具有表面光滑、比表面积大、硬度大、化学性能稳定等优越性能。首先，球形粉流动性好，与树脂搅拌成膜均匀，树脂添加量小，石英粉的填充量高，质量分数最高可达90.5%。石英粉的填充量越高，导热系数越低，塑封料的热膨胀系数就越小，越接近单晶硅的热膨胀系数，生产的电子元件使用性能就越好。其次，球形粉的应力仅为角形粉应力的60%，由球形石英粉制成的塑封料应力集中最小，强度最高。最后，球形粉表面光滑，摩擦系数小，对模具的磨损小，可延长模具的使用寿命达1倍以上。

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。石英粉由于其具有高介电、耐热耐湿耐腐蚀、高填充量、低膨胀、低应力、低杂质、低摩擦、低价格等优越性能,在大规模、超大规模集成电路的基板和封装料中成为了不可缺少的优质材料。

球形硅微粉的特点

1. 球形度高：真球状粒子，中位粒径范围为2~30 um;

2. 纯度高：高纯度原料和特殊工艺处理，杂质离子含量低，结晶含量低;

3. 比表面积小：无孔隙表面，水分含量低；

4. 粒度分布窄且可控：便于进行级配混合处理；

5. 良好的分散性：表面能小，球体光滑，易于分散。

主要应用

1.环氧塑封料：作为填料应用在环氧塑封料中，可以增加元件强度和导热性，节约大量树脂;

2.履铜板：使产品强度更大，导热性更好，低射线集成电路出现源误差可能性更低；

3.电子油墨：应用在电子油墨中，遮盖力更佳，色彩鲜艳;

4.光导纤维：可以作为光纤生产的优质原料;

5.化妆品：由于其良好的分散性和油水相溶性，可应用于口红、粉饼、粉底霜等化妆品中;

6.陶瓷复合材料：具有良好的介电性能、较低的热膨胀系数和良好的电气绝缘，可用于精密陶瓷、电子陶瓷、先进的陶瓷、合成莫来石材料、搪瓷釉和特殊耐火材料中;

7.涂料行业：紫外吸收和红外反射特性，可延长涂料老化性能，提高涂料质量。

产品规格

物理性质

化学性质

文章来源：潍坊国特矿山设备有限公司

2019年中国非金属矿科技与市场交流大会

功能性矿物粉体方向：

1.非金属矿微粉在涂料中的应用

复旦大学游波教授

2.无机材料的表面处理技术现状与前景

中国塑料加工工业协会改性塑料专委会

徐同考教高

3.硅灰石结构与改性“剂”的选择

广东畅吉庆固体废物研究所畅吉庆所长/教授

4.抗菌材料及其应用

北京崇高纳米科技有限公司李毕忠董事长

5.助剂在超细重钙加工及应用中的研究

江西广源化工有限责任公司张晓明经理

6.新一代HEM混联式粉体表面改性机

张家港市通沙塑料机械有限公司

张剑总经理

7.非金属矿物粉体的高值化加工工艺设备

山东埃尔派粉体科技股份有限公司

张景杰董事长

8.改性塑料材料力学性能与无机物填料特质关系探讨

江苏易聚新技术发展有限公司

房树吉技术总监

9.造纸填料的研究热点与技术进步

陕西科技大学/高性能纸基功能材料团队

宋顺喜副教授

10.无机粉体在功能改性母料应用中的常见问题及解决方案

发言人待定

11.BGRIMM非金属矿细磨提纯专用装备研发及应用

北矿机电科技有限责任公司吕沛超区域经理

石英方向：

1.石英矿物资源开发利用的关键技术问题

成都理工大学汪灵教授

2.高纯石英砂精细提纯与绿色制造技术

武汉理工大学雷绍民教授

3.球形硅微粉的加工工艺及装备

黄冈师范学院黄林勇高级工程师

4.压裂支撑剂(石英砂、陶粒)技术发展现状与展望

西南石油大学李小刚教授

5.玻璃（含各种新玻璃）与人造石英板用石英砂的提纯技术与工艺

武汉理工大学任子杰教授

6 硅微粉在覆铜板中的应用

发言人待定

7. 面向第三代半导体器件硅基材料面临的机遇与挑战

南京航空航天大学傅仁利教授

8.石英砂固废整体处理与资源化利用

四川南联环资科技股份有限公司

曾伟总经理/高级工程师

黏土方向：

1.蒙脱石纳米片在太阳能收集、储存与利用领域的开发研究

武汉理工大学宋少先院士

2.膨润土和沸石在水处理中的研究应用

——清华大学何仕均教授

3.管状高岭土(埃洛石)的开发利用及其功能材料

暨南大学刘明贤教授

4.粘土矿物在畜牧上的应用讨论

美国美泰克/天津美泰克饲料科技有限公司

周慧堂董事长

5.层状硅酸盐矿物对放射性铯环境行为及过程的调控机制

中科院西北生态环境资源研究院

范桥辉研究员

6.非金属材料行业供给侧改革细微样板试析（活性白土为例）

中国非矿协会膨润土专委会邵晨秘书长

7.凹凸棒石黏土的技术创新与发展

（1、新型农药控失助剂研发与试范；2、涂料；3、新一代空气净化，糖果分离系列新产品）

飞洲公司/安徽凹土创新联盟

顾文宇研发工程师

8.膨润土防水毯制备技术及国内外研究现状

武汉理工大学管俊芳教授

9.蒙脱石的环境属性与应用

华南师范大学化学与环境学院吴宏海教授

石墨方向：

1.我国煤系隐晶质石墨特性及应用

中国矿业大学（北京）刘钦甫教授

2.国内外石墨资源及市场状况分析

武汉理工大学张凌燕教授

3.多孔石墨烯的制备及其在分离分析领域的应用研究

李湛副研究员

4.晶质石墨层压粉碎-分质分选技术

中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所

刘磊博士/副研究员

综合类报告：

1.面向国家重大需求的非金属矿物材料的战略思考

中南大学杨华明教授

2.智能制造在非金属矿加工应用初探

浙江大学郭吉丰教授

3.湿法研磨技术在非金属矿微纳米粉体中的应用（湿法重钙等粉体在管材、型材、电缆等行业的应用）

长沙矿冶研究院张国旺教授

4.非金属矿物粉体的高值化加工工艺设备

山东埃尔派粉体科技股份有限公司

张景杰董事长

5.电磁仿真技术在高梯度磁选机磁系优化设计上的运用与实验对比分析

佛山市万达业机械股份有限公司

龚正华研发总监

6.多种类型非矿样品的激光粒度仪测试方法的开发

珠海欧美克仪器有限公司

沈兴志销售应用经理

7.非金属矿旋流器个性化设计及应用

威海市海王旋流器有限公司

李永峰选矿工程师

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【技术】硅微粉8大应用领域及研究进展

2023年石英及硅材料加工技术与装备高级研修班将于6月17-18日在安徽合肥举行，报名请关注V信公众号“粉体技术网”，欢迎石英矿、石英石、石英砂、石英粉、硅微粉等硅材料产业相关从业参加。

　　硅微粉可应用于覆铜板、橡胶、塑料、涂料、环氧塑封料、电工绝缘材料、胶黏剂、建筑材料等多个领域。不同领域对硅微粉的质量要求不同，因此硅微粉在应用的过程中，一定要考虑下游行业的需求。　　　　1、覆铜板　　　　覆铜板是将玻璃纤维或其他增强材料浸以树脂基体，添加不同的填料，通过调胶、浸润等工艺将一面或双面覆以铜箔并经热压而制成的一种电子基础材料。为降低覆铜板的生产成本，提高其耐热、导电性以及机械性能，通常需要在制备覆铜板的过程中加入无机填料，如硅微粉、滑石、氢氧化铝、氢氧化镁等，其中硅微粉以优良的物理、化学性能受到广泛的青睐。　　　　目前，应用于覆铜板的硅微粉可分为结晶硅微粉、熔融硅微粉、球形硅微粉及复合硅微粉。结晶硅微粉作为覆铜板的填料，可应用于生产要求较低的行业，价格较低，并且对覆铜板的热稳定性、刚度、热膨胀系数等方面的性能有一定的改善，因此在实际应用的过程中使用高纯度的结晶硅微粉更为普遍。例如，杨艳等采用环氧硅烷偶联剂对高纯度结晶型二氧化硅进行改性，制备FR4覆铜板。结果表明，通过加入二氧化硅填料的覆铜板的热膨胀系数和孔壁树脂收缩都有所改善。结晶硅微粉与熔融、球形硅微粉相比，存在密度较大、热膨胀系数较高、硬度大等问题，不利于填料在树脂中的分散性，并且可能影响覆铜板的应用性能。　　　　相对而言，熔融硅微粉则具有较低的密度、硬度、介电常数、热膨胀系数等优点，可应用于智能手机、平板电脑、网络通讯等行业，其主要缺点是制备过程中熔融温度较高，工艺复杂，生产成本高。　　　　球形硅微粉具有流动性好，在树脂中的填充量较大，制备的覆铜板性能更优异，主要应用于高频覆铜板的制备。例如，黄伟壮等探究了不同类型硅微粉对覆铜板耐热性的影响，通过将无定形硅微粉、类球形结晶型硅微粉、球形熔融型硅微粉分别作为填料制备覆铜板，测定了覆铜板的耐热及界面性能。结果表明，球形硅微粉能够更好地与环氧树脂相容，所制备的覆铜板耐热性能也较好，然而，目前球形硅微粉价格较高，生产工艺复杂，国内自给率偏低，高端产品主要依赖于进口，亟需实现本领域的技术突破。　　　　复合硅微粉又称低硬度硅微粉，主要是硅微粉与其他填料的混合物，以此降低硅微粉的硬度，具有易于加工，可减小钻头在制孔过程中的磨损，降低钻孔过程中的粉尘污染等优点，但是，复合硅微粉面临的主要问题是如何在保证覆铜板性能的情况下，进一步降低材料的生产成本。　　　　2、橡胶　　　　橡胶是具有可逆形变的高弹性聚合物材料，可广泛应用于电子、汽车、土木建筑、国防军工、医疗卫生以及生活用品等多个领域。在橡胶制备过程中，加入一定量的无机填料，不仅可以降低橡胶的生产成本，而且可显著提高橡胶复合材料的综合物理性能与动态力学性能。目前，炭黑是传统的橡胶补强填料，可以提高复合材料耐磨性、强度、刚性等性能。然而，炭黑颜色较深，无法生产半透明或有色产品，因此，研究者们选用硅微粉、粉煤灰、黏土等其他非黑体填料逐渐替代炭黑作为橡胶填料。　　　　硅微粉具有粒度小、比表面积大、耐热与耐磨性能好等优点，可提高橡胶复合材料的耐磨性、拉伸强度与模量、高撕裂等性能，然而，硅微粉表面含有大量的酸性硅醇基团，如不经过改性处理，将导致硅微粉在橡胶中分散不均匀，并且酸性基团易与碱性促进剂反应，延长橡胶复合材料的硫化时间。　　　　目前，硅微粉改性应用于橡胶的研究中，主要以硅烷偶联剂改性为主，如苯基三甲氧基硅烷、乙烯三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、（3-氨基丙基）三甲氧基硅烷等。　　　　在大量研究中，研究者们倾向于选择含硫原子的有机硅基团改性剂来改性硅微粉，以更好地与橡胶分子相容，但橡胶分子易与含硫的硅烷偶联剂之间反应导致“焦烧”现象，不利于橡胶复合材料的制备。　　　　例如，Kim等为进一步提高橡胶复合材料的性能，采用低聚液体异戊二烯橡胶在溶剂中对用氨基硅烷偶联剂预先改性的二氧化硅进行化学改性，然后将改性二氧化硅与丁基橡胶复合制备丁基橡胶－二氧化硅复合材料。结果表明，丁基橡胶－二氧化硅复合材料的固化时间和力学性能可以通过橡胶分子对二氧化硅表面进行化学改性来控制。Zheng等为解决橡胶复合材料在制备过程中，所产生的“分散性”和“焦烧”问题，通过组合酸聚氧乙烯醚（AEO）和3-巯基丙基三乙氧基硅烷（K-MEPTS）对纳米二氧化硅进行改性，将改性后的二氧化硅用于填充天然橡胶（NR），以制备二氧化硅-MR复合材料。结果表明，AEO在二氧化硅和橡胶之间形成物理界面，减少二氧化硅在橡胶基体中的聚集，提高了分散性；K-MEPTS则在二氧化硅与橡胶之间形成化学界面，增加了二氧化硅与橡胶之间的相容性。　　　　3、塑料　　　　硅微粉作为填料在制作塑料的过程中可用于聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、聚苯醚（PPO）等材料中，广泛应用于建筑、汽车、电子通信、绝缘材料、农业、日常生活用品、国防军工等多个领域。　　　　余志伟等以KH-550对粉石英进行改性，将改性后的粉石英与PE均匀混合制备PE塑料薄膜，可应用于农业大棚薄膜。结果表明，当粉石英的填充质量分数为8%-12%时，制备的农膜力学性能超过纯树脂薄膜，可满足国家标准要求。章云采用硅烷偶联剂对硅微粉进行改性，将改性后的硅微粉与聚苯醚材料混合，制备聚苯醚汽车塑料材料。结果表明，制备的材料具有硬度大、耐磨、耐高温、耐腐蚀等性能，能够应用于汽车塑料制品。　　　　4、涂料　　　　硅微粉作为填料可用于涂料行业，不仅可以降低制备涂料的成本，而且能够提高涂料的耐高温、耐酸碱、耐磨性、耐候性等性能，可广泛应用于建材、汽车、管道、五金、家用电器等领域。　　　　在建筑涂料方面，白文奎等将二氧化硅粉作为填料制备涂料，应用于建筑外墙漆，具有装饰效果好、稳定性强、造价低等优点。袁睿等以超细硅微粉作为苯丙涂料填料制备建筑涂料。结果表明，当硅微粉添加质量分数达到35%以上时，涂料的耐碱性、耐洗刷次数、吸水率、反射率等性能都有明显的改善。　　　　在乳胶涂料应用方面，选用的颜填料主要为钛白粉，但钛白粉价格昂贵且制备工艺复杂，因此，选用碳酸钙、无水硫酸钙、硅微粉等填料和钛粉粉配合使用已成为乳胶涂料的研究热点。汪鹏主等采用改性硅微粉代替部分钛白粉作为填料用于乳胶涂料制备。结果表明，当复合粉体中钛白粉和硅微粉的质量比为1:3时，所制得的乳胶涂料硬度大大提升，抗冲击强度、柔韧性也有明显改善。　　　　在环氧地坪涂料方面，硅微粉作为填料能够提高环氧地坪涂料的耐磨、耐酸碱、耐高温、机械强度等性能。胡高平等以不同粒径的硅微粉作为填料与环氧树脂、固化剂等原料进行混合制得耐强酸的环氧地坪涂料，且应用于冰乙酸蒸馏车间，可避免冰乙酸腐蚀地面造成的局部粉化现象。　　　　在阻燃绝缘涂料方面，刘综旺等将活化硅微粉添加到不饱和聚酯树脂中，制备聚酯绝缘漆。结果表明，活性硅微粉添加质量分数为35%时，绝缘漆的体积电导率、吸水性、力学强度得到明显改善。　　　　5、环氧塑封料　　　　环氧塑封料是由质量分数小于18%的环氧树脂为基体树脂、小于9%的高性能酚醛树脂为固化剂、70%-90%的无机填料、3%左右的多种助剂混配而成的塑封料，是电子封装的关键材料，占微电子封装97%以上的市场，可广泛应用于半导体、消费电子、集成电路、航空、军事等各封装领域。　　　　硅微粉是环氧塑封料的主要功能性填料，约占所有填料的90%以上。张建英等采用KH-550对硅微粉进行改性，并将改性与未改性的硅微粉分别与邻甲酚醛环氧树脂为基体树脂、线型酚醛固化剂、催化剂DMP-30进行混合，制备环氧树脂塑封料。结果表明，当硅微粉填充量为80%时，与未改性硅微粉作为填料制备的塑封料相比，改性硅微粉充当填料制备的塑封料的导热系数、介电强度、熔融指数、体积电阻率明显提高。　　　　不同行业对环氧塑封料的性质要求不同，而环氧塑封料的性质主要由硅微粉质量决定的。通常，中低端环氧塑封料多采用角形硅微粉，而高端环氧塑封料主要以球形硅微粉为主。如分立器件和小型集成电器使用的塑封料主要是以结晶、熔融型硅微粉为填料；高热导型封装功率器件使用的塑封料主要以结晶硅微粉和其他高导热材料为填料；对于低膨胀型、低翘曲型封装大规模集成电路使用的塑封料　　主要以球形硅微粉为填料；低模量型封装存储器等器件使用的塑封料主要以低射线球形硅微粉为填料。　　　　6、电工绝缘材料　　　　电工绝缘材料是使电器元件之间以及元件和地面之间绝缘的一种复合材料，广泛应用于电力输送、轨道交通、航空航天、风能、核能以及其他电机领域。不同行业在使用绝缘材料的过程中，对其耐热性、绝缘性以及抗腐蚀性等特性都有一定的要求，硅微粉作为填料制备绝缘材料可使其机械性能和电学性能得到有效改善。例如，Abdel-Gawad等为提高地下电缆的绝缘性和机械性能，选用成本低、介电性能和加工性能优异的PVC作为基料，将经氨基硅烷偶联剂改性的纳米SiO2作为填料，制备PVC-SiO2纳米复合材料。结果表明，与未功能化的PVC相比，功能化纳米粒子结合到聚合物绝缘材料中，其介电常数和机械性能得到有效改善。赵青洋等以LDPE作为基料、将KH-550改性的硅微粉作为填料，制备高绝缘性LDPE复合材料。结果表明，以改性硅微粉作为导热填料制备的复合材料，其绝缘性、电气强度、拉伸强度、导热系数、体积电导率等性能有明显的改善。　　　　7、胶黏剂　　　　胶黏剂能将2种或2种以上同质或异质材料结合在一起，在人们日常生活中发挥着重要的作用，广泛应用于制鞋与皮革、家具、建筑材料、家用电器、木材加工、生物医疗等多个领域。为克服传统胶黏剂强度低、耐热性能及贮存稳定性差等问题，通常将硅微粉作为填料用于胶黏剂的制备，不仅可以降低胶黏剂的生产成本，而且能够提高胶黏剂的热稳定性、机械强度等性能。　　　　8、人造石英板　　硅微粉作为填料应用于人造石英板，不仅可以降低不饱和树脂消耗量，而且对人造石英板的耐磨、耐酸碱、机械强度等性能有一定的改善。例如，刘会臣等提出将硅烷偶联剂改性后的硅微粉应用于人造石英板中，可减少不饱和树脂的用量，对降低人造石英板的加工成本具有一定的意义。　　　　硅微粉不同的应用领域对其质量要求存在差异，因此在选择硅微粉应用时，应结合下游行业的需求，综合成本、效能、性能等多方面因素进行考虑，选择合适的硅微粉类型及改性工艺与配方。随着我国经济社会的不断提高，硅微粉的应用研究将主要集中在以球形硅微粉为原料生产的高端覆铜板、高端涂料、高性能胶黏剂、绝缘材料等高技术领域，精细化和功能专业化将是未来硅微粉应用的主流方向。　　　　资料来源：《钱晨光,谭琦,李春全,郑水林,孙志明.硅微粉表面改性及其应用研究进展[J].中国粉体技术,2022,28(05):1-10》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！　　　　　　