隨著我國(guó)微電子工業(yè)的迅猛發(fā)展,大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路對(duì)封裝材料的要求也越來(lái)越高,不僅要求其超細(xì),而且要求高純度,特別是對(duì)于顆粒形狀提出球形化要求。但制備球形硅微粉是一項(xiàng)跨學(xué)科高難度工程,世界上只有美國(guó)、日本、德國(guó)、加拿大和俄羅斯等少數(shù)國(guó)家掌握此技術(shù)。世界一些著名公司如德國(guó)的迪高沙公司、美國(guó)的BASF公司、日本的Aerosil公司和川崎鋼鐵公司均已投入生產(chǎn)。
球形硅微粉主要用于大規(guī)模集成電路封裝,在航空、航天、精細(xì)化工、可擦寫(xiě)光盤(pán)、大面積電子基板、特種陶瓷以及日用化妝品等高新技術(shù)領(lǐng)域也使用這種產(chǎn)品,市場(chǎng)前景廣闊。專(zhuān)家預(yù)計(jì)到2010年僅我國(guó)對(duì)球形硅微粉的需求即達(dá)2萬(wàn)~3萬(wàn)t,高純硅微粉為10萬(wàn)t,其增長(zhǎng)率均超過(guò)20%。世界對(duì)球形硅微粉的需求量將超過(guò)30萬(wàn)噸,價(jià)值數(shù)百億元。
研發(fā)工作如火如荼
為了打破國(guó)外生產(chǎn)廠商對(duì)我國(guó)球形硅微粉的生產(chǎn)技術(shù)與專(zhuān)用設(shè)備的引進(jìn)實(shí)行嚴(yán)密封鎖與壟斷的局面,自“十五”計(jì)劃開(kāi)始,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國(guó)就有20多家研究單位即著手攻關(guān),在高純超細(xì)球形石英粉(簡(jiǎn)稱(chēng)球形硅微粉)制備技術(shù)研究領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展,尤其是近5年來(lái),更是碩果累累。中科院過(guò)程工程研究所研制成功了高純球形硅微粉制備新工藝;湖北省建材研究設(shè)計(jì)院與清華大學(xué)材料系合作開(kāi)展高純超細(xì)球形化硅微粉研究已通過(guò)省級(jí)鑒定;武漢大學(xué)采用化學(xué)合成技術(shù)制備球形硅微粉,技術(shù)指標(biāo)相當(dāng)于日本Nippon Shokuba公司目前KE-P系列產(chǎn)品的水平,該技術(shù)已于2002年8月獲發(fā)明專(zhuān)利;湖北省建筑材料工業(yè)研究設(shè)計(jì)院的EC型高純超細(xì)球形硅微粉獲2002年國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品證書(shū);浙江省第九地質(zhì)大隊(duì)的“氧氣-乙炔混合高溫火焰制備球形硅微粉”項(xiàng)目,2003年12月通過(guò)科技項(xiàng)目驗(yàn)收,為中試打下了基礎(chǔ);湖北武漢帥爾光電子粉體新材料有限公司的“超大規(guī)模集成電路封裝料用球形硅微粉”項(xiàng)目和四川省綿陽(yáng)市三慧硅質(zhì)材料有限公司的“高純超細(xì)球形硅微粉成型技術(shù)”項(xiàng)目均列入了2003年國(guó)家科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目;云南超微新材料有限責(zé)任公司的“高溫熔融方法生產(chǎn)球形熔融硅微粉”項(xiàng)目進(jìn)入2004年國(guó)家新材料高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專(zhuān)項(xiàng);蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院華海公司以美、日硅質(zhì)新品為目標(biāo),從工藝方法、生產(chǎn)設(shè)備等各方面進(jìn)行探索,開(kāi)展球形硅微粉的開(kāi)發(fā)研究工作,取得了階段性成果。2005年年初,海南省地質(zhì)勘查局粉體材料工程技術(shù)研究中心以精選的結(jié)晶型石英砂為原料,開(kāi)展振動(dòng)細(xì)磨、超細(xì)分級(jí)、酸洗提純、機(jī)械預(yù)整形和高溫整形等一系列科研實(shí)驗(yàn)活動(dòng),成功制成球形硅微粉,產(chǎn)品適用于電子塑封材料。2005年8月,江蘇省連云港市晶瑞石英工業(yè)開(kāi)發(fā)研究院承擔(dān)的“高頻等離子制備球形硅微粉關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品”通過(guò)了部級(jí)鑒定。該項(xiàng)目采用獨(dú)立自主研發(fā)成功的高頻等離子制備球形硅微粉成套技術(shù),已建成50t/a中試生產(chǎn)線。產(chǎn)品的二氧化硅含量、純度,球化率、粒度分布,電導(dǎo)率等均達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。該項(xiàng)目的技術(shù)水平居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先,產(chǎn)品的主要性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
今年以來(lái),捷報(bào)頻傳——
★今年3月29日,目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)量最大、品種最全的硅微粉生產(chǎn)企業(yè),連云港東海硅微粉有限責(zé)任公司承擔(dān)的江蘇省科技招標(biāo)項(xiàng)目――微米級(jí)集成電路用化學(xué)合成球型硅微粉通過(guò)江蘇省科技廳主持的科技成果鑒定。該項(xiàng)目的完成打破了國(guó)外在化學(xué)合成球型硅微粉領(lǐng)域的壟斷地位,技術(shù)和工藝設(shè)備達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。
★今年年7月2~3日,中國(guó)凱盛國(guó)際工程有限公司與蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合研究的“高純球形石英粉產(chǎn)品工業(yè)化制備技術(shù)及專(zhuān)用生產(chǎn)設(shè)備開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目通過(guò)鑒定。鑒定委員會(huì)認(rèn)為:該項(xiàng)目技術(shù)、設(shè)備為國(guó)內(nèi)首創(chuàng),產(chǎn)品的球形化率、玻璃化率和分散性等主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。1、該項(xiàng)目采用火焰法成功將角形石英粉制成球形石英粉,成球率達(dá)98%以上,產(chǎn)率90%以上,玻璃化率95%以上。通過(guò)調(diào)節(jié)各種工藝參數(shù)用同一套設(shè)備可生產(chǎn)出不同粒度的球形石英粉。2、采用純氧作為輸送介質(zhì)向成型爐中輸送角形石英粉原料,保證了輸送介質(zhì)不對(duì)火焰的穩(wěn)定性造成影響;通過(guò)變徑引射方法解決了粉料在輸送過(guò)程中的團(tuán)聚問(wèn)題,保證了粉料的充分分散。3、自主研發(fā)設(shè)計(jì)、制造出了球形石英粉工業(yè)生產(chǎn)專(zhuān)用成套設(shè)備,設(shè)計(jì)并實(shí)施了雙系統(tǒng)安全連鎖控制,提高了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)安全性。4、該項(xiàng)目技術(shù)可靠,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn),已經(jīng)形成450t/a的生產(chǎn)規(guī)模;產(chǎn)品經(jīng)用戶使用證明,可以替代進(jìn)口產(chǎn)品。
項(xiàng)目建設(shè)方興未艾
目前,我國(guó)硅微粉生產(chǎn)企業(yè)幾乎全部套用非礦工業(yè)的常規(guī)加工設(shè)備,包括粉碎、分級(jí)、干燥等,在工藝過(guò)程中,缺乏系統(tǒng)的控制手段,也有個(gè)別企業(yè)采取簡(jiǎn)單的在線監(jiān)視與離線控制措施,但仍然解決不了根本問(wèn)題。至于生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度更令人憂心。所以致使我國(guó)硅微粉產(chǎn)品的純度、粒度以及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性差,始終無(wú)法與國(guó)外的進(jìn)口產(chǎn)品抗衡。
我國(guó)盛產(chǎn)石英,并且礦源分布較廣,在全國(guó)范圍內(nèi)的大小硅微粉廠不下近百家,基本上都屬于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)。這些生產(chǎn)企業(yè)大多為規(guī)模小、品種單一、設(shè)備簡(jiǎn)陋、工藝粗放,不具備產(chǎn)品深加工能力,真正能夠生產(chǎn)高純、超微硅微粉的很少。這些生產(chǎn)廠家主要分布于江蘇省連云港市、徐州市、浙江省湖州以及河北、青海等地的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。其主打產(chǎn)品集中在600目以下。使用領(lǐng)域一般為冶金、陶瓷、電工產(chǎn)品填料以及電子分立元件的封裝等。
因此,為了搶占高端市場(chǎng),我國(guó)有眼光的企業(yè)紛紛上馬建設(shè)球形硅微粉項(xiàng)目。
——山西省長(zhǎng)治市莊益通硅業(yè)有限公司的電子級(jí)球形硅微粉項(xiàng)目,屬?lài)?guó)家“八六三”重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目,總投資5200萬(wàn)元,今年上半年投產(chǎn),年產(chǎn)電子級(jí)球形硅微粉1000t;
——重慶市錦藝硅材料開(kāi)發(fā)有限公司首期5萬(wàn)噸硅微粉項(xiàng)目今年7月1日投產(chǎn)。該項(xiàng)目是重慶市“十一五”發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目,也是云陽(yáng)縣“十一五”規(guī)劃中重點(diǎn)培育的項(xiàng)目。屆時(shí),人和工業(yè)園區(qū)將建設(shè)成為具有20萬(wàn)t硅微粉、5000t球形硅微粉、2000t多晶硅生產(chǎn)線為核心項(xiàng)目的西部硅產(chǎn)業(yè)基地。
——黑龍江省通河縣寶通石英產(chǎn)品有限公司引進(jìn)江蘇省連云港市晶瑞石英工業(yè)開(kāi)發(fā)研究院開(kāi)發(fā)的高頻等離子制備球形硅微粉關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品,總投資8700萬(wàn)元,年產(chǎn)球形硅微粉1000t,截止今年8月已完成前期準(zhǔn)備工作。
——江西省遂川縣招商局預(yù)計(jì)總投資10860萬(wàn)元,興建高純和球形硅微粉加工廠及生產(chǎn)線5條,形成年產(chǎn)高純和球形硅微粉4000t的能力,截止今年8月,已探明多處硅石儲(chǔ)藏點(diǎn),并已編制可研報(bào)告。
——湖北荊化實(shí)業(yè)股份有限公司引進(jìn)武漢大學(xué)最新研制的低應(yīng)力環(huán)氧塑封料球形硅微粉技術(shù),該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)完成后,可形成4000t生產(chǎn)能力,年創(chuàng)產(chǎn)值1.2億元。(吳宏富)