Ως ένα-ανόργανο μη-λειτουργικό υλικό υψηλής απόδοσης, ο καπνός πυριτίας παρασκευάζεται κυρίως από φυσικό χαλαζία ή τηγμένο χαλαζία μέσω μιας σειράς λεπτών διαδικασιών επεξεργασίας, όπως σύνθλιψη, ταξινόμηση, άλεση, μαγνητικό διαχωρισμό, επίπλευση και οξίνιση. Μεταξύ αυτών, οι εποξειδικές ενώσεις καλουπώματος (EMC) από σφαιρικό καπνό πυριτίας παρουσιάζουν χαμηλή συγκέντρωση καταπόνησης και υψηλή αντοχή, καθιστώντας τις πιο κατάλληλες για ολοκληρωμένα κυκλώματα (ICs) από ό,τι οι γωνιώδεις καπνοί πυριτίας. Εν τω μεταξύ, ο σφαιρικός καπνός πυριτίας μπορεί να μειώσει την τριβή σε εξοπλισμό και καλούπια κατά την κατασκευή σχετικών προϊόντων.
As a core filler material for integrated circuit packaging, silica fume is mainly applied in two major fields: epoxy molding compounds and copper-clad laminates (CCLs). In epoxy molding compounds, silica fume accounts for 70–90% of the total composition. Its low coefficient of thermal expansion and excellent dielectric properties effectively reduce internal stress in molding compounds, lower the risk of chip cracking, and improve thermal dissipation and mechanical strength. It also protects chips from erosion by external moisture and dust, adapting to more than 97% of semiconductor packaging scenarios.
Στον τομέα των ελασμάτων με επένδυση από χαλκό-, ο καπνός πυριτίας ενισχύει τη θερμική αντίσταση, τη σταθερότητα των διαστάσεων και την ακρίβεια διάτρησης των υποστρωμάτων. Ο καπνός διοξειδίου του πυριτίου υψηλής-σφαιρικότητας, με την καλή ρευστότητα και τον υψηλό ρυθμό πλήρωσης, χρησιμοποιείται κυρίως σε εφαρμογές υψηλού-όπως υψηλής-συχνότητας και{5}}με{5}}επένδυση χαλκού-επενδυμένα ελάσματα και υποστρώματα IC. Μέσω της σύνθεσης σκονών με διαφορετικά μεγέθη σωματιδίων, οι ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες των ελασμάτων με επένδυση από χαλκό-βελτιστοποιούνται περαιτέρω, υποστηρίζοντας την ανάπτυξη ολοκληρωμένων κυκλωμάτων προς τη σμίκρυνση και την υψηλή πυκνότητα.
Οι τεχνολογίες παρασκευής σφαιρικού καπνού πυριτίου για ολοκληρωμένα κυκλώματα χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: φυσικές μεθόδους και χημικές μεθόδους. Οι φυσικές μέθοδοι περιλαμβάνουν τη τήξη με φλόγα και την επεξεργασία πλάσματος, ενώ οι χημικές μέθοδοι περιλαμβάνουν τη μέθοδο sol-gel, τη μέθοδο μικρογαλακτώματος, τη μέθοδο χημικής καθίζησης, τη μέθοδο ψεκασμού και τη μέθοδο φάσης ατμού.
Φυσικές Μέθοδοι
Η τήξη με φλόγα είναι μια τεχνολογία στην οποία η χαλαζιακή άμμος υψηλής καθαρότητας αλέθεται, κοσκινίζεται, καθαρίζεται και στη συνέχεια τροφοδοτείται σε ένα πεδίο υψηλής- θερμοκρασίας που δημιουργείται από την καύση αερίου-οξυγόνου. Η σκόνη τήκεται σε υψηλές θερμοκρασίες και στη συνέχεια ψύχεται για να σχηματίσει σφαιρικό ατμό πυριτίου υψηλής{4}καθαρότητας.
Η επεξεργασία πλάσματος χρησιμοποιεί την υψηλή ενέργεια του πλάσματος για την επεξεργασία υλικών. Σε σύγκριση με τη μέθοδο πλάσματος, η τήξη με φλόγα διαθέτει ώριμες και απλές διαδικασίες, χαμηλό κόστος, εύκολη δυνατότητα ελέγχου, υψηλή απόδοση παραγωγής και μεγαλύτερη σκοπιμότητα για-βιομηχανική παραγωγή μεγάλης κλίμακας.
Χημικές Μέθοδοι
Η μέθοδος sol-gel περιλαμβάνει μια σειρά χημικών αντιδράσεων (υδρόλυση, συμπύκνωση, κ.λπ.) οργανικών ή ανόργανων ενώσεων μετάλλων σε υγρή φάση για να σχηματιστεί ένα σύστημα κολλοειδούς διαλύματος. Μετά τη γήρανση, τα κολλοειδή σωματίδια στο κολλοειδές διάλυμα πολυμερίζονται σταδιακά σε ένα πήκτωμα, το οποίο στη συνέχεια ξηραίνεται, σκληραίνει και υποβάλλεται σε επεξεργασία για να ληφθεί το τελικό προϊόν.
Η μέθοδος μικρογαλακτώματος χρησιμοποιεί επιφανειοδραστικές ουσίες για τη γαλακτωματοποίηση δύο μη αναμίξιμων διαλυτών σε ένα ομοιόμορφο σύστημα μικρο-διασποράς. Αυτές οι μικρο-διασπορές λειτουργούν ως μικροαντιδραστήρες, όπου η πυρήνωση και η ανάπτυξη στερεών σωματιδίων περιορίζονται σε μεμονωμένους μικροαντιδραστήρες, παράγοντας τελικά λεπτά σφαιρικά σωματίδια.
Η χημική κατακρήμνιση γενικά χρησιμοποιεί πυριτικό άλας ως πηγή πυριτίου και ανόργανα ή οργανικά οξέα ως οξινιστές, με κατάλληλη προσθήκη επιφανειοδραστικών ουσιών. Ο σφαιρικός καπνός πυριτίας λαμβάνεται με έλεγχο των συνθηκών αντίδρασης για το σχηματισμό ιζημάτων, που ακολουθείται από πλύση, ξήρανση και φρύξη.
Η μέθοδος ψεκασμού είναι μια κοινή τεχνική για την παρασκευή σκόνης. Για τον σφαιρικό καπνό πυριτίας, ένας πρόδρομος πυριτίας εγχέεται σε μια συσκευή ψεκασμού και ψεκάζεται σε λεπτά σταγονίδια. Καθοδηγούμενα από την επιφανειακή τάση, τα σταγονίδια τείνουν να σχηματίζουν σφαιρικά σχήματα και στη συνέχεια ξηραίνονται για να παράγουν σφαιρικό καπνό πυριτίας.
Η μέθοδος της φάσης ατμού χρησιμοποιεί απευθείας αέρια ή μετατρέπει υλικά σε αέρια μέσω ορισμένων τεχνικών μέσων, επιτρέποντας φυσικές ή χημικές αντιδράσεις σε αέρια κατάσταση. Στη συνέχεια, τα σωματίδια συμπυκνώνονται και αναπτύσσονται κατά την ψύξη για να σχηματίσουν νανοσωματίδια.
Ο σφαιρικός καπνός πυριτίας που παρασκευάζεται με χημικές μεθόδους διαθέτει υψηλή καθαρότητα και ομοιόμορφα ελεγχόμενα μεγέθη σωματιδίων. Ωστόσο, προϊόντα από μεθόδους όπως η μέθοδος sol-gel και η χημική καθίζηση τείνουν να συσσωματώνονται. Επιπλέον, οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται σε χημικές διεργασίες-ειδικά τα επιφανειοδραστικά που χρησιμοποιούνται συνήθως-είναι ακριβές, αυξάνοντας σημαντικά το κόστος παραγωγής. Άλλες προκλήσεις περιλαμβάνουν τη δύσκολη αφαίρεση των οργανικών ακαθαρσιών, τις πολύπλοκες ροές διεργασιών, τις αυστηρές συνθήκες προετοιμασίας και τις υψηλές απαιτήσεις εξοπλισμού. Ως εκ τούτου, η βιομηχανική παραγωγή σφαιρικού καπνού πυριτίου μέσω χημικών μεθόδων έχει ακόμη πολύ δρόμο να διανύσει.