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激光粒度仪在硅微粉粒度检测中的应用

来源:济南微纳 浏览次数: 日期:2015年10月21日 16:12

一、硅微粉

   微粉是由天然石英(SiO2)或熔融石英(天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO2)经破碎、球磨(或振动、气流磨)、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉。硅微粉呈灰色,颗粒呈球形,极细,最细颗粒小于0.01UM,平均粒径0.1-0.3UM,常温下易结合成较松的块状,具有较高的胶凝性和吸附能力, 硅微粉是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料。由于它具备耐温性好、耐酸碱腐蚀、导热性差、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能,被广泛用于化工、电子、集成电路(IC)、电器、塑料、涂料、高级油漆、橡胶、国防等领域。随着高技术领域的迅猛发展,硅微粉亦将步入新的历史发展时期。

    受国内微电子工业的飞速发展的拉动,球形硅微粉的用量与日剧增。球形硅微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,市场前景广阔。

二、硅微粉行业发展现状

我国硅质原料资料资源丰富,有水晶、半透明及乳白色脉石英、变质石英岩、沉积石英岩、海相沉积石英砂、河湖相沉积石英砂、粉石英等类型。随着硅质原料被大量开发利用,高品质的硅质原料逐渐减少;为了满足产量逐年提高的硅微粉用原料的要求,部分硅质原料必须经过矿选提纯达到质量标准后,才能来加工硅微粉。

   据调查,目前国内生产硅微粉的能力约25万吨,主要是普通硅微粉,而高纯超细硅微粉大量依靠进口。初步预测2005年我国对超细硅微粉的需求量将达6万吨以上。其中,橡胶行业是最大的用户,涂料行业是重要有巨大潜力的应用领域,电子塑封料、硅基板材料和电子电器浇注料对高纯超细硅微粉原料全部依靠进口,仅普通球形硅微粉的价格2—3万元/吨,而高纯超细硅微粉的价格则高达几十万元/吨以上

   国内目前生产的主要是角形结晶硅微粉和角形榕融硅微粉,虽然能满足国内市场的需求,也有部分出口,但大部分产品档次叫低。国内市场需求的高档硅微粉如球形硅微粉,超细硅微粉仍依赖国外进口。

三、硅微粉的粒度控制

  随着我国微电子工业、国防工业及其他高新技术的飞速发展,要求硅微粉必须满足高纯、超细及球形化的要求、所以,硅微粉的加工过程的污染、粒度控制、纯度控制、放射性元素控制等问题更需要严格把控。

     硅微粉可按照不同的标准进行分类,其粒度大小成为衡量其质量的一个重要指标。按用途划分,硅微粉可划分为:油漆涂料用硅微粉、环氧地坪用硅微粉、橡胶用硅微粉、密封胶用硅微粉、. 电子级和电工级塑封料用硅微粉、精密陶瓷用硅微粉。不同用途的硅微粉其粒度要求也不一样。如: 油漆涂料用硅微粉,目数: 600-2500目 。环氧地坪用硅微粉,目数: 600-1250目。

按级别划分,硅微粉可分为:普通硅微粉、电工级硅微粉、电子级硅微粉、熔融硅微粉、超细硅微粉、“球粒”硅微粉 。在不同的级别中对硅微粉的粒度要求是不一样的,其中“球粒”硅微粉选用高品质石英原矿,细度在325目至5000目之间, 具有合理可控的粒度范围,外观为白色粉末状。

四、硅微粉的球形度检测

    球形硅微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,它在环氧树脂体系中作为填料后,可节约大量的环氧树脂。

    硅微粉为什么要球形化? 首先,球的表面流动性好,与树脂搅拌成膜均匀,树脂添加量小,并且流动性最好,粉的填充量可达到最高,重量比可达90.5%。因此,球形化意味着硅微粉填充率的增加,硅微粉的填充率越高,其热膨胀系数就越小,导热系数也越低,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。

    其次,球形化制成的塑封料应力集中最小,强度最高,当角形粉的塑封料应力集中为1时,球形粉的应力仅为0.6,因此,球形粉塑封料封装集成电路芯片时,成品率高,并且运输、安装、使用过程中不易产生机械损伤。

    其三,球形粉摩擦系数小,对模具的磨损小,使模具的使用寿命长,与角形粉的相比,可以提高模具的使用寿命达一倍,塑封料的封装模具价格很高,有的还需要进口,这一点对封装厂降低成本,提高经济效益也很重要。

    颗粒球形度是颗粒基本参数之一。球形度的大小直接影响了颗粒的流动性和堆积性。目前球形的度的检测主要靠显微镜。

五、激光粒度仪在硅微粉行业的应用

   在球形硅微粉制备及应用过程中,球形度及粒度检测是至关重要的。显微图像颗粒分析仪,它采用图像采集与分析软件,将计算机与颗粒粒度及粒形分析理论完美结合,再或得颗粒图像的同时,将颗粒的粒度、球形度、长径比、庞大率、表面等相关颗粒大小和形状的表征参数以特征值和分布形式呈现出来。本次硅微粉测试采用的是Winner99E,测试报告如下:

处理前                                              处理后

                     

               

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