Silicastaub wird aus kristallinem Quarz und geschmolzenem Quarz durch Mahlen, Präzisionsklassifizierung und Entfernen von Verunreinigungen hergestellt. Sphärischer Silica bezieht sich auf Silicastaub in kugelförmiger Form. Sphärischer Silicastaub hat eine hohe Hitzebeständigkeit, Isolierung und Füllkapazität, mit geringer Expansion, Dielektrizitätskonstante und Reibungskoeffizient. Er ist auch säure- und alkalibeständig. Silicastaub wird häufig in IC-Verpackungen, IC-Substraten, Luft- und Raumfahrt sowie Baumaterialien verwendet.
Zwei Hauptanwendungen von sphärischem Siliziumstaub
Kupferkaschiertes Laminat
Mit der rasanten Entwicklung der Elektronikindustrie stehen Kupferkaschlaminate (CCL) als grundlegendes Material für elektronische Schaltungen vor steigenden Leistungsanforderungen. In Hochfrequenz-, Hochgeschwindigkeits- und Hochzuverlässigkeitsprodukten ist die Hitzebeständigkeit von CCL ein entscheidender Faktor, der ihre Lebensdauer und Zuverlässigkeit beeinflusst. Sie wirkt sich direkt auf die Zuverlässigkeit und Stabilität elektronischer Produkte aus.
Silicastaub hat gute Fülleigenschaften, elektrische Isolierung und thermische Stabilität. Durch die Zugabe zu CCL kann die Hitzebeständigkeit des Substrats verbessert werden. Die Form des Silicastaubs beeinflusst die Füllkapazität erheblich. Im Vergleich zu eckigem Silicastaub hat sphärischer Silicastaub eine höhere Packdichte und eine gleichmäßige Spannungsverteilung. Er verbessert die Fließfähigkeit des Systems. Im Vergleich zu anderen Silicastypen bietet sphärischer Silicastaub bessere Füllung, thermische Ausdehnung und Verschleißfestigkeit.
Epoxid-Gießharz (EMC)
Epoxid-Gießharz (EMC) ist ein Schlüsselmaterial für die Chipverpackung in elektronischen Produkten und eng mit der integrierten Schaltkreisindustrie verbunden. Da reines Epoxidharz eine stark vernetzte Struktur hat, weist es die Nachteile von Sprödigkeit, schlechter Hitzebeständigkeit und geringer Schlagzähigkeit auf. Daher ist es notwendig, Füllstoffe mit Hitzebeständigkeit und starkem Aushärtungseffekt hinzuzufügen. Silicastaub ist einer der häufig verwendeten Füllstoffe. Typisches EMC besteht aus Füllstoffen (hauptsächlich Silicastaub, 60%–90%), Epoxidharz (unter 18%), Härtern (unter 9%) und Additiven (etwa 3%).
Sphärischer Silicastaub hat die folgenden Eigenschaften:
Erstens übertrifft sein SiO₂-Gehalt 99,9%, was die Stabilität während der Verwendung gewährleistet und die Zuverlässigkeit von Epoxid-Gießharzen (EMC) erhöht.
Zweitens liegt seine Sphärizität typischerweise über 0,93, mit einer Gesamtspheroidisierungsrate von über 90%. Dies reduziert die Auswirkungen auf die Viskosität von EMC und verbessert die Fließfähigkeit.
Drittens besitzt er eine hohe Wärmeleitfähigkeit, einen niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften, was ihn für die Qualität von EMC entscheidend macht.
Neben CCLs und EMC verbessert sphärischer Silicastaub keramische Träger für Auto-/Diesel-Abgassysteme durch Verbesserung der Formgebungsraten und -stabilität. In Windturbinenklebstoffen und Bauabdichtungen optimiert er Viskosität, Thixotropie, Sag-Widerstand und Haftfestigkeit. Submikroner sphärischer Silicastaub reduziert die Viskosität von Harz/Lack, verbessert den Fluss, minimiert Gratbildung und findet Verwendung in Halbleiterharzen, Kohlenstoffadditiven und Silikonkautschuk.
Drei Hauptprozesse von sphärischem Siliziumstaub
In praktischen Anwendungen können die grundlegenden Eigenschaften sphärischer Silicastaube aufgrund unterschiedlicher Herstellungsverfahren erheblich variieren. Derzeit gibt es drei Haupttechnologiepfade für die großtechnische Produktion sphärischer Silicastaube. Diese umfassen Flammenfusion, direkte Verbrennung/VMC-Methode und chemische Synthese.
Flammenfusion
Zerkleinertes, gesiebtes und gereinigtes eckiges Silicastaub wird als Rohmaterial verwendet. Das eckige Silicastaub wird durch einen Luftstrahlmühle und durchläuft mehrere Vorbehandlungsschritte. Nach der Vorverarbeitung wird es auf die geeignete Partikelgröße gesiebt.
Acetylen, Erdgas und andere Gase werden als Wärmequellen für das geschmolzene Pulver verwendet. Die Flamme ist sauber und umweltfreundlich. Eckiges Silicastaub mit der passenden Partikelgröße wird bei hoher Temperatur sofort mit einem Hochtemperatur-Flammenfusion-Verfahren geschmolzen. Anschließend wird es schnell abgekühlt und sphärisiert, um hochreinen, gleich großen sphärischen Silicastaub zu bilden.
Derzeit ist das Mainstream-Verfahren zur Herstellung sphärischer Silicastaube in China die Flammenfusion.
Direkte Verbrennung/VMC-Methode
Flammenfusion-Silicastaub entsteht durch das Schmelzen und Sphärisieren von natürlichem Mineralstaub. Dies führt zu bestimmten Einschränkungen bei Reinheit und Partikelgrößenverteilung. Einige ausländische Unternehmen verwenden die VMC-Methode, bei der metallisches Silizium direkt mit Sauerstoff reagiert. Dieses Verfahren erzeugt Silicamikrosphären mit höherer Reinheit, kleinerer Partikelgröße und relativ kontrollierbarer Größenverteilung.
Chemische Synthese
Methoden der chemischen Synthese umfassen Gasphasen-, Fällungs-, Hydrothermalsynthese- und Sol-Gel-Methoden. Aufgrund von Einschränkungen bei den Synthesewegen und der nachgelagerten Verarbeitungstechnologie können nur wenige Unternehmen in der Branche eine stabile Partikelverteilung, Sphäroidisierungsrate und Oberflächenbeschaffenheit auf hohem Niveau gewährleisten.
Fazit
Hochleistungs-Sphärisches Silicapulver wurde einst von japanischen Unternehmen dominiert. Derzeit führen japanische Unternehmen weiterhin den globalen Markt für hochwertiges sphärisches Silicapulver an. Es gibt weniger inländische Unternehmen mit fortschrittlicher Technologie und gut etablierten Produktlinien. Gleichzeitig unternimmt EPIC Powder ebenfalls Anstrengungen, forscht und entwickelt kontinuierlich. EPIC Powder hat technische Herausforderungen überwunden und seine einzigartige Route zur Herstellung sphärischer Silicapulver entwickelt. Dies hat die Wettbewerbsfähigkeit der inländischen Produkte für sphärisches Silicapulver verbessert.
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