球形硅微粉是大規(guī)模集成電路封裝和IC基板行業(yè)的關鍵材料，如用于芯片封裝的環(huán)氧模塑料和液體封裝料以及高性能基板，在航空、航天、汽車、物聯(lián)網(wǎng)及特種陶瓷等高新技術領域有諸多應用。

球形硅微粉按照粒度分類，可以分為微米球形硅微粉（1-100μm）、亞微米球形硅微粉（0.1-1.0μm）和納米球形硅微粉（1-100nm）等3種類型。

隨著全球電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和4G、5G等技術的不斷提升，對電子產(chǎn)品輕薄短小、芯片的封裝性能和承載芯片的載板等提出了更高的技術要求，球形硅微粉也朝著粒徑小、性能優(yōu)異的方向發(fā)展，微米級球形硅微粉已不能滿足現(xiàn)有要求。

亞微米球形硅微粉具有粒徑小、粒度分布適當、純度高、表面光滑和顆粒間無團聚等優(yōu)點，能夠彌補微米球形硅微粉的不足。目前，國內(nèi)外亞微米球形硅微粉的制備方法主要有以下幾種：

1、氣相法

氣相法是以硅鹵烷作為原料，在高溫條件下水解制備得到超細球形二氧化硅微粉。經(jīng)水解反應的二氧化硅分子互相凝集形成球形顆粒，這些顆粒互相碰撞融合形成聚集體，這些聚集體便凝聚形成球形粉體。

該方法制備的產(chǎn)品中HCl等雜質(zhì)含量高，pH低，不能作為主材料應用于電子產(chǎn)品中，只能少量加入，調(diào)整黏度、增加強度等功能，另外原料昂貴，設備要求較高，技術較復雜。

趙宜新等以四氯化硅、氫氣和空氣為原料，并以一定的體積比連續(xù)地投入到水解爐中進行水解反應，反應溫度為1000-1100℃，反應生成二氧化硅一次離子，該反應物經(jīng)聚集器聚集成聚集態(tài)粒子，經(jīng)旋風分離、雙級空氣噴射脫酸、沸騰床篩選、真空壓縮包裝即得到成品。對應的原生粒子平均粒徑為16-23nm，比表面積為279m2/g。經(jīng)聚集形成穩(wěn)定的聚集體（0.1-0.5μm）。

2、化學合成法

化學合成法制備出的亞微米球形硅微粉致密度通常較低，往往含有較多的細孔，造成比表面積大，同時存在生產(chǎn)工藝對環(huán)境不友好等不足。

文彬采用化學沉淀法以硅酸鈉為硅源，以聚乙醇-1000和十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）組成的復配型表面活性劑為形貌控制劑，無水乙醇為分散劑，乙酸乙酯為沉淀劑，成功制備了超細球形SiO2粒子。最佳工藝條件為：硅酸鈉濃度為0.6mol/L，復配表面活性劑的用量為2.1wt%，PEG-1000和SDBS的配比為20:1，分散劑無水乙醇的用量為5.0wt%，沉淀劑乙酸乙酯的用量為8.0wt%，攪拌速度為600r/min，反應時間為4.0h，得到的SiO2粒子基本為光滑的球形粒子，平均粒徑約為0.4μm，產(chǎn)物產(chǎn)率達93.8%，而且產(chǎn)品的分散性較好，無明顯的硬團聚產(chǎn)生。

李春明等利用實驗室裝置量取57mL氨水溶液（分析純，25%），加入20mL去離子水及323mL的無水乙醇配成溶液，在帶有電磁攪拌的恒溫反應器中進行反應。然后在25℃恒溫下以0.5g/

min的速度將60g正硅酸乙酯（TEOS，分析純）滴入混合液中，當溶液變渾濁時，暫停滴加，促使形成的氧化硅晶核完善。半小時后以5G/min的速度滴加剩余的TEOS，滴加結(jié)束繼續(xù)反應4h，隨后離心過濾并在40℃下真空干燥后即得到單分散二氧化硅超細顆粒。經(jīng)SEM分析，超細顆粒為0.4μm左右的球形硅微粉。

3、火焰法

火焰法使用的原料為硅源有機物，對進料系統(tǒng)的安全設計要求較嚴格且原料的價格較高，往往造成產(chǎn)品生產(chǎn)成本較高。

尾近敏博等在配有溫度計和螺旋攪拌槳的5L燒瓶中加入2.9%的氨水880mL、水410mL和甲醇2.086mL，置于20℃室溫下，使燒杯保持600r/min攪拌，將正硅酸甲酯68.4mL和甲醇440mL的混合液在75min內(nèi)勻速滴入燒杯中，滴完后攪拌15min，得到白色漿料，該漿料中含硅1.0%、水20.9%、甲醇67.0%和氨5.1%。接下來，將漿料和氧氣一起在火焰溫度1180℃的氫氧焰中噴霧，生成的微粒子用袋式過濾器捕集，得到白色的球形硅微粉粉末。隨后將球形硅微粉用電子顯微鏡觀測，此時球形硅微粉的平均粒徑為0.64μm。

孟東以六甲基二硅氧烷為前驅(qū)體、氬氣為載氣、甲烷為燃氣、氧氣為氧化劑，在擴散火焰燃燒反應器中合成了二氧化硅顆粒，并總結(jié)出了影響燃燒合成納米顆粒的主要因素是前驅(qū)體流量、火焰溫度和停留時間。

4、自蔓延低溫燃燒法

祝淵等采用自行設計的懸浮燃燒爐進行球形二氧化硅的合成。試驗中使用的Si粉44μm需

要進行預處理。步驟如下：

1）將硅粉加入1%的NH4CL中，在振動球磨上機械活化1.5h，這樣得到的硅粉粒度約為2μm；

2）將活化后的硅粉加入1%的聚氧化乙烯（PEO），通過噴霧干燥得到粒度約為40μm的球形團聚體；

3）將預處理好的硅粉通過送粉器送入懸浮燃燒爐中，在一定的氣流速度、氣壓和溫度下氧化，即得到產(chǎn)物。

在FESEM下觀察產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物為粒度均勻分布在50-500nm之間的球形顆粒。同時XRF結(jié)果顯示，產(chǎn)物中硅氧比為1:1.95，可以認為產(chǎn)物基本上為二氧化硅。結(jié)合上述分析，此產(chǎn)品為粒度為50-500nm的球形硅微粉。

本方法還沒有實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，是否可以工業(yè)化生產(chǎn)還需要進一步驗證。

5、VMC法

VMC法是目前實際銷售產(chǎn)品的制備方法，采用金屬硅制備出的亞微米級球形二氧化硅微粉具有表面光滑、無定型含量高等特點，但該方法目前被日美所壟斷，進行嚴格封鎖，且使用的原料金屬硅容易形成粉塵爆燃，生產(chǎn)過程中存在較大的安全隱患。

VMC法：另外該方法使用的原料Si容易造成粉塵爆燃，存在安全隱患。

太田和秀等以金屬粉末為原料，將氬氣和氧氣的混合氣體導入到密閉容器內(nèi)，以20L/min的流量向燃燒器供給氧氣，以10L/min的流量向燃燒器供給氫氣，利用點火裝置點火，形成由氧氫焰組成的燃燒火焰。然后，通過控制裝置以0.5S的間隔開關球閥，同時，用具有1kg/cm2氣體壓力的氫氣將金屬粉末供給燃燒器中。于是，金屬粉末在燃燒器的火口上方飛舞，形成粉塵云。此粉塵云通過上述燃燒火焰點燃，經(jīng)過爆燃后能夠獲得大量的氧化物超微粒子。合成產(chǎn)生的氧化物超微粒子云通過電氣捕集器，完成氧化物超微粒子的采集。將此方法獲得的氧化物超微粒子利用透射電子顯微鏡（TEM）觀察，可以獲得粒徑約100nm的球形氧化硅微粒子。

安部贊等以小于350目的硅粉制備超細球形氧化硅微粒子，以15Nm3/hr的流量供給氧氣。同時，以0.7Nm3/hr的流量供給LPG，采用點火設施點火形成火源，形成第一反應室。作為載體氣體的氮氣以2kg/cm2、6Nm3/hr的流量，同時，Si粉以約5kg/hr的流量從料斗供給。利用流過的氮氣輸送Si粉，Si粉通過與火源接觸，形成化學火焰，得到SiO2粉末1。SiO2粉末1在風機的吸力作用下，與燃燒排氣（氣氛）同時輸送到第二反應器的懸浮室中。從空氣供給管以10Nm3/hr的流量供給空氣，稀釋從第一反應器中流出的環(huán)境氣體，同時，使溫度降低到1000℃。以6Nm3/hr的流量供給氫氣，以4Nm3/hr的流量供給氧氣，點火裝置點燃燃燒器。此時，因為燃燒器是由第二反應器的切線方向安裝到懸浮室內(nèi)，因此會在懸浮室內(nèi)形成熱的旋流。SiO2粉末1在旋流的作用下長時間停留在懸浮室內(nèi)。這樣，便形成了NOx附著量減少的SiO2粉末。并且，抽吸含有SiO2粉末的燃燒排氣，通過袋式過濾器捕集SiO2粉末。上述過程可得到SiO2粉末的pH值與懸浮室的溫度之間的關系。懸浮室內(nèi)的溫度為800-1000℃比較適宜，在此范圍內(nèi)溫度越高，就越接近中性（pH＝7）。

來源：中國粉體技術網(wǎng)