维普资讯 http://www.cqvip.com ・试验研究・ 文章编号：１００８—７５２４（２００２）０９—００１７—０２ ｌＭ＆Ｐ化Ｉ矿物与加Ｉ ２００２年第９期 高纯超细球形化硅微粉的研究 李化建１，２，黄佳木 ，盖国胜２，梁保卫。 （１．重庆大学材料科学与工程系，重庆４０００４５； ２．清华大学材料系粉体工程实验室，北京１０００８４；３、北新建材，北京 １０００９６） 摘要：对硅徽粉的超细球形化进行了研究，实验发现：碳极高温电弧法是实现硅徽粉球形化的较理想的加热方法。 关键词：硅微粉；球形化；高纯度 中图分类号：ＴＱ１２７ ２ 文献标识码：Ａ １ 硅微粉球形化研究现状 口，这一点对封装厂降低成本，提高经济效益也很 重要。 随着我国信息产业的快速发展，电视机、交换 机、个人电脑、移动通信等越来越多的电子信息产 品的产销量开始进入世界前列，带动了我国集成 目前世界上对粉体球形化研究最为成功的国 家是日本，他们已大批量地投入生产并运用到航 天、超大屏幕电子显像和大规模集成电路中，而我 国对此项技术的研究才刚起步。国外球形硅微粉 的制备通常采用二氧化硅高温熔融喷射法、在液 相中控制正硅酸乙脂、四氯化硅的水解法等，但由 于工艺复杂，这些方法国内还只停留在实验室阶 电路市场规模不断扩大，硅微粉作为集成电路封 装用的环氧塑封料的填充材料也随之显示出广阔 的发展前景。但对硅微粉的质量要求也越来越 高，除了要求超细、高纯度、低放射性元素含量外， 还特别对其颗粒形状提出了球形化要求。这是因 为：（１）球的表面流动性好，与树脂搅拌成膜均匀， 树脂添加量小，粉的填充量可达到最高，质量比可 达９０．５％，因此，球形化意味着硅微粉填充率的 增加，硅微粉的填充率越高，其热膨胀系数就越 小，导热系数也越低，就越接近单晶硅的热膨胀系 数，由此生产的电子元器件的使用性能也越好。 （２）球形化形成的塑封料应力集中最小，强度最 高，当角形粉的塑封料应力集中为１时，球形粉的 应力仅为０．６，因此，球形粉塑封料封装集成电路 芯片时，成品率高，并且运输、安装、使用过程中不 段…，有较大的技术难度，这是国内至今还不能 生产出高质量球形硅微粉的重要原因之一。国内 有人开展过单纯用机械整形法整形角状硅微粉研 究，还有人用干磨和湿磨来研究硅微粉，研究表明 干磨更有利于粒形的圆整。从粒子破碎机理和 Ｄｕｒｎｅｔｙｌ２ 关于通、塞流破碎条件下粒形有差异的 学说，其原因可能类似于通流破碎条件，在湿磨生 产中，由于料浆流动性好，研磨体与粒子作用几率 较大；而在干磨作用条件下（类似于塞流破碎的条 件），粉粒间相互磨搓作用较湿磨大，利于粒形的 圆整 ］。但单纯机械整形法和干磨法结果并不 易产生机械损伤。（３）球形粉摩擦系数小，对模具 的磨损小，与角形粉相比，模具的使用寿命可提高 一理想。为了寻找理想的硅微粉球形化方法，我们 进行了专门的试验研究工作。 倍，塑封料的封装模具价格很高，有的还需要进 ＋收稿日期：２００２—０５—１４ ・ １７ ・ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・试验研究・ ＩＭ＆Ｐ化Ｉ矿物与加ｚ ２００２年第９期 ２实验工艺 不。 结晶石英砂或熔融石英粗料先进入破碎机细 表１不同加热方法和加热范围 碎后，再经给料机进入振动磨。磨细粉体由风扫 进入超细分级机进行超细分级。粗粉返回磨机再 次研磨，合格品进入由复合型旋风除尘器、袋式除 尘器及引风机组成的产品二级捕集系统。两台除 尘器分别捕集了粒径不同的硅微粉颗粒，以便于 从以上三种加热方法的实验情况来看，交流 粉体球化率的提高及最终产品的颗粒级配。超细 高频等离子体高温熔融法加热温度高，但温度范 粉碎后的粉体进入提纯工艺系统，该系统由盐酸 围和温度场的调整不易控制，也就造成产品的球 等酸洗、纯净水水洗装置组成，然后进入压滤机和 化率不易控制。直流等离子体高温熔融法和碳极 烘箱等系统进行压滤和干燥。 高温电弧法温度范围适中，控制平稳，可达到较高 提纯后的超细粉体进入机械整形机进行颗粒 球化率。而在工程放大的过程中，碳极高温电弧 预整形，该整形原理是当微小颗粒物料被整形机 法具有较高的可靠性，因此，本项目小试验确认碳 搅拌轴搅拌时，物料相互之间产生自磨，磨掉部分 极高温电弧法是实现硅微粉球形化的较理想的加 棱角。预整形后的硅微粉体进入高温整形系统， 热方法。中试阶段，本项目拟对加热方法及热工 该系统的发热元件采用碳极电弧，其高温加热区 设备进行深入研究。 温度可在１ ６００～２ ０００℃之间的一个狭小范围内 ４实验结果 任意调整，当粉体通过该区被高温加热时，其角形 ４．１球形化机理分析 表面将会率先进入熔融状态，在表面张力的作用 球型化制备方法采用了一种高温近熔融和近 下迅速自动流平，从而达到产品球形化目的，从高 球形的方法来达到目的。这种方法是根据固体热 温整形系统球化后的粉体进入产品收集器。根据 力学的原理，高温颗粒的尖角部位容易最早出现 产品用途需要，球化后的粉体进入改性系统、最后 液相以及在气液固三相界面上液相表面张力较 进入包装系统、储存系统即为成品。其工艺流程 大、自动平滑成球体的现象来完成球化过程。其 图如图１。 技术关键是加热装置要求有稳定的温度场、易于 调节的温度范围和不会对硅微粉造成二次污染的 粉磨工序． 清洁热源环境。 圆一 磨 ＿－Ｉ翘 Ｉ１分域 旋风除尘卜 袋式除 ４。２实验结果 醴沈Ｔ序： 表２中“国内”部分为ＳＪ１０６７５—１９９５《电子 ｌ堡 垦 Ｈ些竺 王些 及电器工业用硅微粉》产品质量标准值，“国外”部 球形化工序： 匝 卜 亚 四 分为有代表性国外企业的技术指标，“本项目”为 本项目小试结果。 图１ 高纯超细球形化硅微粉工艺流程图 由上表数据可看出，本项目小试产品与国外 ３球形化实验 企业指标基本接近。 曾采用交流高频等离子体高温熔融法、直流 由硅微粉原料和球形化后的硅微粉的电镜照 离子体高温熔融法和由碳极形成的高温电弧法等 片比较可知，硅微粉的球形化率达到了８０％左 方法多次对角型硅微粉颗粒进行整形处理，现在 右。 已形成每小时产量ｋｇ级的实验室小型系统，其 ５结论 “球化率”可达到８０％以上。 （１）可以用一种高温近熔融和近球形的方法 三种加热方法所提供的温度范围如表１所 实现硅微粉的球形化； （下转２０页） ・ １ ８ ・ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・技术经验・ ＩＭ＆Ｐ化Ｉ矿物与枷Ｉ ２００２年第９期 表５选厂平均生产技术指标比较 用Ｙ一８９作铜捕收剂，石灰和硫化钠作黄铁矿抑 制剂及氧化铜矿的硫化剂进行抑硫浮铜，生产实 践表明，在铜精矿品位合格的前提下，可使铜回收 率提高４．８２％。 由表５可知：使用Ｙ一８９与黄药、黑药比较， 在精矿品位接近的情况下，选铜回收率可提高 ４．８２％。 （２）新工艺的使用可获得较大的经济效益，按 年处理能力８０万ｔ计算，每年可净增经济效益 ３４７．４２万元。 ３经济效益分析 由处理能力８０万ｔ／ａ，按１９９９年的原材料价 格及产品价格计，使用Ｙ一８９，铜回收率提高 ４．８２％，增加产值为３４７．４２万元／年。新工艺的 Ｙ一８９用量５０～６０ｇ／ｔ・原矿，成本０．５５～０．６６元 ／ｔ・原矿，而原工艺的黄药、黑药用量１２０ｇ／ｔ・原 矿，成本０．６４元／ｔ・原矿，新工艺和原工艺的黄 （３）新工艺不增加任何设备，不需要大的工艺 改造，只改变药剂种类、加药点及用量，适应性强， 可推广应用于类似矿山、应用前景广阔。 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｙ一８９ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｉｎ ｃｏｐｐｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ ＷＡＮＧ Ｊｕｎ—ｒａｉｎ （Ｘｉｎｑｉａｏ Ｍｉｎｅ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ａｎｈｕｉ Ｔｏｎｇｌｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｇｒｏｕｐ，Ｔｏｎｇｌｉｎｇ Ａｎｈｕｉ ２４４１３２，Ｃｈｉｎａ） 药、黑药成本相当。所以新工艺新增效益为 ３４７．４２万元／年。 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒ ｕｓｉｎｇ Ｙ一８９ ａｓ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｉｎ Ｘｉｎｑｉａｏ Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｏｎ— ｃｅｎｔｒａｔｏｒ．ｔｈｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ４．８２％Ｔｈｅ ｒｅｍａｒｋ— ４结语 （１）新桥硫铁矿属低铜高硫复杂铜硫矿石，采 ａｂｌｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ Ｙ一８９；ｃｏｐｐｅｒ ｒｅｃｏｖｅｒｙ；ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔｓ 斗｝＿｛・｝－｛・｝一｛・｝ ・｝＿÷｝－｛・｝＿｛・｝＿｛・｝斗｝＿｛・｝ ・｝＿｛・｝ ・｝＿｛・｝＿｛・｝－｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝＿｛・｝－｛・｝ ・｝＿｛・｝ ・｝＿｛・｝ ・｝－｛・｝＿｛・｝ ・｝＿÷｝ ・｝ ・｝ ・｝－｛・｝＿｛・｝ ・｝ ・｝＿｛・｝－｛・｝＿｛・｝ ・｝＿｛・｝ ・卜｛・｝－｛・｝ ・｝ ・｝ ，｝ （上接１８页） 表２小试结果与国内外指标的对比 （２）用机械整形机进行颗粒预整形，有利于硅 届全国粉体工程学术论文集【（’］．北京：２０００ ４ 微粉的球形化； （３）球形化的技术关键是加热装置要求有稳 定的温度场、易于调节的温度范围和不会对硅微 粉造成二次污染的清洁热源环境； （４）碳极高温电弧法是实现硅微粉球形化的 较理想的加热方法。 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｓｐｈｅｒｉｃｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｕｒｅ ｍｉｃｒｏｆｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｏｗｄｅｒ ＬＩ Ｈｕａ—ｊｉａｎ 一，ＨＵＡＮＧ Ｊｉａ—ｍｕ ， ＧＡＩ Ｇｕｏ—ｓｈｅｎｇ ，ＬＩＡＮＧ Ｂａｏ—ｗｅｉ （１．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４５，Ｃｈｉｎａ；２ Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１３ｅｉｊｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ；３ Ｂｅｉｘｉｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｐｈｅｒｉｃｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｆｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ！ｘ￣ｗｄｅｒ ｗａｓ ｓｔｕｄ— ｉｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｃａｒｂｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｈｉｇｈ—ｔｅｌｎｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒｃ ６参考文献 【１］ 苏国千磨与湿磨对粒配及粒形的影响【Ｊ Ｊ．化工矿物与加 １：，２００１。（１０）：ｌ一４ ［２］Ｉ）ｕｒｎｅｙ Ｔ．Ｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｈａｐｅ ｅｆｆｅｃｔ ｄｕｅ ｔｏ ｃｒｕｓｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｉｚｅ ＬＪ］．１Ｉ１ｔｌ Ｊ Ｍｉｎｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ，１９８６，（１６）：１０９—１２３ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ａｎ ｉｄｅａｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｓｐｈｃｒｌｃｉｚｅ ｓｉｌｉｃｏｎ！ｘ）ｗｄｅｒ ［３］ 孙忠贤环氧塑封料的填充料二氧化硅性能及应用一第六 ・ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｌｉｃｏｎ Ｉｘ）ｗｒｉｅｒ；ｓｐｈｅｒｌｃｉｚａｔｉｏｎ；ｈｉｇｈ ｐｕｒｉｔｙ ２０ ・
