電子封裝用球形填料及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電子封裝用球形填料，含有二氧化硅作為主成分，二氧化硅的含量在99.5%～99.99%，平均粒徑為2～40um,球形度為0.90或以上,吸水率為0.06重量%或以下。本發(fā)明的填料采用火焰熔融法制造，其包括把以SiO2為主成分、二氧化硅的純度含量在99.0%～99.9%，且平均粒徑為1.5～40um的粉末粒子在火焰中熔融而使其球狀化的工序。本發(fā)明所得填料，具有特定的成分組成和平均粒徑，并且球形度好，因此具有流動(dòng)性好而且熱膨脹系數(shù)小、吸水率小的特點(diǎn)。因此，采用該塑封料進(jìn)行電子封裝時(shí)，得到的電子元器件沖模好，表面光滑，提高了電子元器件的使用功效和使用壽命。
【專利說明】電子封裝用球形填料及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種填料及其制造方法，特別涉及一種可以在塑封料、灌封膠、貼片膠、包封料等電子封裝中使用的球狀填料及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]起初作為填料被廣泛使用的是結(jié)晶硅微粉。由于結(jié)晶硅微粉是礦產(chǎn)品，因此其形態(tài)為不規(guī)則的角形，缺乏流動(dòng)性，填充性差。所以由結(jié)晶硅微粉構(gòu)成的塑封料流動(dòng)長(zhǎng)度較短，從而電子元器件的缺陷增多，使電子產(chǎn)品的使用功效減損、使用壽命降低。另外，由于結(jié)晶硅微粉本身的熱膨脹系數(shù)較高，因電子產(chǎn)品使用時(shí)間較長(zhǎng)而引起內(nèi)部溫度升高，因此結(jié)晶硅微粉作為填料的使用性能差。作為解決上述問題的手段，在例如特開平10-368341號(hào)公報(bào)中公開了一種熔融球形二氧化娃的生產(chǎn)方法，它是將破碎娃與娃微粉混合后進(jìn)行球化生產(chǎn)的，以及在例如特開平2004-320451號(hào)公報(bào)中公開了一種球形熔融二氧化硅的生產(chǎn)方法，它是用濕法生產(chǎn)方式得到球形熔融硅微粉。但是，所得到的球形硅微粉球形度均不高，因此流動(dòng)性能和填充性不理想，對(duì)電子元器件的封裝效果改善不明顯。還有，由于使用的是濕法，因此只能得到少量的球形硅微粉，不能滿足市場(chǎng)對(duì)球形硅微粉大量的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種電子封裝中使用的球狀填料及其制造方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中電子元器件的封裝填料流動(dòng)性差、填充性不理想的問題。
[0004]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種電子封裝用`球形填料，含有二氧化硅作為主成分，二氧化硅的含量在99.5%~99.99%,平均粒徑為2~40um,球形度為0.90或以上，吸水率為0.06重量％或以下。
[0006]優(yōu)選平均粒徑為2~25um，且球形度為0.94或以上。優(yōu)選吸水率為0.04重量％或以下。
[0007]—種電子封裝用球形填料，其含有60重量％或以上的上述的球狀填料，余下填料為流動(dòng)性低的公知填料，如角形硅微粉。
[0008]一種電子封裝用球形填料的制造方法，采用火焰熔融法制造，其包括把以Si02為主成分、二氧化硅的純度含量在99.0%~99.9%,且平均粒徑為1.5~40um的粉末粒子在火焰中熔融而使其球狀化的工序。所述火焰熔融法采用氧氣作為載氣，往火焰中投入粉末粒子，在載氣中分散后進(jìn)行。其中燃料對(duì)氧氣的比以容量比計(jì)1.01~1.25。載氣中的粉體濃度為0.1~25kg/Nm3。粉末粒子在投入火焰中時(shí)，通過篩網(wǎng)或振動(dòng)篩網(wǎng)以提高其分散性。
[0009]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明所得填料，具有特定的成分組成和平均粒徑，并且球形度好，因此具有流動(dòng)性好而且熱膨脹系數(shù)小、吸水率小的特點(diǎn)。因此，采用該塑封料進(jìn)行電子封裝時(shí)，得到的電子元器件沖模好，表面光滑，提高了電子元器件的使用功效和使用壽命O【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是實(shí)施例1得到的球形填料的電子掃描顯微鏡圖片(倍率:1000倍)；
[0011]圖2是比較例I得到的球形填料的電子掃描顯微鏡圖片(倍率:1000倍)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0013]作為本發(fā)明的球形填料的主成分即SiO2的成分，從提高流動(dòng)性的角度出發(fā)，優(yōu)選為99.5~99.99重量％，更優(yōu)選為99.8~99.99重量％。其球形度優(yōu)選為0.90或以上，更優(yōu)選為0.94或以上,進(jìn)一步優(yōu)選為0.98或以上。
[0014]另外，作為本發(fā)明的球形填料的吸水率(重量％)，從抑制因塑封料封裝電子元器件吸收填料內(nèi)部水分而引起的化學(xué)腐蝕導(dǎo)致電子產(chǎn)品失效的角度出發(fā)，優(yōu)選為0.06重量％或以下，更優(yōu)選為0.04重量％或以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.02重量％或以下。吸水率可以按照J(rèn)ISA1109的細(xì)骨料的吸水率測(cè)定方法來測(cè)定。
[0015]球形填料當(dāng)采用火焰熔融法調(diào)制時(shí)，與采用該方法以外的燒成方法調(diào)制的填料相比，其吸水率在相同球形度的條件下通常會(huì)下降。
[0016]還有，本發(fā)明的球形填料中可以含有的作為主成分以外的成分例如可以舉出:A1203、Fe203、Na2O, K2O, MgO, TiO2, CaO等金屬氧化物。它們作為初始原料加以使用，例如來源于后述的原料。當(dāng)含有Al2O3和F e2O3時(shí)，從降低球形填料的熱膨脹系數(shù)的角度出發(fā)，作為它們的含量，以總量計(jì)優(yōu)選為0.32%重量或以下。另外，F(xiàn)e2O3的含量根優(yōu)選為0.02重量％或以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.01重量％或以下。當(dāng)含有Na2O和K2O時(shí)，作為其含量，各自優(yōu)選為
0.018%重量或以下，更優(yōu)選為0.012重量％或以下。當(dāng)含有MgO、TiO2和CaO時(shí)，作為它們的含量，以總量計(jì)優(yōu)選為0.024重量％或以下,更優(yōu)選為0.018重量％或以下。
[0017]本發(fā)明的球形填料的平均粒徑(um)為2~40um的范圍。低于2um時(shí),塑封料的混煉制造過程中粘度增大，流動(dòng)性變差，因而不是優(yōu)選。另一方面，如果超過40um，塑封料的填料量會(huì)降低，性能改善不明顯且成本更高，因而是不優(yōu)選的。
[0018]所述平均粒徑可以按照以下方法求得。也就是說，從球形填料的粒子投影斷面看，球形度為I時(shí)直接測(cè)定直徑(um)，而當(dāng)球形度小于I時(shí)，測(cè)定隨機(jī)取向的球形填料粒子的長(zhǎng)軸徑(um)和短軸徑(um)，并求出(長(zhǎng)軸徑+短軸徑)/2，對(duì)于任意的100個(gè)球形填料粒子，將分別得到的值進(jìn)行平均，該平均值便設(shè)定為平均粒徑(um)。長(zhǎng)軸徑和短軸徑的定義如下所述:使粒子在平面上處于穩(wěn)定，用2根平行線夾住所述粒子在平面上的投影像時(shí)，該平行線的間隔變?yōu)樽钚〉牧Ｗ拥膶挾确Q為短軸徑，另一方面，用該平行線的垂直方向上的2根平行線夾住粒子時(shí)的距離稱為長(zhǎng)軸徑。
[0019]還有，球形填料粒子的長(zhǎng)軸徑和短軸徑可以利用光學(xué)顯微鏡或掃描電子顯微鏡獲得該粒子的圖像，然后將得到的圖片進(jìn)行圖像解析而求得。另外，球形度的求出方法是，通過對(duì)得到的圖像進(jìn)行圖像解析求得該粒子的粒子投影斷面的面積和該斷面的周長(zhǎng)，然后計(jì)算[具有和粒子投影斷面的面積(um2)相同面積的真圓的圓周長(zhǎng)(um)]/[粒子投影斷面的周長(zhǎng)(um)]，再對(duì)任意50個(gè)球形填料離子，將分別得到的值進(jìn)行平均。
[0020]另一方面，本發(fā)明的球形填料的球形度為0.94或以上時(shí)，如果該球形填料在與角形硅微粉等流動(dòng)性低的公知的填料的混合物中優(yōu)選含有60重量％或以上，則由該混合物構(gòu)成的填料可以充分發(fā)揮本發(fā)明所期望的效果。也就是說，如果在如上所述的公知的型砂中緩慢添加本發(fā)明的球形填料，則隨著添加量的增加能夠發(fā)揮本發(fā)明所期望的效果，但在由所述混合物構(gòu)成的填料中，含有60重量％或以上的具有所述預(yù)定球形度的本發(fā)明的球形填料時(shí)，其效果變得明顯。還有，作為由該混合物構(gòu)成的填料中的球形度為0.94或以上的本發(fā)明的球形填料的含量，更優(yōu)選為75重量％或以上，進(jìn)一步優(yōu)選為90重量％或以上。因此，作為本發(fā)明的球形填料，從其具有良好的利用性的角度出發(fā)，球形度為0.94或以上是特別合適的。另外，含有60重量％或以上該球形填料的填料，可以發(fā)揮和本發(fā)明的球形填料相同的效果，因此這樣的填料也包括在本發(fā)明中。 [0021]本發(fā)明球形填料可以采用火焰熔融法制造，也可以采用例如化學(xué)合成方法，VMC方法、等離子體法等公知的方法來制造。
[0022]采用火焰熔融法獲得本發(fā)明的填料具有球形度高、非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)特征。該結(jié)構(gòu)特征大大有助于提高流動(dòng)性、填充量，降低了塑封料的熱膨脹系數(shù)。
[0023]本發(fā)明的球形填料的制造方法包括如下工序:把以SiO2為主成分、二氧化硅的純度含量在99.0%~99.9%，且平均粒徑為1.5~40um的粉末粒子作為初始原料，將該粉末粒子在火焰中熔融而使其球狀化。
[0024]在作為初始原料的所述粉末粒子中，從為了使所得到的球形填料中的SiO2總量為99.5重量％或以上這樣的角度考慮，作為主成分的SiO2以總量計(jì)的含量，優(yōu)選為99.0重量％或以上,更優(yōu)選為99.3重量％或以上,進(jìn)一步優(yōu)選為99.5重量％或以上,特別優(yōu)選為99.8重量％或以上。作為平均粒徑，從獲得單分散球形填料的角度出發(fā)，為1.5um或以上，從獲得具有所期望的球形度的填料的角度出發(fā)，為40um或以下，為滿足上述兩者，為2~40um。另外，從提高所得到的填料球形度的角度出發(fā)，優(yōu)選為2~35um。還有，關(guān)于原料粉末粒子的平均粒徑，雖然角形粉末變成球形時(shí)粒徑會(huì)增大，但本來是球形的粉末的粒徑不會(huì)發(fā)生變化，因此只要在上訴范圍即可。
[0025]為了獲得本發(fā)明的球形填料，作為初始原料的粉末粒子，在考慮熔融時(shí)的成分蒸發(fā)后，SiO2的成分和平均粒徑應(yīng)調(diào)整到上述范圍內(nèi)再使用。
[0026]當(dāng)結(jié)晶作為初始原料的粉末粒子時(shí)，如果該粒子中含有水分，由于該水分在高溫下發(fā)生了蒸發(fā)，得到的填料中就會(huì)伴隨該水分的蒸發(fā)而形成很多開孔。該開孔的形成將導(dǎo)致填料的吸水率增加和球形度下降。因此，作為初始原料的含水率(重量％)，從把得到的球形填料的吸水率和球形度調(diào)節(jié)為適當(dāng)范圍的角度出發(fā)，優(yōu)選為0.2重量％或以下，更優(yōu)選為
0.18重量％或以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.15重量％或以下。含水率通過IOg粉末粒子在105°C保溫2小時(shí)后的減少量來測(cè)定。
[0027]初始原料例如可以從具有一定粒度分布的天然礦產(chǎn)原料和煅燒原料之中加以選擇。在把作為初始原料的粉末粒子在火焰中熔融從而球形化的工序中，使上述的初始原料分散于氧等載氣中，然后投入到火焰中熔融，從而進(jìn)行球形化。在適宜的方案中，投入到下述火焰中。
[0028]使用的火焰是使甲烷、丙烷、丁烷、天然液化氣、液化石油氣、煤油、輕油、等燃料和氧氣一起燃燒而產(chǎn)生的。從完全燃燒的角度考慮，燃料對(duì)氧氣的比以容量比計(jì)優(yōu)選1.01~
1.25。從產(chǎn)生高溫的火焰的角度出發(fā)，以使用氧和氣體燃燒器為宜。對(duì)燃燒器的結(jié)構(gòu)并沒有特別的限定，可以例舉特開平7-48118號(hào)公報(bào)、特開平11-132421號(hào)公報(bào)、特開2000-205523號(hào)公報(bào)或特開2000-346318號(hào)公報(bào)中所公開的燃燒器。
[0029]在對(duì)本發(fā)明的制造方法所使用的、具有處在1.5~40um范圍的平均粒徑的所述原料粉末進(jìn)行球形化方面，以下的方法是適用的。
[0030]往火焰中投入粉末粒子，在載氣中分散后進(jìn)行。作為載氣，氧是適合使用的。這時(shí)，載氣氧的優(yōu)點(diǎn)是可以用于燃料燃燒而消耗。從確保粉末粒子的充分的分散性的角度出發(fā)，氣體中的粉體濃度優(yōu)選為0.1~25kg/Nm3，更優(yōu)選0.5~20kg/Nm3。
[0031]在投入火焰中時(shí)，優(yōu)選通過篩網(wǎng)、振動(dòng)篩網(wǎng)等，以提高其分散性。
[0032]另外，粉末粒子在使氮?dú)舛栊詺怏w等電離產(chǎn)生的等離子體噴射火焰中，也可以很好地熔融而發(fā)生球形化。
[0033]采用以上的方法能夠獲得本發(fā)明所期望的球形填料。該填料具有非常優(yōu)良的流動(dòng)性。還有，如上所述，將本發(fā)明的球形填料和公知的填料適當(dāng)混合以使其含有一定比例的該球形填料，由此可以獲得能夠發(fā)揮和本發(fā)明的球形填料同等效果的填料。在塑封料的制造中使用這些填料時(shí)，可以提高添加量，因此這些球形粉作為填料能夠有效地提高流動(dòng)性。
[0034]本發(fā)明的球形填料以及由該填料和公知的填料的混合物構(gòu)成的填料(以下將上述的填料簡(jiǎn)稱為本發(fā)明的填料)適用于環(huán)氧塑封料、包封料、灌封料等電子封裝領(lǐng)域。另外，還可以用做化妝品、牙膏、油墨、特種橡膠、特種陶瓷等中的填料。
[0035]本發(fā)明的填料可以單獨(dú)地或者和結(jié)晶硅微粉等其它公知的填料組合，與樹脂、固化劑、偶聯(lián)劑、固化促進(jìn)劑、脫模劑、著色劑、應(yīng)力緩釋劑等物質(zhì)混煉后，得到所期望的電子封裝用塑封料。
[0036]從獲得高流動(dòng)性的電子封裝用塑封來料的角度出發(fā)，作為填料的用量，占整個(gè)物料總量的60~90%，甚至更多。如上所述得到的填料，具有流動(dòng)性好而且熱膨脹系數(shù)小。因此，采用該塑封料進(jìn)行電子封裝時(shí)，得到的電子元器件沖模好，表面光滑，提高了電子元器件的使用功效和使用壽命。
[0037]從用于電子封裝用塑封料的制造的角度出發(fā)，作為本發(fā)明的填料的粒度分布，優(yōu)選I~75um的范圍。當(dāng)希望更高流動(dòng)性的塑封料時(shí),作為粒度分布,優(yōu)選I~53um的范圍。處在該范圍的粒度分布，能夠獲得緊實(shí)的堆積密度并且流動(dòng)性好的塑封料。粒度分布可以根據(jù)光散射原理制造的激光粒度儀進(jìn)行測(cè)定。
[0038]實(shí)施例1
[0039]以SiO2含量為99.5重量 ％、平均粒徑為20um、含水率為0.14重量％的硅微粉為初始原料，用氧氣作為載氣，在使液化石油氣(丙烷氣體)以對(duì)氧氣比(容量比)為L(zhǎng) 05進(jìn)行燃燒的火焰(約2600°C)中投入該粉末，便得到單分散的球形填料。得到的填料3102含量為99.6重量％，平均粒徑為21um，球形度為0.95，吸水率為0.03重量％，真密度為2.20g/cm3。該填料的電子顯微鏡圖片(倍率:1000倍)如圖1所示。從該圖可知:所有的填料粒子都是球形。
[0040]實(shí)施例2
[0041]除了將平均粒徑選定為10um、含水率為0.16重量％外，用和實(shí)施例1同樣的操作得到單分散的球形填料。得到的填料SiO2含量為99.6重量％，平均粒徑為lOum，球形度為
0.95，吸水率為0.03重量％，真密度為2.19g/cm3。[0042]實(shí)施例3
[0043]除了將平均粒徑選定為25um、含水率為0.16重量％外，用和實(shí)施例1同樣的操作得到單分散的球形填料。得到的填料SiO2含量為99.6重量％，平均粒徑為28um，球形度為
0.94，吸水率為0.02重量％，真密度為2.21g/cm3。
[0044]實(shí)施例4
[0045]以SiO2含量為99.3重量％、平均粒徑為15um、含水率為0.15重量％的硅微粉為初始原料，用和實(shí)施例1同樣的操作得到單分散的球形填料。得到的填料SiO2含量為99.5重量％，平均粒徑為16um，球形度為0.95，吸水率為0.02重量％，真密度為2.19g/cm3。
[0046]實(shí)施例5
[0047]以SiO2含量為99.8重量％、平均粒徑為5um、含水率為0.18重量％的硅微粉為初始原料，用和實(shí)施例1同樣的操作得到單分散的球形填料。得到的填料SiO2含量為99.8重量％，平均粒徑為7um，球形度為0.96，吸水率為0.03重量％，真密度為2.20g/cm3。
[0048]比較例I
[0049]使用正硅酸乙酯、乙醇和濃氨水合成SiO2含量為99.7重量％、平均粒徑為0.5um、含水率為85重量％的硅微粉為初始原料，用噴霧干燥機(jī)使之成為平均粒徑為5um的呈球形的粉末粒子。在電爐中于1050°C將其預(yù)燒I小時(shí)，由此得到球形填料。該球形填料SiO2含量為99.7重量％，平均粒徑為5um，球形度0.88，吸水率為1.3重量％，真密度為2.33g/cm3。該填料的電子顯微鏡圖片(倍率:1000倍)如圖2所示。從該圖可知:本填料粒子的形狀真球度低，球形度低。
[0050]比較例2
[0051]使用正硅酸乙酯、乙醇和濃氨水合成SiO2含量為99.7重量％、平均粒徑為2um、含水率為81重量％的硅微粉為初始原料，用噴霧干燥機(jī)使之成為平均粒徑為5um的呈球形的粉末粒子。在電爐中于1050°C將其預(yù)燒I小時(shí)，由此得到球形填料。該球形填料SiO2含量為99.7重量％，平均粒徑為5um，球形度0.84，吸水率為2.8重量％，真密度為2.39g/cm3。
[0052]試驗(yàn)例
[0053]對(duì)實(shí)施例1、2、3、4以及5和比較例1、2所得到的的填料的球形度、以及由該填料得到的塑封料的流動(dòng)性和熱膨脹系數(shù)進(jìn)行了研究。
[0054](I)填料的球形度
[0055]使用Hitachi S-4800儀器,得到填料的SEM圖片,利用畫像解析的方法求得球形度。
[0056](2)塑封料的流動(dòng)性
[0057]將填料與樹脂、固化劑、偶聯(lián)劑、固化促進(jìn)劑、脫模劑、著色劑、應(yīng)力緩釋劑等物質(zhì)在開煉機(jī)上混煉后，得到電子封裝用塑封料。接著，使用75t壓機(jī)測(cè)定塑封料的流動(dòng)長(zhǎng)度(mm)(固化計(jì)時(shí)30s,轉(zhuǎn)進(jìn)計(jì)時(shí)35s,轉(zhuǎn)進(jìn)壓力2.5Mpa,合模壓力IOMpa)。流動(dòng)長(zhǎng)度越長(zhǎng),說明塑封料的流動(dòng)性越好。
[0058](3)塑封料的熱膨脹系數(shù)
[0059]將混煉得到的塑封料進(jìn)行成形(15mmX 100mm)，接著，使用熱膨脹系數(shù)測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)試。
[0060]以上各試驗(yàn)結(jié)果如表所示。[0061]表1
【權(quán)利要求】
1.一種電子封裝用球形填料，其特征在于，含有二氧化硅作為主成分，二氧化硅的含量在99.5%~99.99%,平均粒徑為2~40um,球形度為0.90或以上，吸水率為0.06重量％或以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電子封裝用球形填料，其特征在于，其中平均粒徑為2~25um，且球形度為0.94或以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電子封裝用球形填料，其特征在于，所述吸水率為0.04重量％或以下。
4.一種電子封裝用球形填料，其特征在于，其含有60重量％或以上的權(quán)利要求1所述的球狀填料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述電子封裝用球形填料，其特征在于，余量的填料為流動(dòng)性低的公知填料。
6.一種權(quán)利要求1所述的球形填料的制造方法，其特征在于，采用火焰熔融法制造，其包括把以Si02為主成分、二氧化硅的純度含量在99.0%~99.9%，且平均粒徑為1.5~40um的粉末粒子在火焰中熔融而使其球狀化的工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述電子封裝用球形填料的制造方法，其特征在于，所述火焰熔融法采用氧氣作為載氣，往火焰中投入粉末粒子，在載氣中分散后進(jìn)行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述電子封裝用球形填料的制造方法，其特征在于，其中燃料對(duì)氧氣的比以容量比計(jì)1.01~1.25。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述電子封裝用球形填料的制造方法，其特征在于，載氣中的粉體濃度為0.1~25kg/Nm3。
10.根據(jù)權(quán)利要求6 所述電子封裝用球形填料的制造方法，其特征在于，粉末粒子在投入火焰中時(shí)，通過篩網(wǎng)或振動(dòng)篩網(wǎng)以提高其分散性。
【文檔編號(hào)】C01B33/12GK103771423SQ201310680515
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】董雁國(guó), 李芳 , 侯風(fēng)亮, 朱樹峰, 陳剛, 趙育華 申請(qǐng)人:天津澤希礦產(chǎn)加工有限公司