隨著微電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路對(duì)封裝材料的要求也越來越高，不僅要求對(duì)其超細(xì)，而且要求其有高純度、低放射性元素含量，特別是對(duì)于顆粒形狀提出了球形化要求。高純超細(xì)熔融球形石英粉（簡(jiǎn)稱球形硅微粉）由于其有高介電、高耐熱、高耐濕、高填充量、低膨脹、低應(yīng)力、低雜質(zhì)、低摩擦系數(shù)等優(yōu)越性能，在大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的基板和封裝料中，成了不可缺少的優(yōu)質(zhì)材料。
為什么要球形化？首先，球的表面流動(dòng)性好，與樹脂攪拌成膜均勻，樹脂添加量小，并且流動(dòng)性最好，粉的填充量可達(dá)到最高，重量比可達(dá)90.5%，因此，球形化意味著硅微粉填充率的增加，硅微粉的填充率越高，其熱膨脹系數(shù)就越小，導(dǎo)熱系數(shù)也越低，就越接近單晶硅的熱膨脹系數(shù)，由此生產(chǎn)的電子元器件的使用性能也越好。其次，球形化制成的塑封料應(yīng)力集中最小，強(qiáng)度最高，當(dāng)角形粉的塑封料應(yīng)力集中為1時(shí)，球形粉的應(yīng)力僅為0.6，因此，球形粉塑封料封裝集成電路芯片時(shí)，成品率高，并且運(yùn)輸、安裝、使用過程中不易產(chǎn)生機(jī)械損傷。其三，球形粉摩擦系數(shù)小，對(duì)模具的磨損小，使模具的使用壽命長(zhǎng)，與角形粉的相比，可以提高模具的使用壽命達(dá)一倍，塑封料的封裝模具價(jià)格很高，有的還需要進(jìn)口，這一點(diǎn)對(duì)封裝廠降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益也很重要。
球形硅微粉，主要用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的封裝上，根據(jù)集程度（每塊集成電路標(biāo)準(zhǔn)元件的數(shù)量）確定是否球形硅微粉，當(dāng)集程度為1M到4M時(shí)，已經(jīng)部分使用球形粉，8M到16M集程度時(shí)，已經(jīng)全部使用球形粉。250M集程度時(shí)，集成電路的線寬為0.25μm，當(dāng)1G集程度時(shí)，集成電路的線寬已經(jīng)小到0.18μm，目前計(jì)算機(jī)的CPU芯片，已經(jīng)達(dá)到了幾十納米級(jí)線寬的程度。所用的球形粉為更高檔的，主要使用多晶硅的下腳料制成正硅酸乙脂與四氯化硅水解得到SiO2，也制成球形，其顆粒度分布0-20μm（粗顆粒上限可調(diào)）。這種用化學(xué)法合成的球形硅微粉比用天然的石英原料制成的球形粉要貴近10倍，其原因是這種粉基本沒有放射性α射線污染，可做到0.02PPb以下的鈾含量。當(dāng)集程度大時(shí)，由于超大規(guī)模集成電路間的導(dǎo)線間距非常小，封裝料放射性大時(shí)集成電路工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生源誤差，會(huì)使超大規(guī)模集成電路工作時(shí)可靠性受到影響，因而必須對(duì)放射性提出嚴(yán)格要求。
一般集成電路都是用光刻的方法將電路集中刻制在單晶硅片上，然后接好連接引線和管角，再用環(huán)氧塑封料封裝而成。塑封料的熱膨脹率與單晶硅的越接近，集成電路的工作熱穩(wěn)定性就越好。單晶硅的熔點(diǎn)為1415℃，膨脹系數(shù)為3.5PPM，熔融石英粉的為(0.3～0.5)PPM，環(huán)氧樹脂的為(30～50)PPM，當(dāng)熔融球形石英粉以高比例加入環(huán)氧樹脂中制成塑封料時(shí)，其熱膨脹系數(shù)可調(diào)到8PPM左右，加得越多就越接近單晶硅片的，也就越好。而結(jié)晶粉俗稱生粉的熱膨脹系數(shù)為60PPM，結(jié)晶石英的熔點(diǎn)為1996℃，不能取代熔融石英粉(即熔融硅微粉)，所以中高檔集成電路中不用球形粉時(shí)，也要用熔融的角形硅微粉。這也是高檔球形粉想用結(jié)晶粉整形為近球形不能成功的原因所在。
（粉體圈 作者：梧桐）
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