[發明專利]一種高純度球形二氧化硅微粉的制備方法

在審

• 申請號: 201710367464.X
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107128935A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 劉亞;王宇湖
• 申請（專利權）人: 蘇州納迪微電子有限公司
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本發明涉及化學技術領域，具體涉及一種化合物的制備方法，特別涉及一種高純度球形二氧化硅微粉的制備方法。

背景技術

球形硅微粉是一種重要的功能材料，具有低介電、高耐熱、高耐溫、高填充量、低膨脹、低應力、低密度、低摩擦系數和化學穩定性好等優越性能。球形硅微粉主要應用于大規模集成電路封裝中的銅覆板以及環氧塑封料之填料，在航空航天、光導纖維、特種陶瓷、精細化工和日用化妝品等高技術領域也有應用。

隨著大規模集成電路的發展，對塑封材料的要求越來越嚴格，不僅要求塑封填料硅微粉超細、高純、放射性元素含量低，而且特別要求顆粒球形化。超大規模和特大規模集成電路中，集成度16M以上時，必須全部使用球形硅微粉。若硅微粉中放射性元素含量高，其產生的α射線將對集成電路產生干擾，使集成電路產生源誤差，并破壞電路中儲存的信息。集成電路的集成度越高時，集成電路間的導線距離越小，α射線對器件信號的干擾越敏感，因此大規模、超大規模集成電路對球形硅微粉中放射性元素的含量要求更加嚴格。

目前，球形硅微粉的制備方法分為化學方法和物理方法，乳液法是化學合成硅微粉方法中最常用的，已經工業化生產的一種方法。中國專利CN10704528中公開了一種以乳液法合成球形硅微粉的方法，采用硅酸鹽為水相硅源，處理后的柴油為油相反應介質，油包水乳液合成球硅。此工藝硅源中金屬雜質含量多，合成的硅微粉純度低，有機反應介質易燃易爆，對環境和人體都有危害，而且乳液的配置需要添加乳化劑，對球形硅微粉會造成二次污染。

物理方法制備球形硅微粉主要采用火焰法，以氧化硅粉體為硅源，通過火焰球化爐煅燒熔融，使其表面球化制備球形硅微粉。中國專利CN102826550中以天然開采的石英礦為硅源，通過破碎、球磨制備超細的角形石英粉，再利用火焰爐在高溫煅燒，使其表面棱角球化。此方法中使用的火焰爐設備復雜成本高，球形硅微粉的球化率低，細小角石英粉的制備過程中易引入雜質，而且礦物中的放射性元素也無法去除。中國專利CN101037206以硅溶膠為硅源，通過濃縮造粒得到類球形粉體，再煅燒球化制備球形硅微粉。此方法經過二次球化，工藝復雜，噴霧干燥和火焰爐能耗高，成本高，若制備高純硅微粉需要以高純硅溶膠為硅源，高純硅溶膠合成工藝復雜，外購成本極高。

發明內容

鑒于現有技術制備球形硅微粉方法存在的缺點及不足，本發明所要解決的問題是提供一種高純球形硅微粉的制備方法，本發明提供一種利用噴霧并原位固化的新方法制備高純球形硅微粉，本方法不需要使用有機試劑作為反應介質，不需要使用乳化劑或其他添加劑，對硅微粉不會產生二次污染，無廢液產生對環境無危害，不需要使用操作復雜、高成本的火焰球化爐，一次球化，工藝簡單，合成成本低，同時硅微粉純度高，可達到電子級要求。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種高純球形硅微粉的制備方法，具體步驟如下：

(1)將提純后的有機硅與水、酸性催化劑混合，經過水解、縮合為有機硅聚合物，

(2)在噴霧塔內，將有機硅聚合物和堿性水溶液通過不同噴嘴同時噴出霧化，球形有機硅液滴與堿性水溶液反應，在噴霧塔的內部空間中原位固化形成球形氧化硅顆粒，

(3)固化后的球形顆粒落在裝有堿性水溶液的噴霧塔底部，使球形硅微粉在堿性水溶液中陳化1～12小時，

(4)陳化結束后，通過固液分離獲得球形硅微粉，將球形硅微粉進行干燥，

(5)在高溫爐中500～1200℃煅燒，即得到高純球形硅微粉。

本發明的一優選技術方案中，步驟(1)中，所述有機選自硅四甲氧基硅烷(TMOS)或者四乙氧基硅烷(TEOS)或者甲基三甲氧基硅烷(MTMS)中一種或者兩種以上的混合物；所述酸性催化劑選自鹽酸或硝酸或硫酸或乙酸或者甲酸中一種或者兩種以上的混合。

本發明的一優選技術方案中，步驟(2)、(3)中，所述堿性水溶液選自氨水或四甲基氫氧化銨或膽堿或乙二胺或異丙胺或乙醇胺中一種或者兩種以上的混合，優選地，所述堿性水溶液pH＞8。

本發明的一優選技術方案中，步驟(3)中，使球形硅微粉在堿性水溶液中陳化1～12小時。

本發明的一優選技術方案中，步驟(4)中，將球形硅微粉在50～200℃干燥，且將堿性水溶液回收利用。

本發明的一優選技術方案中，步驟(5)中，在高溫爐中800～1200℃煅燒0.5～2小時。

本發明與目前國內常用制備球形硅微粉的火焰法和微乳法相比，具有如下的明顯優點：