功能性填料硅微粉可以改进覆铜板的性能吗 常用的硅微粉有哪些

石英粉（同石英砂）又称硅微粉。 石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2 ，石英砂的颜色为乳白色、或无色半透明状，硬度7，性脆无解理，贝壳状断口，油脂光泽，密度为2.65，堆积密度(20-200目为1.5)，其化学、热学和机械性能具有明显的异向性，不溶于酸，微溶于KOH溶液，熔点1650℃。从矿山开采出的石英石经加工后，一般细度在120目以下（小于120目）的产品称石英砂。超过120目的产品称为石英粉。

石英粉分干法和水法两种生产方式，各种常规规格：100M，150M，200M，325M，400M，600M，1500M及2000M(M为目数)。另外也可按客户要求加工异型规格，要求粒度分布的一般也可加工。

工业上将石英粉(砂)常分为：普通石英砂(粉)，精制石英砂，高纯石英砂，熔融石英砂及硅微粉等。

普通石英砂(粉)

SiO2≥90—99% Fe2O3≤0.06—0.02%,耐火度1750---1800℃，外观部分大颗粒，表面有黄皮包囊。粒度范围1—320目，可按用户要求粒度生产。主要用途：冶金，墨碳化硅，建材，搪瓷，铸钢，滤料，泡花碱，化工，喷砂等行业。

精制石英砂(粉)

又称酸洗石英砂，SiO2≥99—99.5% Fe2O3≤0.02—0.015%,精选优质矿石进行复杂加工而成。粒度范围用1—380目，可按用户要求生产，外观白色或结晶状。主要用途：滤料，高级玻璃，玻璃制品，耐火材料，熔炼石类，精密铸造，喷砂，轮磨材等。

高纯石英砂(粉)

SiO2≥99.5—99.9% Fe2O2≤0.005%，是采用1—3级天然水晶石和优质天然石类，经过精心挑选，精细加工而成。粒度范围1—0.5mm, 0.5—0.1mm, 0.1—0.01mm, 0.01—0.005mm,可按用户要求生产。主要用途：高级玻璃，电子填充料，熔炼石类，精密铸造，化工，陶瓷等。

硅微粉

SiO2:99.5%min-99.0%min,Fe2O3:0.02%max,Al2O3:0.3% max, size:200-2000目, 外观为灰色或灰白色粉末﹑耐火度>1600℃。容重：200～250千克/立方米.

硅微粉作为一种填料应用到覆铜板中，不但可降低成本，还能改进覆铜板的某些性能（如热膨胀系数、弯曲强度、尺寸稳定性等），是真正的功能性填料，因此，市场上产量最大的FR-4覆铜板主要采用硅微粉作为填料。

1、覆铜板常用的几种硅微粉

目前，覆铜板用硅微粉主要分为以下几类：

（1）结晶型硅微粉

即精选优质石英矿，经洗矿、破碎、磁选、超细碎、分级等工艺加工而成的石英粉。使用结晶硅微粉后，覆铜板的的刚度、热稳定性和吸水率都有较大幅度的改善，随着覆铜板市场的快速发展，结晶硅微粉的产量和质量都有了较大幅度的提高。

（2）熔融硅微粉

即精选具有优质晶体结构的石英原料，经酸浸、水洗、风干、再经高温熔融、破碎、人工分拣，磁选、超细碎、分级等工艺精制而成的硅微粉。

相比结晶型硅微，它具有更低的密度（2.2g/cm3），更低的介电常数,更低的热膨胀系数（0.5×10-6/K），该种粉体主要在高频覆铜板中作为填料使用。

在高频技术持续发展的今天，从传统1GHZ以下的频率发展到2G、3G、5G乃至更高频率，覆铜板的介电常数Dk和损耗因子Df就成为应用在高频领域特别重要的指标。覆铜板的Dk高会使信号在传递过程中速度变慢，Df高会使信号在传递过程中产生损耗，因此如何降低覆铜板的Dk和Df成为覆铜板业界研究的热点问题。

目前常用的降低Dk、Df的方法有：选用低Dk、Df的树脂和选用低Dk、Df的玻璃纤维。降低玻璃纤维的Dk、Df主要通过改变玻璃纤维的化学成份来实现，即改变玻璃的熔制配方来实现，需要上游厂家密切配合才可能实现，而选取Low-Dk、Df的树脂也很困难，因为此类树脂通常价格较高且可加工性较差。因此在非特殊情况下，覆铜板厂家更愿意通过对环氧树脂进行改性和添加填料来降低板材的Dk和Df值，熔融硅微粉作为填料就是一个很好的选择。

（3）复合型硅微粉

复合型硅微粉又称低硬度硅微粉。采用数种无机矿物经精确配比熔制成无定型态玻璃体，经破碎、磁选、超细碎、分级等工艺加工而成的硅微粉。

此种粉体莫氏硬度在5.5左右，二氧化硅的成份被大大降低，化学成份的改变，可以有效降低硅微粉硬度，减小钻头在钻孔制程中的磨损，减小钻孔过程中的粉尘污染。

（4）球形硅微粉

指颗粒个体呈球状，通过高温将形状不规则石英粉颗粒瞬间熔融使其在表面张力的作用下球化，后经冷却、分级、混合等工艺加工而成的硅微粉。此种粉的流动性较好，在树脂中的填充率较高，做成板材后内应力低、尺寸稳定、热膨胀系数低。

球形硅微粉技术在日本已经非常成熟，目前国内也有几个厂家可批量生产环氧塑封料用球形粉。由于球形粉的价格很高，目前在覆铜板行业未能大规模使用，少量用在IC载板、HDI板等领域，相信随着覆铜板向高端的发展，球形粉的应用将与日俱增。

（5）活性硅微粉

即向硅微粉添加适量偶联剂，在适当的温度下改性而成的硅微粉。此种粉添加在树脂中具有很低的粘度，和树脂的结合性能强，做成的板材具有很好的抗剥离强度，优异的耐高温性能，同时还可以改善钻孔性能。

但目前覆铜板厂家所采用的树脂体系不尽相同，硅微粉生产厂商很难做到同一种产品适用所有用户的树脂体系，且覆铜板厂由于使用习惯，更愿意自己添加改性剂，因此活性硅微粉在覆铜板行业的推广使用尚须时日。

2、硅微粉在覆铜板中应用的发展趋势

（1）大有可为的超细结晶型硅微粉

目前应用在覆铜板上的超细硅微粉平均粒径在2-3微米，随着基板材料向超薄化方向发展，将要求填料具有更小的粒度，更好的散热性。未来覆铜板将采用平均粒径在0.5-1微米左右的超微细填料，结晶型硅微粉因具有良好的导热作用将被广泛应用，考虑到填料在树脂中的分散性和保证上胶工艺的顺利开展，结晶型硅微粉很可能会和球形粉配合使用。尽管有不少导热性比结晶型硅微粉更好的填料，如氧化铝球形粉等，但它们价格非常高，未来很难被覆铜板厂家大规模使用。

（2）快速发展的熔融硅微粉市场

随着各类先进通信技术的发展，多种高频设备都已被广泛应用，其市场每年都以15-20%的速度增长，这必将在一定程度上带动熔融硅微粉市场的快速发展。

（3）稳定的复合型硅微粉市场

目前国内大多数覆铜板厂家已开始使用复合型硅微粉来代替结晶型硅微粉，并逐步提高使用比例，复合型硅微粉的市场将在未来2年内达到饱和。硅微粉厂家在提高产量的同时，也在不断优化产品指标，为进一步降低钻头磨损，开发更低硬度的填料将非常必要。

（4）乐观的高端球形粉市场

PCB基板材料正在迅速的向着薄形化方向发展，特别是HDI多层板当前实现基板材料的薄形化表现得更为突出。许多便携式电子产品在不断推进它“薄、轻、小”和多功能的情况下，需要PCB的层数更多、厚度更薄。随着电子产品向小型化、集成化方向的发展，未来HDI板的比重将明显提高，与此同时，国内IC载板项目也在全国多地展开。在良好的市场环境下更要求国内硅微粉厂商能够推出具有高纯度、高流动性，低膨胀系数，良好粒度分布的高端球形硅微粉产品，因此球形硅微粉在覆铜板行业的应用前景非常值得期待。

（5）可期待的活性硅微粉市场

采用活性硅微粉作填料可以使覆铜板的一些性能得到明显改善，目前市场上已经有硅微粉厂家在推出活性硅微粉产品，但使用效果较差。国外通常用十几种偶联剂对硅微粉进行改性，国内往往只用一种或几种，且粉体往往产生团聚，改性剂对粉体包裹布均匀，很难达到理想的改性效果。若想在覆铜板领域大量推广使用活性粉，硅微粉厂家的任重道远，不仅需要上游偶联剂厂家的密切配合，更需要下游覆铜板厂家的通力合作。只要解决改性的技术难题，活性硅微粉的市场将非常值得期待。

来源：徐建栋,黄运雷.硅微粉填料在覆铜板中应用的展望[C].第十四届中国覆铜板技术·市场研讨会论文集.