Como material funcional inorgánico no-metálico de alto-rendimiento, el humo de sílice se prepara principalmente a partir de cuarzo natural o cuarzo fundido mediante una serie de procedimientos de procesamiento fino, que incluyen trituración, clasificación, molienda, separación magnética, flotación y decapado con ácido. Entre ellos, los compuestos de moldeo epoxi (EMC) hechos de humo de sílice esférico exhiben una baja concentración de tensión y una alta resistencia, lo que los hace más adecuados para circuitos integrados (CI) que el humo de sílice angular. Mientras tanto, el humo de sílice esférico puede reducir la abrasión de los equipos y moldes durante la fabricación de productos relacionados.
Como material de relleno central para embalajes de circuitos integrados, el humo de sílice se aplica principalmente en dos campos principales: compuestos de moldeo epoxi y laminados revestidos de cobre- (CCL). En los compuestos de moldeo epoxi, el humo de sílice representa entre el 70% y el 90% de la composición total. Su bajo coeficiente de expansión térmica y sus excelentes propiedades dieléctricas reducen eficazmente la tensión interna en los compuestos de moldeo, reducen el riesgo de agrietamiento de virutas y mejoran la disipación térmica y la resistencia mecánica. También protege los chips de la erosión por la humedad y el polvo externos, adaptándose a más del 97% de los escenarios de empaquetado de semiconductores.
En el campo de los laminados revestidos de cobre-, el humo de sílice mejora la resistencia al calor, la estabilidad dimensional y la precisión de perforación de los sustratos. El humo de sílice de alta-esfericidad, con su buena fluidez y alta tasa de llenado, se utiliza principalmente en aplicaciones de alto-extremo, como sustratos de circuitos integrados y laminados revestidos de cobre- de alta-frecuencia y alta-velocidad. Mediante la combinación de polvos con diferentes tamaños de partículas, las propiedades eléctricas y mecánicas de los laminados revestidos de cobre- se optimizan aún más, lo que respalda el desarrollo de circuitos integrados hacia la miniaturización y la alta densidad.
Las tecnologías de preparación de humo de sílice esférico para circuitos integrados se dividen principalmente en dos categorías: métodos físicos y métodos químicos. Los métodos físicos incluyen la fusión con llama y el tratamiento con plasma, mientras que los métodos químicos incluyen el método sol-gel, el método de microemulsión, el método de precipitación química, el método de pulverización y el método en fase de vapor.
Métodos físicos
La fusión por llama es una tecnología en la que-arena de cuarzo de alta pureza se muele, se tamiza, se purifica y luego se introduce en un campo de alta-temperatura generado por la combustión de gas-oxígeno. El polvo se funde a altas temperaturas y posteriormente se enfría para formar humo de sílice esférico de alta-pureza.
El tratamiento con plasma utiliza la alta energía del plasma para procesar materiales. En comparación con el método de plasma, la fusión por llama presenta procesos maduros y simples, bajo costo, fácil control, alta eficiencia de producción y mayor viabilidad para la producción industrial a gran-escala.
Métodos químicos
El método sol-gel implica una serie de reacciones químicas (hidrólisis, condensación, etc.) de compuestos metálicos orgánicos o inorgánicos en una fase líquida para formar un sistema sol. Después del envejecimiento, las partículas coloidales del sol se polimerizan gradualmente hasta formar un gel, que luego se seca, cura y procesa para obtener el producto final.
El método de microemulsión utiliza tensioactivos para emulsionar dos disolventes inmiscibles en un sistema de micro{0}}dispersión uniforme. Estas micro-dispersiones actúan como microrreactores, donde la nucleación y el crecimiento de partículas sólidas se confinan dentro de microrreactores individuales, produciendo en última instancia partículas esféricas finas.
La precipitación química utiliza generalmente silicato como fuente de silicio y ácidos inorgánicos u orgánicos como acidificantes, con la correspondiente adición de tensioactivos. El humo de sílice esférico se obtiene controlando las condiciones de reacción para formar precipitados, seguido de lavado, secado y calcinación.
El método de pulverización es una técnica común para la preparación de polvos. Para el humo de sílice esférico, se inyecta un precursor de sílice en un dispositivo de pulverización y se atomiza en finas gotas. Impulsadas por la tensión superficial, las gotas tienden a formar formas esféricas y luego se secan para producir humo de sílice esférico.
El método en fase de vapor utiliza directamente gases o convierte materiales en gases a través de ciertos medios técnicos, permitiendo reacciones físicas o químicas en estado gaseoso. Luego, las partículas se condensan y crecen durante el enfriamiento para formar nanopartículas.
El humo de sílice esférico preparado mediante métodos químicos presenta una alta pureza y tamaños de partículas uniformemente controlables. Sin embargo, los productos de métodos como el método sol-gel y la precipitación química tienden a aglomerarse. Además, las materias primas utilizadas en los procesos químicos-especialmente los tensioactivos comúnmente empleados-son caras, lo que aumenta significativamente los costos de producción. Otros desafíos incluyen la difícil eliminación de impurezas orgánicas, flujos de proceso complejos, condiciones de preparación estrictas y altos requisitos de equipo. Por lo tanto, la producción industrial de humo de sílice esférico mediante métodos químicos todavía tiene un largo camino por recorrer.