中国粉体网讯 硅微粉是以结晶石英、熔融石英等为原料，经研磨、精密分级、除杂等多道工艺加工而成的二氧化硅粉体材料；球硅指球体形态的二氧化硅粉体，球形硅微粉具有高耐热、高绝缘、高填充量、低膨胀、低介电常数、低摩擦系数且耐酸碱等优越性能，在集成电路封装、IC基板、航空航天、建筑建材等领域均有广泛应用。
来源：日本龙森公司
球形硅微粉的两大应用
覆铜板
来源：生益科技
随着电子行业的快速发展，覆铜板（CCL）作为电子电路的基础材料，其性能要求越来越高。特别是在高频、高速、高可靠性电子产品中，覆铜板的耐热性能成为影响其使用寿命和可靠性的关键因素，直接关系到电子产品的可靠性和稳定性。
硅微粉具有良好的填充性能、电绝缘性能和热稳定性，将其添加到覆铜板中，可以有效提高基板的耐热性。二氧化硅的形状是决定填充量的重要因素之一。与角形二氧化硅相比，球形二氧化硅具有更高的堆积密度和均匀的应力分布，因此可增加体系的流动，与其他种类硅微粉相比，球形二氧化硅填充性、热膨胀性、磨损性等方面均具有较大的优势。
环氧塑封料
来源：上海希投实业
环氧塑封料是电子产品中用来封装芯片的关键材料，行业发展与集成电路保持良好的一致性。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，因此需要添加耐热和强固化效果的填充料，硅微粉就是常用的填料之一。目前常见的环氧塑封料的主要组成为填充料（主要用硅微粉，占比60%~90%）、环氧树脂（18%以下）、固化剂（9%以下）、添加剂（3%左右）。
球形硅微粉具有以下特点：第一，球形硅微粉的主成分SiO2含量能达到99.9%以上，这使得球形硅微粉在使用过程中性能稳定，保障了环氧塑封料的可靠性；第二，球形硅微粉的球形度通常在0.93以上，整体球化率在90%以上，这使得球形硅微粉在加入环氧塑封料后对塑封料体系粘度的影响减小，流动性更好；第三，球形硅微粉的导热系数较高、线性热膨胀系数低、介电性能优异，表现为综合性能突出，这对于环氧塑封料的品质有十分重要的影响。
除覆铜板和环氧塑封料两大应用领域之外，球形硅微粉还可以作为填料添加在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中，提高蜂窝陶瓷制品成型率、稳定性；风电叶片及类似大型复合材料结构件的粘接用胶、建筑结构胶等胶黏剂同样应用硅微粉作为重要原材料使得胶黏剂具有适当的粘度、优异的触变性和抗流挂性，粘接强度高、抗疲劳等特点；此外，由于亚微米球形硅微粉非常适合降低各种树脂和油漆的粘度，以及改善流动性，减少毛边等，广泛适用于半导体封装用各种树脂的流动性助长以及毛边减少的功能添加剂、炭粉外添剂、硅橡胶填充料、烧结材料和助剂等用途。
球形硅微粉的三大工艺
高性能球形硅微粉生产工艺流程图
在实际应用中，由于制备原理路径的不同，球形硅微粉的基础性能也有较大差异。目前市场中能够达到量产条件的球形硅微粉主要有三种技术路径，即火焰熔融球形硅微粉，直燃/VMC法球形硅微粉和化学合成球形硅微粉。
火焰熔融法
以角形硅微粉为原料，对其进行粉碎、筛分、提纯等前处理，即将角形硅微粉通过气流破碎机破碎，经过多级预处理后，筛分到合适粒径；采用乙炔、天然气等气体作为熔融粉体的热源，其火焰洁净无污染，将合适粒径的角形硅微粉采用高温火焰熔融法将其高温瞬间熔化，并快速冷却球化成形，得到高纯度且粒径均匀的球形硅微粉。目前国内主流厂商制备的球形硅微粉主要原理为火焰熔融制备。
火焰法制备球形硅微粉
代表企业：日本电化学株式会社、日本龙森公司、日本雅都玛、联瑞新材、锦艺新材、益新科技。
日本电化学株式会社公司的电化熔融硅石(DF)球状(FB·FBX)产品是将粉碎的原料硅石在高温的火焰中熔融，利用表面张力而球状化的熔融硅石；日本雅都玛的ADMAFUSE是平均粒径为5至30μm的球形无定形二氧化硅产品，采用熔融法生产。在熔融法中，破碎的二氧化硅晶体被装入熔化炉中，以允许通过表面张力形成球体；联瑞新材通过十余年的研究开发掌握的高温球化技术，攻克了火焰法制备电子级球形硅微粉过程中的粘壁、积炭、粘聚等一系列技术难题和瓶颈；锦艺新材在行业成熟的火焰熔融球化工序基础上，通过自主形成的火焰熔融原料的干粉超分散技术、球形粉体级配、针对性改性等技术，同时优化火焰熔融产线，形成了具有一定性能优势的体系化火焰熔融球硅技术。
直燃/VMC法
由于火焰熔融球硅属于天然矿物粉体熔融球化，因此在纯度和粒径分布方面存在一定限制，少数国外领先企业采用VMC制备方法，即通过金属硅粉直接与氧气反应，从而制备纯度较高、粒度小、粒径分布相对可控的二氧化硅微球。
直燃法生产球硅原理
来源：日本雅都玛
代表企业：日本雅都玛、锦艺新材。
VMC法最初由日本雅都玛开发。它利用金属粉末的爆燃来产生球形氧化物颗粒，当金属粉末撒在氧气流中并点燃时，由于反应热，产生的氧化物会变成蒸汽或液体。冷却后，会产生细小的氧化物颗粒，即“ADMAFINE球形颗粒”；锦艺新材BQ系列球硅产品为单质硅经燃烧、气化凝结而成，再经提纯、超细分级、表面处理等工艺制造而成。公司与供应商合作研发，依托该相关原理制得相关球硅原粉，并且通过燃烧器和冷凝器的特殊设计，有效解决球化过程中空心球较多的问题。
化学合成法
化学合成法包括气相法、沉淀法、水热合成法、溶胶-凝胶法等，化学合成法球形硅微粉由于既有合成路径及后端加工技术水平的限制，业内仅有少数厂商能够在较高水平下稳定保证颗粒分散度、球化率和表面光滑程度等技术指标。
化学合成法球硅制备技术
来源：锦艺新材招股说明书
代表企业：锦艺新材。
锦艺新材SE系列球硅产品经过化学合成、表面处理、超细分级等多种工艺制造而成。公司自主形成自主形成的梯度煅烧和高压解聚技术和高效合成技术。
结语
全球高性能球形硅微粉一度被日企垄断，从市场竞争格局来看，目前占据全球高端球形硅微粉市场技术高地的企业主要还是日系厂商，技术水平先进、产品布局完善的内资厂商较少。与此同时，国内企业也正在发力，不断进行研发，攻克技术难题，掌握了自己独特的球形硅微粉制备路线，提升了国内球形硅微粉产品的竞争力。
参考来源：
王路喜等.改性硅微粉对覆铜板耐热性及其应用研究
柴颂刚等.球形二氧化硅在覆铜板中的应用
曹宇等.功能化球形氧化硅制备及其在环氧塑封料中的应用性能研究
陈独旭.球形硅微粉改性对环氧塑封料性能影响的研究
联瑞新材、锦艺新材招股说明书、各公司官网
（中国粉体网编辑整理/初末）
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