При производстве медных ламинированных пленок (CCL) — основного материала для печатных плат (PCB) — кремниевый микропорошок В качестве основного неорганического наполнителя используется (в основном, плавленый кварц или порошок кристаллического кварца). Он существенно влияет на ключевые свойства, такие как диэлектрическая постоянная (Dk), коэффициент диссипации (Df), коэффициент теплового расширения (КТР), теплопроводность, влагопоглощение, обрабатываемость при сверлении и общая надежность высокочастотных, высокоскоростных и подложек для печатных плат.
Характеристики частиц кремниевого микропорошка, включая размер частиц (D50, D97), диапазон распределения частиц по размерам, морфологию частиц (сферичность, соотношение сторон), площадь поверхности и, особенно, уровень чистоты/загрязнения, напрямую определяют характеристики конечного ламината. Две распространенные технологии сухого измельчения для получения кремниевого микропорошка — это шаровая мельница и струйная мельница (также известная как мельница с псевдоожиженным слоем и противоположно направленной струей или струйная мельница с воздушным потоком). Какой метод больше подходит для высококачественных применений CCL?
Основные принципы и сравнение
Шаровая МельницаШаровая мельница использует механическое воздействие, сдвиг и абразивный износ между измельчающими элементами (шариками, стержнями или цилиндрами — обычно керамическими или металлическими) и материалом внутри вращающегося сосуда или цилиндра. Это отработанный, недорогой и высокопроизводительный метод.
Реактивная мельница: Струйное измельчение основано на высокоскоростных столкновениях между самими частицами, ускоряемых струями сжатого воздуха или пара (без измельчающих элементов). Частицы сталкиваются, разрушаются и классифицируются в одном непрерывном процессе, обычно с использованием струйных мельниц с псевдоожиженным слоем для твердых материалов, таких как диоксид кремния.
Ключевые отличия:
| Свойство | Шаровая Мельница | Реактивная мельница | Преимущества кремниевого порошка CCL |
|---|---|---|---|
| Достижимый D50 | Обычно 3–10 мкм (сверхтонкие частицы трудно получить). | 0,5–3 мкм (легко достигает субмикронного размера) | Дымовая мельница лучше |
| Распределение частиц по размерам | Более широкий размах крыльев, более грубые хвосты. | Более узкое и резкое распределение | Дымовая мельница лучше |
| Форма частиц | Более неправильная форма, большее соотношение сторон, угловатая | Ближе к сферической или блочной форме, с меньшим соотношением сторон. | Струйная обработка обеспечивает лучшие результаты (меньше агломерации). |
| Риск загрязнения | Средняя или высокая степень износа (износ носителя информации приводит к появлению Fe, Zr, Al и др.) | Очень низкая плотность (без наполнителя, можно использовать керамические футеровки) | Струночная фрезеровка значительно лучше. |
| Чистота (Fe, ионы металлов) | Более высокие концентрации примесей (особенно Fe/Co) | Нижние элементы бродяги | Оптимизация струйной обработки |
| Выделение тепла | Умеренный (может вызвать локальный нагрев) | Практически нет (холодный помол) | Струйная фрезеровка обеспечивает лучшую стабильность. |
| Энергетические и эксплуатационные расходы | Ниже | Более высокий (расход газа под высоким давлением) | Шаровая мельница лучше |
| Пропускная способность и масштабируемость | Высокий | Середина | Шаровая мельница лучше подходит для измельчения больших объемов материалов. |
Особые требования к ламинатам с медным покрытием и кремниевому микропорошку
Современные высокочастотные CCL-матрицы (5G, автомобильные радары, подложки для серверов/ИИ, материалы с низкими значениями Dk/Df) требуют использования кремниевого микропорошка со следующими свойствами:
- D50 обычно составляет 2–5 мкм, иногда <2 мкм для составов с очень низким соотношением Dk/Df.
- Очень узкое распределение частиц по размерам (небольшой разброс) обеспечивает равномерное заполнение смолой и минимальное количество зон с избытком/недостатком смолы.
- Высокая сферичность или низкое соотношение сторон для улучшения текучести, снижения вязкости смолы и увеличения содержания наполнителя (до 70–90 мас. %).
- Чрезвычайно низкий уровень ионного/металлического загрязнения (особенно Fe <10–20 ppm) позволяет избежать диэлектрических потерь, электрохимической миграции и сбоев в работе.
- Хорошая диспергируемость после обработки поверхности (силановое связывание).
Шаровая мельница может удовлетворить требованиям к низкочастотным частицам CCL, чувствительным к стоимости (D50 ~4–8 мкм), но испытывает трудности с ультратонкими частицами, узким распределением и особенно с чистотой. Износ мелющих тел приводит к появлению следов металлов, которые трудно полностью удалить даже с помощью последующей кислотной промывки или магнитной сепарации, что увеличивает стоимость и может ухудшить поверхностную активность частиц.
Струйная мельница превосходно справляется с производством сверхтонкого, высокочистого кремниевого микропорошка с узким распределением частиц, необходимого для высококачественных CCL-матриц. Многие ведущие поставщики плавленого кварца для электронных применений используют струйные мельницы с псевдоожиженным слоем (часто с керамической или карбидкремниевой футеровкой) для достижения D50 <3 мкм с минимальным загрязнением. Это особенно важно для подложек с низкими потерями и высокой надежностью.
Связанные вопросы и подробные ответы
В1: Почему «узкое распределение частиц по размерам», достигаемое на этих мельницах, так важно для медных плакированных ламинатов?
В производстве CCL в качестве наполнителя в эпоксидных смолах используется кремниевый микропорошок. Если распределение частиц по размерам слишком широкое (слишком много «крупных» или «ультрадисперсных» частиц), возникает ряд проблем:
Вязкость смолы: Слишком большое количество ультрамелких частиц увеличивает площадь поверхности, что требует большего количества смолы и затрудняет нанесение смеси на стеклоткань.
Дефекты ламината: Крупные частицы (более 20 мкм) могут вызывать «микрокороткие замыкания» или неравномерность в сверхтонких слоях медной фольги печатных плат высокой плотности.
Отвечать: Узкое распределение, обеспечиваемое воздушным классификатором мельницы, гарантирует равномерное термическое расширение (низкий коэффициент теплового расширения) и стабильные электрические свойства по всей поверхности.
В2: Можно ли использовать струйную и шаровую мельницы одновременно для получения кремниевого микропорошка?
Отвечать: Да, это часто считается «золотым стандартом» для высококачественных электронных наполнителей. В гибридном процессе материал сначала обрабатывается в шаровой мельнице для достижения мелкой фракции и более округлой формы. Затем он пропускается через струйную мельницу или специализированный высокоточный воздушный классификатор для удаления «верхней фракции» (крупных частиц) и дальнейшего очищения D97. Эта комбинация сочетает в себе экономичность шарового измельчения с исключительной точностью и чистотой струйного измельчения/классификации.
Вывод: Что лучше?
Для обычных FR-4 или CCL среднего класса шаровое измельчение остается экономически выгодным вариантом.
Для высокочастотных, высокоскоростных, с низким Dk/Df, низкими потерями или HDI/передовой упаковкой CCL — которые доминируют на современном и будущем рынке — струйное измельчение явно превосходит другие методы и стало предпочтительным в отрасли способом получения высококачественного кремниевого микропорошка.
Многие ведущие производители CCL-материалов указывают в своих рецептурах измельченный в струйном режиме плавленый кварц именно из-за его преимуществ в чистоте, контроле размера частиц, морфологии и, в конечном итоге, в лучших электрических, тепловых и надежных характеристиках.
Суммируя: Струйное измельчение является лучшим выбором для кремниевого микропорошка, используемого в высокоэффективных медных ламинатах.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано Эмили Чен
