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为什么球形二氧化硅是集成电路制造的“天选材料”?,中国橡胶网,zimite.com
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为什么球形二氧化硅是集成电路制造的“天选材料”?
2021年07月08日    阅读量:     新闻来源:中国橡胶网 zimite.com  |  投稿

集成电路在信息技术领域具有重要地位,受物联网、新能源智能汽车、智能终端制造、新一代移动通信等下游市场需求驱动,集成电路行业飞速发展。高频、高功率的集成电路制造需要性能更加优越的材料以满足产业升级的需求。

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二氧化硅的独到之处


在硅芯片封装过程中使用的各种材料包括引线框架材料、金属引线以及封装材料都必须具有相近的热膨胀系数,才能保证在使用过程中器件不开裂脱落,而实际上环氧树脂的热膨胀系数比硅单晶芯片和引线、引线框架材料都大,所以在塑封料中加入适量低膨胀系数的填充剂,如SiO2等,可以降低固化物的热膨胀系数,从而减少塑封料固化后的收缩,同时也可明显改善材料的机械性能、热稳定性和体积电阻率,降低成本等中国橡胶网zimite.com


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各种封装树脂材料及半导体器件构成材料的热膨胀系数图


以往覆铜箔板例如(CEM3)中运用填料时,多采用氢氧化铝和氢氧化镁,但氢氧化铝不耐热冲击,200多℃就开始分解,而氢氧化镁的价格偏贵。二氧化硅填料用在覆铜箔板中更具有性能方面的优势,而且价格与氢氧化铝相当。


以二氧化硅、氢氧化铝、氢氧化镁作填料的基材的性能比较表

类型

二氧化硅

氢氧化铝

氢氧化镁

耐热冲击性(288℃/20s,室温冷却10s为一循环)

9次循环

4次循环

6次循环

抗剥强度(常态)

1.98N/mm

1.81N/mm

1.32N/mm

弯曲强度(常态)

210.3MPa

192.8MPa

185.9MPa

玻璃化转变温度

135.3/137.4℃

131.8/132.4℃

127.5/128.2℃

热膨胀系数(z向,T260)

229μm/m℃

253μm/m℃

247μm/m℃

介电常数(1MHz)

4.13

4.40

4.54

介电损耗角正切(1MHz)

0.0212

0.0225

0.0205

耐碱性

OK

白纹

OK

胶水旋转粘度(20℃)

880

1340

1080



球形二氧化硅的优势


二氧化硅具有良好的介电性能、较低的热膨胀系数等综合性能,在环氧塑封料以及覆铜板中使用广泛。二氧化硅的高填充可以降低成本、提高热导率、降低热膨胀系数、增加强度,但是随着填充量的增多,体系粘度会急剧增加,材料的流动性、渗透性变差,二氧化硅在树脂中的分散困难,易出现团聚的问题。如何进一步提高二氧化硅在材料中的填充量,从而降低材料的热膨胀系数,是环氧塑封料以及覆铜板行业研究的重要课题。


二氧化硅的形状是决定填充量的重要因素之一。与熔融型(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性,降低体系粘度。


不同类型二氧化硅的主要应用性能比较表

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在环氧塑封料行业,熔融型(角形)二氧化硅填充量一般低于总量的70%(重量比),采用球形二氧化硅后,填充量最高可达94%;在覆铜板行业,熔融型(角形)二氧化硅填充量一般低于总量的40%,采用球形二氧化硅后,填充量最高可达60%。因此尽管球形二氧化硅价格较高,由于其特有的优异性能,球形二氧化硅越来越被覆铜板行业所青睐。


火焰法球形二氧化硅生产技术主要掌握在日本、美国、韩国等国家手中,特别是日本的球形二氧化硅生产技术一直处于世界领先水平。目前我国能够生产高纯球形二氧化硅、亚微米级球形二氧化硅的企业数量很少,主要分布于江苏连云港、安徽蚌埠、浙江湖州等地区。球形二氧化硅是集成电路封装以及覆铜板的关键核心原材料,关乎到国家的信息和国防安全,其重要性不容忽视。


国内外球形二氧化硅生产厂家

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随着大规模集成电路技术的发展,对材料的性能要求也不断提高,球形二氧化硅由于填充量高、流动性好、热膨胀系数小、应力小、介电性能优异等特点,符合集成电路行业发展的需要。随着国内球形二氧化硅生产技术水平的不断提升,产品价格的进一步降低,球形二氧化硅在集成电路中的应用有望进一步扩展,从而带动集成电路性能和技术的提升。


参考来源:

1.球形二氧化硅在覆铜板中的应用,柴颂刚、刘潜发、曾耀德、李晓冬、曹家凯。

2.SiO2形貌及粒径对聚烯烃复合树脂介电特性的影响研究,张芳芳。

3.二氧化硅在覆铜板中的应用,杨艳、曾宪平。

4.硅芯片封装用球形SiO2与环氧树脂复合材料的制备工艺与性能研究,艾常春。


标签:改性塑料化工应用技术中心聚合物塑料塑料助剂
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