我国高技术硅微粉发展现状与展望

我国高技术硅微粉发展现状与展望硅微粉(SiO2)是一类用途极为广泛的无机材料。具有介电性能优异、热膨胀系数低、导热系数小、耐腐蚀及资源丰富等特点。由于硅微粉优异的物理性能、极高的化学稳定性与独特的光学性质，已成为诸多高新技术领域最重要和最关键的原料之一。高技术硅微粉的应用目前，现代微电子技术正以惊人的速度向高集成度、高密度和小型化方向发展。球形硅微粉先进封装技术的快速发展对封装材料提出了越来越高的要求。用于集成电路封装的环氧塑封料中，70%〜90%为硅微粉。当集成度达到1M〜4M时，即要求加入部分球形化硅微粉，而集成度达到8M〜16M时，则必须全部使用球形硅微粉。通常所称硅微粉均呈不规划的角形，流动性差，限制了其在大规模与超大规模集成电路中的应用。球形硅微粉不但流动性好，与树脂搅拌后成膜均匀，而且使树脂添加量减少，如按重量比粉体的填充量可达到90.5%。实验证明，在环氧塑封料中的硅微粉用量越高，其热膨胀系数就越小，因此导热系数就越低，就越接近单晶硅的热膨胀系数值，由此生产的电子器件性能好，用球形硅微粉制成的塑封料集中应力最小，强度最高。同时，球形硅微粉的磨擦系数小，对模具的磨损低，与使用角形粉相比，可提高模具的使用寿命近一倍以上。超微粉在颗粒学界，一般将1Hm以下的颗粒称为超微粉体，将小于0.1Hm的颗粒称为纳米粉体，纳米粉体也归属超微粉体的范畴。超微SiO2由于白度高、硬度高、耐高温、阻燃，其分子结构与硅橡胶类似，可用于硅橡胶的补强剂、树脂基复合材料的改性，还可用于新型塑料、有机玻璃、涂料、纸张等产品的添加剂，又用于特大规模电子塑封。它在功能材料中可起到红外屏蔽、抗紫外辐照、高介电绝缘和静电屏蔽，在仿生材料等领域也有着重要的用途。我国高技术硅微粉生产现状及与国际间的差距我国盛产石英，并且矿源分布较广，在全国范围内的大小硅微粉厂不下近百家，基本上都属于乡镇企业。这些生产企业大多为规模小、品种单一、设备简陋、工艺粗放，不具备产品深加工能力，真正能够生产高纯、超微硅微粉的很少。这些生产厂家主要分布于江苏省连云港市、徐州市、浙江省湖州以及河北、青海等地的乡镇。其主打产品集中在600目以下。使用领域一般为冶金、陶瓷、电工产品填料以及电子分立元件的封装等。目前，我国硅微粉生产企业几乎全部套用非矿工业的常规加工设备，包括粉碎、分级、干燥等，在工艺过程中，缺乏系统的控制手段，也有个别企业采取简单的在线监视与离线控制措施，但仍然解决不了根本问题。至于生产环境的洁净度更令人忧心。所以致使我国硅微粉产品的纯度、粒度以及产品质量的稳定性差，始终无法与国外的进口产品抗衡。受国内微电子工业飞速发展的拉动，球形硅微粉的用量与日俱增，由于国外生产厂商对我国球形硅微粉的生产技术与专用设备的引进实行严密封锁与垄断，自“十五”计划开始，国内的一些研究单位如清华大学、武汉大学、南京大学等即着手攻关，但目前仍处于实验室阶段，尚未实现产业化运作。总的来说，国内所采用的研究方法主要有两种，即火焰法和化学法。火焰法又分为氢氧焰法和等离子体法。日本是当今世界高技术硅微粉的主要输出国。日本从我国进口SiO2原料和中低档SiO2粉体，经深加工后再高价返销我国及世界各地。掌握球形硅微粉生产技术的国家除日本外，还有美国、德国、加拿大和俄罗斯等。我国硅微粉产品质量与国外存在较大差距有以下四个主要原因：.国内生产企业缺少自主的研发系统，而研发单位又不具备产品的中试条件，产、学、研未能进行有效互动。.普遍采取简单的拿来主义，生搬套用。先进的加工工艺与专用设备严重匮乏，这就难免造成产品的质量低劣。.极少有企业在工艺过程采用在线控制技术，精密的检测仪器不足甚至没有，生产中基本上还是凭经验操作，产品质量不稳定。而国外的同类企业已实现了生产的高度现代化，均对其生产实施全过程监控，并配备了完整的测试仪器及产品开发实验室和一流的技术专家。.国外的生产车间不仅环境整洁，基本上能达到10万级以上的洁净度，而且都处于负压状态下操作，国内的生产企业与之相比差距甚大。硅微粉技术发展趋势随着全球信息化、网络化和知识经济时代的到来，作为现代电子信息产业基础产业的高技术硅微粉材料已进入快速发展的轨道。目前，硅粉行业的发展创新应关注以下趋势：.生产高度现代化。由于微电子工业对硅微粉的纯度、粒度和形状的要求不断提高，因此，对生产过程的无尘化及专用设备的开发尤其重要，同时必须通过在线监测与控制，以确保最终产品的高质量和高稳定性。.技术创新力度加快。由于高技术硅微粉材料的特殊性和品种的多样性，所以仅仅对传统工艺与装备的改良是远远不够的。随着现代加工技术发展的日新月异，如处于科学前沿的等离子技术、射频技术、超声技术、真空技术以及光电技术等应尽快加以融纳采用。.世界工业发达国家不断加强对知识产权的保护。国外高技术硅微粉生产厂的核心部位几乎全部采用封闭式操作，外人不得接近。在洽谈技术贸易项目中，核心技术绝对不对外转让。日本对我国出口的高技术硅微粉参数一向保密，德国甚至将高技术硅微粉视作战略物资而限制出口。.技术的自主创新必须寻求新的发展空间。现代工业进入21世纪，随着技术创新速度的加快，有部分产品的技术指标已达到其极限。规模化、低成本、高纯度、多品种及功能化仍然是高技术硅微粉的发展趋势。除此之外，高技术硅微粉的合成技术、智能化技术和微纳米技术必将达到一个新的水平。所以，跨学科的创新力度必须不断加大。硅微粉行业发展任重道远预计到2010年仅我国对球形硅微粉的需求即达2万〜3万吨，高纯硅微粉为10万吨，其增长率均超过20%。我国的硅微粉产业自上世纪70年代才开始起步，工艺技术和装备落后，长期处于一种手工作坊生产状态。由于国际上的技术垄断，所以高技术硅微粉技术的自主创新将是目前我国产业界的必由之路，但必须清醒地认识到摆在我们面前的许多困难。在发展的过程还有很多问题，如基础理论研究薄弱，国家标准尚不完善；研发力量分散，各自为战，难以对科学的前沿技术进行消化、吸收、技术创新举步维艰。技术创新的目的，关键在于实现产业化，而目前我国尚缺乏稳定和统一领导的产业化研发基地；研发经费严重不足。这些问题都有待行业突破。美国