球形硅微粉憑借其優異的流動性和低熱膨脹系數等優點被廣泛應用于集成電路封裝中，隨著大規模和超大規模集成電路封裝技術的發展，為了避免半導體器件中產生軟誤差，獲得放射性元素尤其是鈾（U）含量（質量分數）小于1×10-9的高純低放射性球形硅微粉成為近年來研究的熱點。
　　
　　本文報道了一種降低硅微粉中鈾（U）含量的方法，首先將超細硅微粉中的鈾（U6+）元素分散在酸性漿料中，然后使用SiO2氣凝膠和蜂窩陶瓷復合介孔吸附裝置對其進行吸附完成材料精選與提純，使超細硅微粉中鈾（U）元素總含量降低至1×10-9以下，并通過火焰熔融法和無污染后加工技術最終獲得高純低放射性球形硅微粉。介孔吸附裝置在吸附完成后可以方便快速地從漿料中分離，能夠實現循環使用和規?；糯?；且獲得的樣品具有高球形度和粒度分布可控等特點，同時流動性等應用性能表現良好。
　　
　　1、硅微粉精選和提純
　　
　　第一步，對含鈾（U）的硅微粉進行預處理：采用無污染粉碎、分級和篩分技術對普通硅微粉進行超細粉碎和精選，使原本在顆粒內部的鈾（U）元素暴露于表面獲得超細硅微粉。該過程首先將超細硅微粉與去離子水以質量比為2:1混合攪拌制成漿料。然后使用酸性試劑調節漿料的pH≤4.5，使粉體顆粒表面六價鈾（U6+）元素充分分散在漿料中。
　　
　　第二步，制備介孔吸附裝置：將塊狀SiO2基氣凝膠（比表面積為400～600m2/g）均勻地粘附于蜂窩陶瓷的孔道壁上，在60℃烘箱中烘干4h使膠黏劑干燥，然后吹凈孔道中未完全粘附的氣凝膠，進而獲得介孔吸附裝置。
　　
　　第三步，吸附和提純：使用循環水泵抽取第一步獲得的粉漿使其通過第二步獲得的介孔吸附裝置，對粉漿中的鈾（U）元素進行吸附分離，循環吸附2h。然后分離干燥漿料中的超細硅微粉并對其鈾元素含量進行檢測。重復吸附提純過程2～3次（實驗室階段每次提純后介孔吸附裝置需要更換，不能重復使用）。
 

　　
　　實驗中選擇鈾（U）含量為9.7×10-9的普通硅微粉進行提純，若只用去離子水對超細硅微粉進行提純，材料中鈾（U）元素含量僅從9.7×10-9降低至9.0×10-9；當使用pH≤4.5的溶液對超細硅微粉進行分散時，提純后硅微粉中鈾（U）元素含量可以降低至7.3×10-9。
　　但由于未能去除酸性漿料中分散的六價鈾元素，在沉降和干燥過程中鈾元素又重新吸附在硅微粉顆粒表面使提純的效果降低，因此需要增加吸附提純裝置以去除漿料中分散的鈾元素。在使用介孔吸附裝置后，分散在漿料中的六價鈾（U6+）元素可以被SiO2基氣凝膠有效吸附并隨著吸附次數的增加而逐次降低，在經過3次提純分離實驗后，鈾（U）元素含量可降低至6×10-10。這說明在材料純度不能滿足直接生產高純低放射性球形硅微粉要求時，利用精選提純技術也可以降低鈾元素含量。實驗結果也表明：硅微粉中的鈾可以通過酸洗手段有效地被分離出來，且分離后的鈾能夠被介孔吸附材料高效吸附，基于這種工藝技術，可進行后續批量生產。
　　
　　2、球形化及粒度分布設計
　　
　　首先，對超細硅微粉在后道工序中所有可能接觸的零部件表面增加氧化鋯陶瓷防護，確保后道工序中不會引入鈾（U）元素造成二次污染，然后將超細硅微粉投入球化爐中，通過對溫度場（1800～2200℃）、氣流場（以氧氣作為載氣及助燃劑，天然氣為燃氣，燃氣與助燃劑流量的比值為1.05）和物料流（50～500kg/h）的控制進行球形化處理，在一定氣壓下使超細硅微粉在溫度場內停留0.1～3s。將球形化后的產品進行粒度分級與復配，根據不同的封裝要求設計相應的粒度分布。
　　
　　該生產工藝一定程度上降低了生產高純低放射性球形硅微粉對高純原料的過分依賴。在產品技術水平上，所制備的高純球形硅微粉應用性能與日本同類產品相當甚至更優秀，滿足了大規模集成電路封裝對高純低放射性球形硅微粉填料的要求。
　　
　　資料來源：《李曉冬,曹家凱,姜兵,等.高純低放射性球形硅微粉的制備與性能[J].微納電子技術,2020,57(10):835-840》，由【粉體技術網】編輯整理，轉載請注明出處！