本发明涉及一种亚纳米球形硅微粉的制备方法。
背景技术：
目前国际市场上球形硅微粉以熔融型硅微粉为主，主要用于生产大规模集成电路的微电子行业。无论全球还是我国，以集成电路为主的微电子产品市场，都处在高速发展阶段。随着集成电路向系统级芯片方向发展，芯片尺寸加大，电路更加复杂化，引线端数从几十、几百到上千端。为实现高密度封装，对塑封技术和塑封材料提出了更为严格的要求，如na离子、cl离子含量必须小于3ppm，要求吸水率、透湿率极低，有良好的高温强度，和与芯片和引线框架等的热膨胀系数接近，以及粘附力强，收缩小等等。由于硅微粉作为塑封料的主要填充材料，占塑封料体积的70%，其品质和性能很大程度上决定着塑封料及被封装的集成电路的品质、参数。
目前国际上采用制备球形硅微粉的技术有：1、等离子体法：该方法是利用等离子体的高温热场，使角形硅微粉在高温热场空间中熔融，同时利用在液态时的表面张力，促使其形成球形，并在瞬间冷却从而成为球形状。2、高温燃烧法：该方法是利用乙炔或液化石油气、氧气和硅粉，在燃烧室内进行反应，并在高温热场空间内形成球形粉。3、电弧法：该方法是利用正负高压电放电时产生的电弧高温，在电弧高温区间通过角形硅微粉，使其在瞬间熔融形成球形粉。但现有的方法产生的球形度不高，产品合格率较低。
技术实现要素：
为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种亚纳米球形硅微粉的制备方法。所述制备方法工艺简便，可操作性好，制得的产品粒径小，真球率高，是理想的新型半导体和化工新材料，用途广泛。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种亚纳米球形硅微粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）清洗：将原料金属硅加入0.5~1.0mol/l的稀盐酸中，使金属硅完全浸没在酸中，搅拌20~30min，取出后用超纯水清洗2~3次；
（2）烘干：将清洗后的金属硅进行烘干；
（3）球化：将金属硅在中频加热炉中进行加热焙烧，焙烧完成后进行冷却；
（4）分级处理：在冷却后的固体中加入分级液和分散剂，搅拌均匀，静置12~24h小时，形成沉淀物，将上层的浆料置于物料罐中，继续加入稀硫酸，静置5~10h，倒出上层液体，加入超纯水反复清洗3~4次，取底层固体，置于烘箱中进行干燥处理，使得水分含量小于0.2%；
（5）回收：将步骤（4）中的沉淀物进行回收，投入下一批的原料中进行生产；
（6）检测：使用激光粒度仪对步骤（4）得到的硅微粉的粒径分布进行测试，并使用电子显微镜对硅微粉的形貌进行检测；
（7）包装：将步骤（6）中检测合格的硅微粉进行包装。
进一步地，所述步骤（3）中焙烧的具体方法为：先升温至500~600℃加热0.5~1h，继续加热至1450~1600℃，焙烧时间为13~15h。
进一步地，所述步骤（4）中的分级液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡或氨水的一种或两种的混合液体。
进一步地，所述步骤（4）中的分散剂为油酸钠、磺酸盐、十八碳烯胺醋酸盐的一种或两种混合。
进一步地，所述超纯水是通过软水处理、紫外杀菌、纯水过滤、离子交换和抛光树脂超滤后制得的。
进一步地，所述制备方法制得的亚纳米球形硅微粉的d50值为300~500nm。
进一步地，所述制备方法制得的亚纳米球形硅微粉中放射性元素u含量≤0.1ppb，球形化率为95.0～99.5％。
本发明的有益效果在于：
1.可控性好。采用硅粉在10000℃以下的燃烧法技术，控制点多，难度大，尤其是硅粉的浓度、氧气的比例、液化气的流量等难以控制。比如采用等离子体法（高温：10000℃）技术，也是涉及二氧化硅粉体的浓度、熔融体的挂壁、颗粒不均匀等问题。而本发明所述的制备方法能够排除了这些难以控制的因素。
2.生产原理合理，技术可操作性强。
3.工艺简便，可操作性好。在管道内进行封闭式生产，除了加料和包装，不受外界影响。
4.产品成本低，市场竞争力强。用其他技术工艺生产亚纳米硅微粉，技术难度大，产品的成本也相对较高。因此，在国际市场上他们的产品价格下降空间是极为有限的。而本发明所述的制备方法，成本就大大的减低了，提高企业在国际市场上的竞争力。
5.在设备投资上得到了大大的降低。本发明所述的制备方法的设备投资是当前国际其他技术工艺设备投资的30%左右。这样就保证了企业的投入产出的效益的最大化。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明，但实施例并不限制本发明的保护范围。
一种亚纳米球形硅微粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）清洗：将原料金属硅加入0.5~1.0mol/l的稀盐酸中，使金属硅完全浸没在酸中，搅拌20~30min，取出后用超纯水清洗2~3次；
（2）烘干：将清洗后的金属硅进行烘干；
（3）球化：将金属硅在中频加热炉中进行加热焙烧，焙烧完成后进行冷却；
（4）分级处理：在冷却后的固体中加入分级液和分散剂，搅拌均匀，静置12~24h小时，形成沉淀物，将上层的浆料置于物料罐中，继续加入稀硫酸，静置5~10h，倒出上层液体，加入超纯水反复清洗3~4次，取底层固体，置于烘箱中进行干燥处理，使得水分含量小于0.2%；
（5）回收：将步骤（4）中的沉淀物进行回收，投入下一批的原料中进行生产；
（6）检测：使用激光粒度仪对步骤（4）得到的硅微粉的粒径分布进行测试，并使用电子显微镜对硅微粉的形貌进行检测，电子显微镜下的照片如图1所示；
（7）包装：将步骤（6）中检测合格的硅微粉进行包装。
进一步地，所述步骤（3）中焙烧的具体方法为：先升温至500~600℃加热0.5~1h，继续加热至1450~1600℃，焙烧时间为13~15h。
进一步地，所述步骤（4）中的分级液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡或氨水的一种或两种的混合液体。
进一步地，所述步骤（4）中的分散剂为油酸钠、磺酸盐、十八碳烯胺醋酸盐的一种或两种混合。
进一步地，所述超纯水是通过软水处理、紫外杀菌、纯水过滤、离子交换和抛光树脂超滤后制得的。
进一步地，所述制备方法制得的亚纳米球形硅微粉的d50值为300~500nm。
进一步地，所述制备方法制得的亚纳米球形硅微粉中放射性元素u含量≤0.1ppb，球形化率为95.0～99.5％。
所述制备方法在设备安装后第三年开始达产，计划可每月生产成品250吨，年产成品3000吨。
所述制备方法工艺简便，可操作性好，制得的产品粒径小，真球率高，是理想的新型半导体和化工新材料，用途广泛。
需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。