覆銅板用硅微粉指標(biāo)要求及發(fā)展趨勢(shì)

非金屬礦物粉體材料在覆銅板行業(yè)是主要的無機(jī)填料，覆銅板生產(chǎn)過程中主要根據(jù)其性能來選擇相應(yīng)的填料，常用的無機(jī)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(diǎn)

  硅微粉是一種無毒、無味、無污染的無機(jī)非金屬材料，由天然石英（SiO2）或熔融石英（天然石英經(jīng)高溫熔融、冷卻后的非晶態(tài)SiO2）經(jīng)破碎、粉磨（球磨、振動(dòng)、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(dǎo)性、熱穩(wěn)定性、耐酸堿性（HF除外）、耐磨性、阻燃性，提高板材的彎曲強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性，降低板材的熱膨脹率改善覆銅板的介電常數(shù)。同時(shí)，由于硅微粉原料豐富，價(jià)格低廉，能夠降低覆銅板的成本，因此在覆銅板行業(yè)的應(yīng)用日趨廣泛。

  2、覆銅板常用的硅微粉填料

  在生產(chǎn)覆銅板時(shí)，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(shù)多用于薄型化覆銅板生產(chǎn)。覆銅板常用的硅微粉填料有超細(xì)結(jié)晶型硅微粉、熔融硅微粉、復(fù)合型硅微粉、球形硅微粉和活性硅微粉。

  （1）超細(xì)結(jié)晶型硅微粉

  超細(xì)結(jié)晶型硅微粉是精選優(yōu)質(zhì)石英礦，經(jīng)洗礦、破碎、磁選、超細(xì)碎、分級(jí)等工藝加工而成的石英粉。結(jié)晶型硅微粉在覆銅板行業(yè)中的應(yīng)用在國外起步較早，國內(nèi)硅微粉廠家在2007年前后具備此種粉體的生產(chǎn)能力，并很快獲得用戶認(rèn)可。

  使用結(jié)晶硅微粉后，覆銅板的的剛度、熱穩(wěn)定性和吸水率都有較大幅度的改善，隨著覆銅板市場(chǎng)的快速發(fā)展，結(jié)晶硅微粉的產(chǎn)量和質(zhì)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(jié)晶型硅微粉必須進(jìn)行活性處理再和球形粉配合使用，避免其與環(huán)氧樹脂混合時(shí)結(jié)團(tuán)，或是過小的填料粒徑導(dǎo)致膠液粘度急劇增大，帶來上膠時(shí)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(jīng)高溫熔煉冷卻后的非晶態(tài)二氧化硅作為主要原料，再經(jīng)獨(dú)特工藝加工而成的微粉，其分子結(jié)構(gòu)排列由有序排列轉(zhuǎn)為無序排列。由于具有較高的純度呈現(xiàn)出極低的線膨脹系數(shù)、良好的電磁輻射性、耐化學(xué)腐蝕等穩(wěn)定的化學(xué)特性，常應(yīng)用于高頻覆銅板的生產(chǎn)。隨著高頻通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì)高頻覆銅板的需求量越來越大，其市場(chǎng)每年以15-20%的速度增長，這必將也帶動(dòng)熔融硅微粉需求量的同步增長。

  （3）復(fù)合型硅微粉

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

  復(fù)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(shù)、彎曲強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定等性能，是一種綜合性能比較優(yōu)良的填料。目前國內(nèi)許多覆銅板廠家已開始使用復(fù)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(guī)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(dòng)性好、應(yīng)力低、堆比重小的球形硅微粉材料，其添加于覆銅板生產(chǎn)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(huán)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(chǎn)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(chǎn)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(jìn)一步提高覆銅板的耐濕熱性能和可靠性。

  目前，國產(chǎn)的活性硅微粉產(chǎn)品因其只用硅偶聯(lián)劑簡單的混合處理，效果不夠理想，粉體與樹脂混合時(shí)很容易團(tuán)聚，而國外有許多專利提出了對(duì)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(lián)劑對(duì)粉體的包裹均勻，從而能使環(huán)氧樹脂能與硅微粉達(dá)到理想的結(jié)合效果。

  3、覆銅板對(duì)硅微粉性能方面的要求

  （1）對(duì)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(huì)降低。而平均粒徑低于0.05μm時(shí)，會(huì)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(xué)公司提出：熔融硅微粉平均粒徑宜在0.05-2μm范圍內(nèi)，其中粒徑應(yīng)在10μm以下，這樣才能保證樹脂組成物的流動(dòng)性良好。

  日立化成公司提出：從提高有“相互兩立”關(guān)系的耐熱性與銅箔粘接強(qiáng)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(cè)重考慮”，那么選擇平均粒徑在0.4-0.7μm更為適合。

  （2）對(duì)硅微粉形態(tài)的選擇

  在各種形態(tài)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(jié)晶型二氧化硅對(duì)樹脂體系性能的影響都是有限的，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(shù)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(jīng)濟(jì)效益上考慮，行業(yè)中更傾向于使用高純度的結(jié)晶型二氧化硅。

  目前，在國內(nèi)的覆銅板企業(yè)中，大多數(shù)還是使用結(jié)晶型硅微粉。熔融型硅微粉除了價(jià)格比較高外，對(duì)它的功效、特性還處于認(rèn)識(shí)及小批量應(yīng)用的階段。

  在覆銅板中應(yīng)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(yàn)室范圍內(nèi)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(jià)格較高，目前在常規(guī)、中檔次覆銅板中還無法大批量應(yīng)用。

  因此，降低球形硅微粉生產(chǎn)成本、搞好與國內(nèi)覆銅板廠家的合作開發(fā)、應(yīng)用，是當(dāng)前國內(nèi)球形硅微粉生產(chǎn)廠家要做的重要之事。

  總之，覆銅板廠家在硅微粉應(yīng)用上，需要根據(jù)所要達(dá)到的性能的主要項(xiàng)目、指標(biāo)，以及選用其它填料、填料表面處理技術(shù)的運(yùn)用、成本等各個(gè)方面去綜合考慮。

  4、硅微粉在覆銅板中應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

  （1）大有可為的超細(xì)結(jié)晶型硅微粉

  目前，應(yīng)用在覆銅板上的超細(xì)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(fā)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(xì)填料，結(jié)晶型硅微粉因具有良好的導(dǎo)熱作用將被廣泛應(yīng)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(jié)晶型硅微粉很可能會(huì)和球形粉配合使用。盡管有不少導(dǎo)熱性比結(jié)晶型硅微粉更好的填料，如氧化鋁球形粉等，但它們價(jià)格非常高，未來很難被覆銅板廠家大規(guī)模使用。

  （2）快速發(fā)展的熔融硅微粉市場(chǎng)

  隨著各類先進(jìn)通信技術(shù)的發(fā)展，多種高頻設(shè)備都已被廣泛應(yīng)用，其市場(chǎng)每年都以15-20的速度增長，這必將在一定程度上帶動(dòng)熔融硅微粉市場(chǎng)的快速發(fā)展。

  （3）穩(wěn)定的復(fù)合型硅微粉市場(chǎng)

  目前，國內(nèi)大多數(shù)覆銅板廠家已開始使用復(fù)合型硅微粉來代替結(jié)晶型硅微粉，并逐步提高使用比例，復(fù)合型硅微粉的市場(chǎng)將在未來2年內(nèi)達(dá)到飽和。硅微粉廠家在提高產(chǎn)量的同時(shí)，也在不斷優(yōu)化產(chǎn)品指標(biāo)，為進(jìn)一步降低鉆頭磨損，開發(fā)更低硬度的填料將非常必要。

  （4）樂觀的高端球形粉市場(chǎng)

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

  （5）可期待的活性硅微粉市場(chǎng)

  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(chǎng)上已經(jīng)有硅微粉廠家在推出活性硅微粉產(chǎn)品。但若想在覆銅板領(lǐng)域大量推廣使用活性粉，硅微粉廠家的任重道遠(yuǎn)，不僅需要上游偶聯(lián)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(shù)難題，活性硅微粉的市場(chǎng)將非常值得期待。