硅微粉10大应用领域及特点
硅微粉是一种以二氧化硅为主要成分的无机非金属材料,是以结晶石英、熔融石英等为原料,经研磨、精密分级、除杂等工艺加工而成的二氧化硅粉体,其介电性能优异,热膨胀系数低,导热系数高,广泛用于覆铜板、环氧塑封料、绝缘材料、胶粘剂、涂料、陶瓷等领域。
1、覆铜板
覆铜板是结构为“铜箔+介质绝缘层(树脂和增强材料)+铜箔”的、用于制造印制电路板的重要基材,是各类电路系统的上游基础材料。
覆铜板用填充料的选择包括硅微粉、氢氧化铝、氢氧化镁、滑石粉、云母粉等材料,其中硅微粉因其在耐热性、机械性能、电性能以及在树脂体系中的分散性都具有相对优势,可用于提高耐热性及耐湿热性、提高薄型化覆铜板的刚性、降低热膨胀系数、提高尺寸稳定性、提高钻孔定位精度与内壁平滑性、提高层间或绝缘层与铜箔间的粘接性等,因此在覆铜板填料中备受青睐。
球形硅微粉性能最佳但成本高,仅在高端覆铜板领域运用。在导热性、填充性、热膨胀性以及介电性能方面,球形硅微粉的性能都更为优异,但从价格上来看,角形硅微粉更低,因此综合性能和成本考虑,目前球形硅微粉主要应用在高端覆铜板领域,如高频高速覆铜板、IC载板等,并且越高端的应用场景、添加比例越高。
2、环氧塑封料
环氧塑封料是由环氧树脂为基体树脂,以高性能酚醛树脂为固化剂,加入硅微粉等为填料,以及添加多种助剂混配而成的粉状模塑料,是集成电路等半导体封装必需材料(半导体封装中有97%以上采用环氧塑封料)。
由于纯的环氧树脂具有高的交联结构,存在质脆、耐热性不够好、抗冲击韧性差等缺点,因此需要添加具有耐热和强固化效果的填充料,硅微粉就是常用的填充料之一,通常在环氧塑封料中占据60%-90%的比例,其含量甚至可高达90%。
作为填充物,硅微粉具有多种优势:它能显著降低塑封料的热膨胀系数,提高热传导能力,降低介电常数;同时,其环保和阻燃特性、防潮作用以及增强塑封料强度的性能,使其在芯片封装中被广泛应用,还能有效降低封装成本。
此外,硅微粉填充到环氧塑封料中后,可显著提高环氧树脂的硬度,增大导热系数,降低环氧树脂固化物反应的放热峰值温度,降低线性膨胀系数与固化收缩率,减小内应力,提高机械强度,使其线性膨胀系数无限接近于芯片,从而减少开裂现象,防止外部有害气体、水分及尘埃进入电子元器件或集成电路,减缓震动,防止外力对芯片造成损伤,稳定元器件性能。
为达到无限接近于芯片的线性膨胀系数,硅微粉在集成电路封装材料的填充量通常在75%以上,硅微粉企业通常将平均粒径为0.3-40µm之间的不同粒度产品进行复配以实现高填充效果。因此环氧塑封料领域对硅微粉的功能需求更多的体现在低线性膨胀系数、高散热性、高机械强度、高绝缘等方面,对硅微粉的粒度分布等高填充特性有关指标有较高要求。
3、电工绝缘材料
硅微粉用于电工绝缘产品能够有效降低固化物的线性膨胀系数和固化过程中的收缩率,减小内应力,提高绝缘材料的机械强度,从而有效改善和提高绝缘材料的机械性能和电学性能。因此该领域客户对硅微粉的功能需求更多的体现在低线性膨胀系数、高绝缘性以及高机械强度等方面,而对其介电性能和导热性的需求程度较低。
电工绝缘料领域通常根据电工绝缘制品特点及其生产工艺的要求选用平均粒径为5-25µm之间的单一规格硅微粉产品,并对产品白度、粒度分布等有较高要求。
4、胶粘剂
硅微粉填充在胶粘剂树脂中可有效降低固化物的线性膨胀系数和固化时的收缩率,提高胶粘剂机械强度,改善耐热性、抗渗透性和散热性能,从而提高粘结和密封效果。
硅微粉粒度分布会影响胶粘剂的粘度和沉降性,从而影响胶粘剂使用的工艺性和固化后的线性膨胀系数,因此胶粘剂领域关注硅微粉在降低线性膨胀系数和提高机械强度方面的功能,对硅微粉外观、粒度分布要求较高,并且通常采用平均粒径为0.1-30µm之间的不同粒度产品进行复配使用。
5、蜂窝陶瓷
汽车尾气净化用蜂窝陶瓷载体和柴油发动机尾气净化用堇青石材料的汽车尾气过滤器DPF,以氧化铝、硅微粉等多种材料经混合、挤出成型、干燥、烧结等加工制得。球形硅微粉可以提高蜂窝陶瓷制品成型率、稳定性。