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        覆銅板用硅微粉指標要求及發展趨勢

        作者:新捷仕覆銅板      2019-03-22

            非金屬礦物粉體材料在覆銅板行業是主要的無機填料,覆銅板生產過程中主要根據其性能來選擇相應的填料,常用的無機填料有滑石粉、氫氧化鋁、氧化鋁、二氧化鐵、硅微粉(二氧化硅)等,其中硅微粉(二氧化硅)已是各類覆銅板中一種重要的填料。

        1、硅微粉的性能特點

            硅微粉是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料,由天然石英(SiO2)或熔融石英(天然石英經高溫熔融、冷卻后的非晶態SiO2)經破碎、粉磨(球磨、振動、氣流磨)、浮選、酸洗提純和高純水處理等工藝加工而成。

            硅微粉是一種功能性填料,其添加在覆銅板中能提升板材的絕緣性、熱傳導性、熱穩定性、耐酸堿性(HF除外)、耐磨性、阻燃性,提高板材的彎曲強度、尺寸穩定性,降低板材的熱膨脹率改善覆銅板的介電常數。同時,由于硅微粉原料豐富,價格低廉,能夠降低覆銅板的成本,因此在覆銅板行業的應用日趨廣泛。


        2、覆銅板常用的硅微粉填料

            在生產覆銅板時,硅微粉的投料比例主要有一般比例(15%-30%)和高填充比例(40%-70%)兩種,其中高填充比例技術多用于薄型化覆銅板生產。覆銅板常用的硅微粉填料有超細結晶型硅微粉、熔融硅微粉、復合型硅微粉、球形硅微粉和活性硅微粉。


        (1)超細結晶型硅微粉

            超細結晶型硅微粉是精選優質石英礦,經洗礦、破碎、磁選、超細碎、分級等工藝加工而成的石英粉。結晶型硅微粉在覆銅板行業中的應用在國外起步較早,國內硅微粉廠家在2007年前后具備此種粉體的生產能力,并很快獲得用戶認可。使用結晶硅微粉后,覆銅板的的剛度、熱穩定性和吸水率都有較大幅度的改善,隨著覆銅板市場的快速發展,結晶硅微粉的產量和質量都有了較大幅度的提高。

            考慮到填料在樹脂中的分散性和上膠工藝的要求,結晶型硅微粉必須進行活性處理再和球形粉配合使用,避免其與環氧樹脂混合時結團,或是過小的填料粒徑導致膠液粘度急劇增大,帶來上膠時玻璃纖維布浸潤性問題。


        (2)熔融硅微粉

            熔融硅微粉系選用天然石英,經高溫熔煉冷卻后的非晶態二氧化硅作為主要原料,再經獨特工藝加工而成的微粉,其分子結構排列由有序排列轉為無序排列。由于具有較高的純度呈現出極低的線膨脹系數、良好的電磁輻射性、耐化學腐蝕等穩定的化學特性,常應用于高頻覆銅板的生產。隨著高頻通信技術的發展,對高頻覆銅板的需求量越來越大,其市場每年以15-20%的速度增長,這必將也帶動熔融硅微粉需求量的同步增長。


        (3)復合型硅微粉

            復合型硅微粉是以天然石英和其他無機非金屬礦物(如氧化鈣、氧化硼、氧化鎂等)為原料,經過復配、熔融、冷卻、破碎、研磨、分級等工序加工而成的玻璃相二氧化硅粉體材料。

            復合型硅微粉莫氏硬度在5左右,明顯低于純硅微粉,在印制線路板(PCB)加工過程中,既能降低鉆頭磨損,又能保持覆銅板的熱膨脹系數、彎曲強度、尺寸穩定等性能,是一種綜合性能比較優良的填料。目前國內許多覆銅板廠家已開始使用復合型硅微粉來代替普通硅微粉。


        (4)球形硅微粉

            球形硅微粉是以精選的不規則角形硅微粉作為原料,通過高溫近熔融和近球形的方法加工得到的一種顆粒均勻、無銳角、比表面積小、流動性好、應力低、堆比重小的球形硅微粉材料,其添加于覆銅板生產原料中,可大幅度增加填充量降低混合材料體系的粘度,改善加工工藝性能,提高上膠玻纖布的滲透性,降低環氧樹脂固化過程的收縮率,減小熱漲差改善板材的翹曲。

            日本覆銅板生產廠家多選用的SiO2純度為99.8%、平均粒徑在0.5μm-1μm的球形硅微粉產品。


        (5)活性硅微粉

            采用活性處理的硅微粉作填料可以明顯改善硅微粉與樹脂體系的相容性,進一步提高覆銅板的耐濕熱性能和可靠性。

            目前,國產的活性硅微粉產品因其只用硅偶聯劑簡單的混合處理,效果不夠理想,粉體與樹脂混合時很容易團聚,而國外有許多專利提出了對硅微粉的活性處理,例如德國專利提出用聚硅烷和硅微粉混合,并在紫外線照射下攪拌,獲得活性硅微粉;日本專家提出硅烷二醇衍生物處理硅微粉,并在混合過程中加入催化劑,使偶聯劑對粉體的包裹均勻,從而能使環氧樹脂能與硅微粉達到理想的結合效果。


        3、覆銅板對硅微粉性能方面的要求

        (1)對硅微粉粒徑的要求

            在覆銅板使用硅微粉填料中,粒徑不可太大也不能太小。

        松下電工公司提出:采用平均粒徑超過10μm的硅微粉,所制成的覆銅板在電氣絕緣性上會降低。而平均粒徑低于0.05μm時,會造成樹脂體系粘度有明顯的增大,影響覆銅板制造的工藝性。

            京瓷化學公司提出:熔融硅微粉平均粒徑宜在0.05-2μm范圍內,其中最大粒徑應在10μm以下,這樣才能保證樹脂組成物的流動性良好。

            日立化成公司提出:從提高有“相互兩立”關系的耐熱性與銅箔粘接強度考慮,合成硅微粉的平均粒徑在1-5μm范圍為宜,而在覆銅板要特別注重鉆孔加工性提高的角度“側重考慮”,那么選擇平均粒徑在0.4-0.7μm更為適合。


        (2)對硅微粉形態的選擇

            在各種形態的二氧化硅中,與熔融球形二氧化硅、熔融透明二氧化硅以及后來的納米硅(樹脂)相比,結晶型二氧化硅對樹脂體系性能的影響都不是最佳的,例如它的分散性、耐沉降性不如熔融球形二氧化硅,耐熱沖擊性和熱膨脹系數不如熔融透明二氧化硅;綜合性能更不如納米硅(樹脂),但從成本和經濟效益上考慮,行業中更傾向于使用高純度的結晶型二氧化硅。

            目前,在國內的覆銅板企業中,大多數還是使用結晶型硅微粉。熔融型硅微粉除了價格比較高外,對它的功效、特性還處于認識及小批量應用的階段。

            在覆銅板中應用選擇硅微粉品種上,盡管球形硅微粉在日本專利中有許多研究成果(多為試驗室范圍內的成果),且在提高覆銅板某些性能方面有很好的功效,但其價格較高,目前在常規、中檔次覆銅板中還無法大批量應用。

            因此,降低球形硅微粉生產成本、搞好與國內覆銅板廠家的合作開發、應用,是當前國內球形硅微粉生產廠家要做的重要之事。

            總之,覆銅板廠家在硅微粉應用上,需要根據所要達到的性能的主要項目、指標,以及選用其它填料、填料表面處理技術的運用、成本等各個方面去綜合考慮。


        4、硅微粉在覆銅板中應用的發展趨勢

        (1)大有可為的超細結晶型硅微粉

            目前,應用在覆銅板上的超細硅微粉平均粒徑在2-3微米,隨著基板材料向超薄化方向發展,將要求填料具有更小的粒度,更好的散熱性。未來覆銅板將采用平均粒徑在0.5-1微米左右的超微細填料,結晶型硅微粉因具有良好的導熱作用將被廣泛應用,考慮到填料在樹脂中的分散性和保證上膠工藝的順利開展,結晶型硅微粉很可能會和球形粉配合使用。盡管有不少導熱性比結晶型硅微粉更好的填料,如氧化鋁球形粉等,但它們價格非常高,未來很難被覆銅板廠家大規模使用。


        (2)快速發展的熔融硅微粉市場

            隨著各類先進通信技術的發展,多種高頻設備都已被廣泛應用,其市場每年都以15-20的速度增長,這必將在一定程度上帶動熔融硅微粉市場的快速發展。


        (3)穩定的復合型硅微粉市場

            目前,國內大多數覆銅板廠家已開始使用復合型硅微粉來代替結晶型硅微粉,并逐步提高使用比例,復合型硅微粉的市場將在未來2年內達到飽和。硅微粉廠家在提高產量的同時,也在不斷優化產品指標,為進一步降低鉆頭磨損,開發更低硬度的填料將非常必要。


        (4)樂觀的高端球形粉市場

            PCB基板材料正在迅速的向著薄形化方向發展,特別是HDI多層板當前實現基板材料的薄形化表現得更為突出。許多便攜式電子產品在不斷推進它“薄、輕、小”和多功能的情況下,需要PCB的層數更多、厚度更薄。隨著電子產品向小型化、集成化方向的發展,未來HDI板的比重將明顯提高,與此同時,國內IC載板項目也在全國多地展開。在良好的市場環境下更要求國內硅微粉廠商能夠推出具有高純度、高流動性,低膨脹系數,良好粒度分布的高端球形硅微粉產品,因此球形硅微粉在覆銅板行業的應用前景非常值得期待。


        (5)可期待的活性硅微粉市場

            采用活性硅微粉作填料可以使覆銅板的一些性能得到明顯改善,目前市場上已經有硅微粉廠家在推出活性硅微粉產品。但若想在覆銅板領域大量推廣使用活性粉,硅微粉廠家的任重道遠,不僅需要上游偶聯劑廠家的密切配合,更需要下游覆銅板廠家的通力合作。只要解決改性的技術難題,活性硅微粉的市場將非常值得期待。

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