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矽微粉（SiO2）是一種無味、無毒、無汙染的無機非金屬材料。近年來球形矽微粉成為了國內粉體研宄中的一個熱點內容。球形矽微粉在大規模積體電路封裝、航工航天、塗料、醫藥及日用化妝品等領域應用較多，是一種不可替代的重要填料。

圖片來源：聯瑞新材

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球形矽微粉

特性

球形矽微粉為白色粉末，純度比較高，顆粒很細，具有良好的介電效能與導熱率，並具備膨脹係數低、高耐熱、高耐溼、高填充量、低膨脹、低應力、低雜質、低摩擦係數等優點。與角形矽微粉相比，球形矽微粉具有以下優點。

（1）球的表面流動性好，與樹脂攪拌成膜均勻，使得樹脂的新增量小，矽微粉的填充量達到最高，因此球形化意味著矽微粉填充率的增加，而矽微粉的填充率越高，其熱膨脹係數就越小，導熱係數也越低，也就越接近單晶矽的熱膨脹係數，由此生產的電子元器件的使用效能也越好。

（2）與角形矽微粉製成的塑封料相比，球形的塑封料應力集中最小、強度最高，當角形粉的塑封料應力集中為1時，球形粉的應力僅為0。6。由此製成的微電子器件成品率高，便於運輸、安裝，並且在使用過程中不易產生機械損傷。

（3）相比於角形矽微粉，球形粉摩擦係數小，對模具的磨損小，使得模具的使用壽命可提高一倍。

2球形矽微粉

發展現狀

世界上只有中國、美國、德國、日本等少數國傢俱備矽微粉生產能力。我們國家盛產石英並且礦源分佈廣泛，全國範圍內的大小矽微粉廠近百家，但基本上都屬於鄉鎮企業。由於國內大部分生產企業規模小、品種單一，採用非礦工業的常規加工裝置，在工藝過程中缺乏系統的控制手段，很多企業矽微粉產品的純度、粒度以及產品質量穩定性差，難以與進口產品抗衡。

目前，高階的球形矽微粉生產企業主要有：日本龍森公司、電化株式會社、日本新日鐵公司、日本雅都瑪公司等，國內企業包括聯瑞新材和浙江華飛電子基材有限公司。電化株式會社、日本龍森公司和日本新日鐵公司三家企業合計佔據了全球球形矽微粉70%的市場份額，日本雅都瑪公司則壟斷了1微米以下的球形矽微粉市場。

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球形矽微粉製備方法

目前國內外製備球形矽微粉的方法有物理法和化學法。物理法主要有火焰成球法、高溫熔融噴射法、自蔓延低溫燃燒法、等離子體法、和高溫煅燒球形化等；化學方法主要有氣相法、水熱合成法、溶膠-凝膠法、沉澱法、微乳液法等。

3.1

火焰成球法

火焰成球法的工藝流程為：首先對高純石英砂進行粉碎、篩分和提純等前處理，然後將石英微粉送入燃氣-氧氣產生的高溫場中，進行高溫熔融、冷卻成球，最終形成高純度球形矽微粉。

火焰成球法生產工藝更加簡單，有利於進行大規模工業生產，發展前景較好。透過火焰成球法制備的球形矽微粉可以符合積體電路封裝需求。

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高溫熔融噴射法

高溫熔融噴射法是將高純度石英在2100-2500℃下熔融為石英液體，經過噴霧、冷卻後得到的球形矽微粉，其表面光滑，球形化率和非晶形率均可達到100％。高溫熔融噴射法易保證球化率和無定形率，但該技術的難度是高溫材料，粘稠的石英熔融液體的霧化系統以及解決防止汙染和進一步提純的問題。

3.3

氣相法

氣相法是以矽滷烷作為原料，在高溫條件下水解制備得到超細球形二氧化矽微粉。經水解反應的二氧化矽分子互相凝集形成球形顆粒，這些顆粒互相碰撞融合形成聚集體，這些聚集體便凝聚形成球形粉體。

該方法制備的產品中HCl等雜質含量高，pH低，不能作為主材料應用於電子產品中，只能少量加入，調整黏度、增加強度等功能，另外原料昂貴，裝置要求較高，技術較複雜。

3.

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化學

沉澱法

沉澱法製備矽微粉是以水玻璃和酸化劑為原料，適時加入表面活性劑，控制反應溫度，在沉澱溶液pH值為8時加入穩定劑，所得沉澱經洗滌、乾燥、煅燒後形成矽微粉。沉澱法生成的矽微粉粒徑均勻且成本低，工藝易控制，有利於工業化生產，但存在一定的團聚現象。

3.

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水熱合成法

水熱合成法是液相製備奈米粒子的一種常用方法，一般在100-350℃溫度和高氣壓環境下，使無機和有機化合物與水化合，利用強烈對流（釜內上下部分的溫度差而在釜內溶液產生）將這些離子、分子或離子團被輸運到放有籽晶的生長區（即低溫區）形成過飽和溶液，繼而結晶。得到的無機物再經過濾、洗滌和乾燥，最終得到高純、超細的微粒子。

水熱法的可直接生成氧化物，避免了一般液相合成法需要經過鍛燒轉化成氧化物這一步驟，從而降低了硬團聚的形成機率。

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球形

矽微粉

應用

領域

4.1

電子與電器行業

電子器件通常採用環氧塑封料（EMC）進行封裝，而矽微粉作為常規用途的優良填充料，可以使環氧塑封料獲得高性價比。球形矽微粉則因其高填充、高流動、低磨損、低應力的特性大量用於高階半導體器件封裝。特別是精確控制粗大粒子的球形矽微粉，還可用於窄間隙封裝的環氧塑封料，以及底部填充劑（Underfiller）、球形封裝（Globetop）等液體封裝樹脂的填充料和各種樹脂基板（Substrate）用填料。

電子與電器產品中的電源等元件常採用環氧或有機矽的電子灌封膠進行固封。結晶矽微粉、熔融矽微粉、球形矽微粉可以根據熱膨脹係數、導熱性、粘度、成本等多方面的考量進行選用作為灌封膠填料。

4.3

蜂窩陶瓷

汽車尾氣淨化用蜂窩陶瓷載體和柴油發動機尾氣淨化用堇青石材料的汽車尾氣過濾器DPF（DieselParticulateFilter），以氧化鋁、矽微粉等多種材料經混合、擠出成型、乾燥、燒結等加工製得。球形矽微粉可以提高蜂窩陶瓷製品成型率、穩定性。

4.4

油漆與塗料

球形矽微粉可以為塗料應用在耐刮擦、流平性、透明度、耐候性等方面帶來優異的效能表現，其中包括裝飾漆、木器漆、粉末塗料、防腐塗料、地坪塗料等。

4.5

膠黏劑

球形矽微粉可以用於風電葉片及類似大型複合材料結構件的粘接用膠、建築結構膠等膠黏劑領域，使得膠黏劑具有適當的粘度、優異的觸變性和抗流掛性，粘接強度高、抗疲勞。

4.6

尖端應用領域

亞微米球形矽微粉非常適合降低各種樹脂和油漆的粘度，以及改善流動性，減少毛邊等用途，廣泛適用於半導體封裝用各種樹脂的流動性助長以及毛邊減少的新增劑、炭粉外添劑、矽橡膠填充料、燒結材料和助劑、液體封裝材料用填料、各種樹脂填料、樹脂基板、窄間隙用途。