一文詳解硅微粉在集成電路覆銅板中的應(yīng)用

1、集成電路覆銅板用硅微粉簡介

集成電路是指采用半導(dǎo)體制造工藝，把電阻、電容、電感、二極管及晶體管等元件及布線互連在一個電路中，實現(xiàn)元件與電路系統(tǒng)結(jié)合的一種微型電子器件或部件。具有體積小、安裝方便、可靠性高、專用性強以及元器件的性能參數(shù)比較一致等優(yōu)點，已被普遍應(yīng)用于計算機、通訊電子以及通信等各種領(lǐng)域。
覆銅板（英文簡稱：CCL）作為集成電路的主要載體，在集成電路中充當工業(yè)基礎(chǔ)材料。覆銅板是以增強材料浸漬不同性能的樹脂，添加不同的填料（比如硅微粉）經(jīng)干燥后在一面或兩面覆以銅箔，經(jīng)過熱壓而成的板狀材料。主要由基板、銅箔和覆銅板粘合劑三大部分構(gòu)成，其中基板是由高分子合成樹脂、增強材料和填料組成的絕緣層壓板。

覆銅板行業(yè)應(yīng)用的無機填料有很多種，如滑石、氫氧化鋁、氧化鋁、硅微粉等，覆銅板廠家主要根據(jù)覆銅板的性能來選擇相應(yīng)的填料。目前產(chǎn)量較大的FR-4覆銅板主要采用硅微粉作為填料。

2、覆銅板用硅微粉的種類

硅微粉產(chǎn)品系列比較復(fù)雜，應(yīng)用十分普遍。目前應(yīng)用于集成電路覆銅板的硅微粉主要有結(jié)晶型硅微粉、熔融型硅微粉、球形硅微粉、復(fù)合硅微粉、活性硅微粉等五個品種。

（1）結(jié)晶型硅微粉
即精選優(yōu)選石英礦，經(jīng)洗礦、破碎、磁選、超細碎、分級等工藝加工而成的石英粉。結(jié)晶型硅微粉在覆銅板行業(yè)中的應(yīng)用在國外起步較早，國內(nèi)硅微粉廠家在2007年前后具備此種粉體的生產(chǎn)能力。使用結(jié)晶硅微粉后，覆銅板的的剛度、熱穩(wěn)定性和吸水率都有較大幅度的改善，隨著覆銅板市場的快速發(fā)展，結(jié)晶硅微粉的產(chǎn)量和質(zhì)量都有了較大幅度的提高。
其主要缺點是：對樹脂體系的影響不是的，分散性和耐沉降性不如熔融球形硅微粉、耐沖擊性比不上熔融透明硅微粉，熱膨脹系數(shù)很高，且硬度大，加工困難。

（2）熔融硅微粉
即精選具有優(yōu)選晶體結(jié)構(gòu)的石英原料，經(jīng)酸浸、水洗、風干、再經(jīng)高溫熔融、破碎、人工分揀，磁選、超細碎、分級等工藝精制而成的硅微粉。相比結(jié)晶型硅微粉，它具有更低的密度（2.2g/cm3），更低的介電常數(shù)，更低的熱膨脹系數(shù)（0.5×10-6/K），該種粉體主要在高頻覆銅板中作為填料使用。
其主要缺點是：熔融溫度較高，對于企業(yè)生產(chǎn)能力要求較高，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，一般產(chǎn)品介電常數(shù)過高，影響信號傳遞速度。

（3）復(fù)合型硅微粉
又稱低硬度硅微粉。采用數(shù)種無機礦物經(jīng)精確配比熔制成無定型態(tài)玻璃體，經(jīng)破碎、磁選、超細碎、分級等工藝加工而成的硅微粉。此種粉體莫氏硬度在5.5左右，二氧化硅的成份被降低，化學成份的改變，可以有效降低硅微粉硬度，減小鉆頭在鉆孔制程中的磨損，減小鉆孔過程中的粉塵污染。

（4）球形硅微粉
球形二氧化硅是通過物理或化學方法生產(chǎn)加工獲得的、顆粒形貌為球形的無定型二氧化硅粉體材料，平均粒度可以從微米級到亞微米、納米級。球形二氧化硅由于其特有的高填充、流動性好、介電性能優(yōu)異的特點，主要應(yīng)用在高填充、高可靠的高性能覆銅板中。覆銅板用球形二氧化硅關(guān)注的主要指標有：粒徑分布、球形度、純度（電導(dǎo)率、磁性物質(zhì)和黑點）。

球形二氧化硅的制備方法有：高頻等離子體法、直流等離子體法、碳極電弧法、氣體燃燒火焰法、高溫熔融噴霧造粒法以及化學合成法等，其中有工業(yè)化應(yīng)用前景的制備方法是氣體燃燒火焰法。目前我國能夠生產(chǎn)高純球形二氧化硅、亞微米級球形二氧化硅的企業(yè)數(shù)量很少，主要分布于江蘇連云港、安徽蚌埠、浙江湖州等地區(qū)。

等離子體設(shè)備示意圖

火焰熔融法

覆銅板使用的球形二氧化硅采用氣體燃燒火焰法生產(chǎn)，由于其表面性質(zhì)特殊，在后續(xù)應(yīng)用時與有機體系的相容性差，難于均勻分散于有機體系中，嚴重影響其應(yīng)用效果，需要對球形二氧化硅產(chǎn)品進行應(yīng)用技術(shù)研究。球形二氧化硅的應(yīng)用技術(shù)主要包括：分散技術(shù)、表面處理技術(shù)和復(fù)配技術(shù)。

（5）活性硅微粉

即向硅微粉添加適量偶聯(lián)劑，在適當?shù)臏囟认赂男远傻墓栉⒎?。此種粉添加在樹脂中具有很低的粘度，和樹脂的結(jié)合性能強，做成的板材具有很好的抗剝離強度，優(yōu)異的耐高溫性能，同時還可以改善鉆孔性能。

其主要缺點是：目前覆銅板廠家所采用的樹脂體系不盡相同，硅微粉生產(chǎn)廠商難以做到同一種產(chǎn)品適用所有用戶的樹脂體系，且覆銅板廠由于使用習慣，更愿意自己添加改性劑，因此活性硅微粉在覆銅板行業(yè)的推廣使用尚須時日。

3、快速發(fā)展的熔融硅微粉

隨著各類先進通信技術(shù)的發(fā)展，多種高頻設(shè)備都已被普遍應(yīng)用，其市場每年都以15-20%的速度增長，這必將在一定程度上帶動熔融硅微粉市場的快速發(fā)展。

極具活力的球形粉市場

印制電路板基板材料正在朝著薄型化、小型化方向發(fā)展，目前許多便攜式電子產(chǎn)品包括電腦、手機、家用電器等都在不斷推進它“輕、薄、小”和多功能的優(yōu)勢特征，對覆銅板材料也提出了層數(shù)更多、厚度更薄的質(zhì)量要求。

隨著電子產(chǎn)品向集成化、小型化方向的發(fā)展，未來覆銅板的比重將明顯提高。在良好的市場環(huán)境和現(xiàn)有的科技水平下更要求國內(nèi)硅微粉生產(chǎn)廠商能夠推出具有高純度、高流動性、低微粒、低膨脹系數(shù)的球形硅微粉產(chǎn)品，因此未來球形硅微粉在覆銅板行業(yè)的應(yīng)用前景將具有極強的發(fā)展活力。
另據(jù)統(tǒng)計，目前環(huán)氧模塑料和覆銅板用球形二氧化硅全球年需求量超過10萬噸，其中覆銅板用球形二氧化硅約占1萬噸。隨著國內(nèi)球形二氧化硅生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提升，產(chǎn)品價格的進一步降低，球形二氧化硅在覆銅板中應(yīng)用有望進一步擴大，從而帶動覆銅板性能和技術(shù)的提升。

值得期待的活性硅微粉市場

采用活性硅微粉作填料可以使覆銅板的一些性能得到明顯改善，目前市場上已經(jīng)有硅微粉廠家在推出活性硅微粉產(chǎn)品，但使用效果較差。國外通常用十幾種偶聯(lián)劑對硅微粉進行改性，國內(nèi)往往只用幾種，且粉體易產(chǎn)生團聚，改性劑對粉體包裹分布不均勻，很難達到理想的改性效果。若想在覆銅板領(lǐng)域大量推廣使用活性粉，硅微粉廠家任重道遠。