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    廣東鑫川礦業球形石英硅微粉在芯片環氧塑封料的應用

     硅微粉即石英粉,是以天然乳白色石英、熔煉石英為原料,經初選、破碎、研磨、提純、脫水、分級等工藝精制而成,其質純、色白、顆粒均衡。其主要特性如下:

     。、硅微粉系中性無機填料,顆粒細微均衡,并可制成超細微粉;能與各類環氧樹脂混合,浸潤性好,吸附特性優良,無結團現象。

     。、配方中加入硅微粉后可降低環氧樹脂固化物反應的放熱峰值溫度,降低固化收縮率與線膨脹系數,減小內應力,有效地防止固化物開裂。

     。、加入硅微粉能提高硬度,增加導熱系數,降低產品成本。

     。、硅微粉顆粒細,比表面積大,懸浮性能顯著,無分層現象,有效地提高了澆注件的質量。

     。、硅微粉純度高,性能穩定,電絕緣性能優異,尤其適宜作絕緣澆注的填料。

     

    環氧模塑料中采用的填料主要是二氧化硅粉(俗稱硅微粉),具有介電性能優異、熱膨脹系數低、熱導率高及價格低等特點,用它作填充料主要目的是使環氧模塑料熱膨脹系數、吸水率、成型收縮率及成本降低;耐熱性、機械強度、介電性能及熱導率提高。硅微粉在環氧模型料中含量高達6090%,它們性能優劣對環氧模塑料品質有著十分重要的影響。

     

        硅微粉有2類:一是結晶型硅微粉,它的顆粒外形為角形,因此又稱為角形結晶型硅微粉;二是熔融型硅微粉,它的顆粒外形有角形的,也有球形的,所以稱為角形熔融型硅微粉和球形熔融型硅微粉。含鈾量低的石英石可加工成低鈾含量的結晶型硅微粉和熔融型硅微粉。采用化學合成方法制備的球形熔融型硅微粉鈾含量很低,但價格很高。石英石是結晶型的二氧化硅石經19002500℃高溫燒制后轉化成熔融型或者稱無定型二氧化硅石塊。結晶型硅微粉特點是熱導率高、價格低;熔融型硅微粉特點是熱膨脹系數低、價格較高,合成球形硅微粉鈾含量低但價格昂貴。根據環氧模塑料性能及用途不同可采用不同類型的硅微粉,采用鈾含量低的填充料制備的環氧模塑料可用于塑封超大規模集成電路,目的是避免現所謂“軟誤差”現象。

     

        微粉顆粒形狀、大小及其分布怎樣?中國環氧樹脂行業協會專家介紹說,它的顆粒是球狀的稱為球形硅微粉,顆粒為角狀的稱為角形硅微粉,用掃描電鏡可以清晰辨認出。硅微粉的顆粒粒徑一般在0.1150um范圍內,中位粒徑d50=550,粒度分布可用激光粒度分布儀測定。硅微粉制備工藝并不十分復雜,硅微粉是由普通硅石經粉碎、純化處理,過篩分類等工序獲得角形結晶硅微粉,把它高溫熔融后噴射成球,過篩分類則得球形硅微粉,普通硅石經熔融、粉碎、純化處理、過篩分類得到角形熔融硅微粉。低a一射線硅石經相似工序可獲得低a.射線的角形或球形硅微粉;另一途徑是合成法制備低a-射線的硅微粉,方法是通過控制正硅酸乙酯、四氯化硅的水解制得球形硅微粉。

     

        填料在硅微粉的主要作用是提高熱導率,降低熱膨脹系數和成型收縮率,還可起到增強作用,提高可靠性;但同時會導致模塑料的黏度增加,降低成型性,所以填充量要選擇適當。在使用無機填料的過程中,還要對它進行表面改性。改變填料表面的物理化學性質,提高其在樹脂和有機聚合物中的分散性,增進填料與樹脂等基體的界面相容性,進而提高材料的力學性能和耐濕性能,是作為填料的礦物粉體表面改性的最主要的目的。粉體的表面改性方法有多種,根據改性性質的不同可分為物理方法、化學方法、包覆方法,根據具體工藝的差別分為涂覆法、偶聯劑法、煅燒法和水瀝濾法,根據改性作用的性質、手段和目的,分為包覆法、沉淀反應法、表面化學法、接枝法、機械化學法。制備環氧模塑料時通常采用表面化學方法改性,即通過表面改性劑與顆粒表面進行化學反應或化學吸附來完成表面化學改性。中國環氧樹脂行業協會專家表示,一般使用的表面改性劑主要是偶聯劑、高級脂肪酸及其鹽、不飽和有機酸和有機硅等。

     

        環氧模塑料中通常使用的表面改性劑是偶聯劑。偶聯劑按照化學結構分為硅烷類、鈦酸酯類、鋯類和有機鉻化合物等類型,偶聯劑等改性劑對填料表面進行的改性及應用主要有預處理法和整體摻合法。預處理法是將填料粉體首先進行表面改性再加人到基體中形成復合體,預處理法又分為干式處理法和濕式處理法。整體摻合法將塑料等制品的部分加工工藝與填料的改性工藝相結合,具體過程是:填料與高分子聚合物混煉時加入偶聯劑原液,然后經成型加工或高剪切混合擠出直接制成母料。一般認為預處理改性的效果優于整體摻合法,因為在有樹脂存在時偶聯劑受到稀釋,而且還可能因樹脂的作用而相互結塊。由于填充料是環氧模塑料含量最大的組分,所以填充料對環氧模塑料的力一學性能、密封性能、電學性能都有很大的影響。而填充料的表面改性技術直接影響著環氧模塑料密封性能及粘接性能,是各環氧模塑料生產與研究單位的核心技術。

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