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球形硅微粉在電子行業的應用
2015年01月23日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:3097
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       隨著微電子工業的迅猛發展,大規模、超大規模集成電路對封裝材料的要求也越來越高,不僅要求對其超細,而且要求其有高純度、低放射性元素含量,特別是對于顆粒形狀提出了球形化要求。高純超細熔融球形石英粉(簡稱球形硅微粉)由于其有高介電、高耐熱、高耐濕、高填充量、低膨脹、低應力、低雜質、低摩擦系數等優越性能,在大規模、超大規模集成電路的基板和封裝料中,成了不可缺少的優質材料。



       為什么要球形化?首先,球的表面流動性好,與樹脂攪拌成膜均勻,樹脂添加量小,并且流動性最好,粉的填充量可達到最高,重量比可達90.5%,因此,球形化意味著硅微粉填充率的增加,硅微粉的填充率越高,其熱膨脹系數就越小,導熱系數也越低,就越接近單晶硅的熱膨脹系數,由此生產的電子元器件的使用性能也越好。其次,球形化制成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,因此,球形粉塑封料封裝集成電路芯片時,成品率高,并且運輸、安裝、使用過程中不易產生機械損傷。其三,球形粉摩擦系數小,對模具的磨損小,使模具的使用壽命長,與角形粉的相比,可以提高模具的使用壽命達一倍,塑封料的封裝模具價格很高,有的還需要進口,這一點對封裝廠降低成本,提高經濟效益也很重要。


 球形硅微粉電鏡圖片

      球形硅微粉,主要用于大規模和超大規模集成電路的封裝上,根據集程度(每塊集成電路標準元件的數量)確定是否球形硅微粉,當集程度為1M到4M時,已經部分使用球形粉,8M到16M集程度時,已經全部使用球形粉。250M集程度時,集成電路的線寬為0.25μm,當1G集程度時,集成電路的線寬已經小到0.18μm,目前計算機的CPU芯片,已經達到了幾十納米級線寬的程度。所用的球形粉為更高檔的,主要使用多晶硅的下腳料制成正硅酸乙脂與四氯化硅水解得到SiO2,也制成球形,其顆粒度分布0-20μm(粗顆粒上限可調)。這種用化學法合成的球形硅微粉比用天然的石英原料制成的球形粉要貴近10倍,其原因是這種粉基本沒有放射性α射線污染,可做到0.02PPb以下的鈾含量。當集程度大時,由于超大規模集成電路間的導線間距非常小,封裝料放射性大時集成電路工作時會產生源誤差,會使超大規模集成電路工作時可靠性受到影響,因而必須對放射性提出嚴格要求。


       一般集成電路都是用光刻的方法將電路集中刻制在單晶硅片上,然后接好連接引線和管角,再用環氧塑封料封裝而成。塑封料的熱膨脹率與單晶硅的越接近,集成電路的工作熱穩定性就越好。單晶硅的熔點為1415℃,膨脹系數為3.5PPM,熔融石英粉的為(0.3~0.5)PPM,環氧樹脂的為(30~50)PPM,當熔融球形石英粉以高比例加入環氧樹脂中制成塑封料時,其熱膨脹系數可調到8PPM左右,加得越多就越接近單晶硅片的,也就越好。而結晶粉俗稱生粉的熱膨脹系數為60PPM,結晶石英的熔點為1996℃,不能取代熔融石英粉(即熔融硅微粉),所以中高檔集成電路中不用球形粉時,也要用熔融的角形硅微粉。這也是高檔球形粉想用結晶粉整形為近球形不能成功的原因所在。

(粉體圈  作者:梧桐)

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