專利名稱：一種用于環氧模塑封料的填料二氧化硅的制備方法
技術領域：
本發明屬于超大規模集成電路的環氧模塑封料(EMC)的填料二氧化硅的制備。
超大規模集成電路(VLSI)及超超大規模集成電路(ULSI)對它們的封裝材料環氧模塑封料(EMC)有極高的要求，主要有三點低膨脹系數、低應力、低α射線。EMC中SiO2填料重量分數在60-85%之間，研究表明，α射線主要來自SiO2填料，為此日本三菱金屬公司以SiCl4水解制得了高純非球形SiO2。降低膨脹系數主要靠增加無定形SiO2的重量分數，但SiO2填充量提高會使成型性惡化，熔融粘度劇增，而選擇合適分布的球形SiO2可提高填充量而熔融粘度不致有太大升高，從而有效地降低EMC的膨脹系數，配合樹脂改性技術可有效地降低內應力。球形二氧化硅的研究最近在世界各國已受到廣泛的重視，日本在這方面的研究一直處于領先地位，他們用Si(oεt)4水解，采用種子滴加法制得了粒徑為1-10μ的球形SiO2，但這種粒徑范圍太小，不適合用于EMC中，采用天然石英粉熔融噴射法可制得各種粒徑范圍的球形SiO2，并已應用于EMC中，但因天然石英粉純度有限，特別具有無法除去的放射性無素，無法用于VLSI/ULSI DRAM中，日本三菱金屬公司以SiCl4水解再反復精制制得了超高純SiO2，但不是球形，這對降低膨脹系數，降低應力都是不利的。
本發明的目的是制備一種高純度、無定形、大粒徑的球形二氧化硅作為環氧模塑封料的填料，從而使得制成的環氧模塑封料具有低膨脹系數、低應力、低α射線的性能。
本發明用油包水乳化反應原理將去離子水、溶劑、乳化劑乳化，再滴加SiCl4水解，滴加速度以HCL氣體充分被吸收為宜，體系用冰鹽浴冷卻，并用200-500轉/分的速度攪拌，反應0.5-3小時，反應結束后將產品過濾、干燥，在馬福爐中鍛燒炭化，其中乳化時用高速攪拌30-60分鐘，反應體系中Si與H2O的摩爾比為1∶1-1∶5，SiCl4在良溶劑中的濃度為0.1M-1M、乳化劑用量為水的1-10%，反應方程式如下
反應所用溶劑必須是SiCl4的良溶劑，如苯、醚、氯仿、烷烴、乳化劑是適合于油包水體系的各種乳化劑，如山梨糖醇酐酯類，OP-10，PVA等。反應必須先將去離子水、溶劑、乳化劑充分乳化，高速攪拌轉速可大于1000轉/分鐘，以利于充分乳化。乳化結束后加入SiCl4水解，SiCl4的加入量是Si∶H2O在1∶1-1∶5之間，水不能太多，太多了易形成非球形二氧化硅，而且容易結塊。SiCl4在良溶劑中的濃度也要適當，本發明為0.1M-1M，濃度太大給后處理帶來不便，濃度合適則反應散熱效果好。在裝置有HCL氣體吸收裝置的體系中滴加HCL溶液，滴加速度以HCL氣體充分被吸收為宜，反應放熱，因此體系用冰鹽浴冷卻，防止反應過熱，同時適當降低攪拌速度至200-500轉/分鐘，反應0.5-3小時結束，產品過濾、干燥，然后在馬福爐中500-700℃溫度下鍛燒炭化1-2小時，鍛燒目的主要是炭化二氧化硅表面的乳化劑。這樣即可得高純無定形球形SiO2，它的粒徑在1-40μm范圍內呈較寬分布。
用本發明方法可制得純度高的無定形球形二氧化硅，它的粒徑偏大，適合于用在超大規模集成電路的環氧模塑封料中作為填料。由于它是高無定形球形的二氧化硅，因此，作為超大規模集成電路的環氧模塑封料，它具有低膨脹系數、低應力、低α射線的特點，是一種理想的填料。反應用SiCl4原料價廉，容易精制，反應后溶劑可通過過濾回收循環使用，反應中通過調節乳化劑的用量調節二氧化硅的粒徑，是一種制備用于EMC中填料的好方法。
實施例一用石油醚做溶劑，SiCl4在石油醚中的濃度為0.2M，Si∶H2O的摩爾比為1∶2，乳化劑為15%OP-10和85%SP-80，乳化劑用量從7.5%-2.5%(是乳化劑占水的重量百分數)，做系列實驗。反應步驟如下按上述比例加入去離子水、溶劑、乳化劑，用1000轉/分鐘的轉速攪拌60分鐘，乳化結束，開始滴加SiCl4，同時體系用冰鹽浴冷卻，開始滴加SiCl4時即開始降低攪拌速度至400轉/分鐘，反應2小時結束，產物過濾、干燥后在600℃馬福爐內鍛燒1時，即得無α射線的高純二氧化硅產品。用上述反應步驟改變乳化劑(15%OP-10+85%SP-80)用量進行反應，得到球形二氧化硅產物，用掃描電鏡測得其平均粒經從4.9μm到9.0μm，見表一。
實施例二用正己烷作溶劑，其它條件全部同實施例一，乳化劑用量從2.5%增加到10%，反應結束得到球形二氧化硅的平均粒徑從5.5μm增加到23.8μm，見表一。
表一
權利要求
1.一種高純度無定形球形二氧化硅的制備方法，用油包水乳化反應，其特征在于將去離子水、SiCl4的良溶劑、乳化劑在反應器中乳化，然后滴加SiCl4水解，滴加速度以HCL氣體充分被吸收為宜，體系用冰鹽浴冷卻，并用200-500轉/分鐘速度攪拌，反應0.5-3小時，產品過濾、干燥、鍛燒碳化，其中(1)乳化時高速攪拌30-60分鐘；(2)Si與H2O的摩爾比為1∶1-1∶5；(3)SiCl4在良溶劑中的濃度為0.1M-1M；(4)乳化劑量為水量的1-10%。
全文摘要
本發明是超大規模集成電路的環氧模塑封料中二氧化硅填料的制備方法。由于超大規模集成電路要求環氧模塑封料具有低膨脹系數、低應力、低α射線的特點，目前的二氧化硅填料不能完全滿足這些要求，因此影響封裝性能。本發明用油包水乳化反應水解SiCl
文檔編號C09C3/00GK1075154SQ9311235
公開日1993年8月11日 申請日期1993年3月3日 優先權日1993年3月3日
發明者周紅衛, 孫衛明, 王洪冰, 李善君 申請人:復旦大學