用于球栅阵列封装的高导热球形粉的制备方法与流程

本发明属于导热填料的制备技术领域，涉及一种用于球栅阵列封装的高导热球形粉的制备方法。

背景技术：

随着电子设备向着小型化和薄型化的发展，适用于高密度安装的球栅阵列(ballgridarray)封装被广泛应用。而随着高速化和高密度的推进，电子部件能在高温下稳定工作的需求也被提出。因此，bga封装所用树脂组合物需要具有高热传导性、高流动性、低粘度等特性。

由于环氧树脂的导热率通常低于1.0w/m/k，而通常用于bga封装的球形硅微粉产品导热率也仅为1.1w/m/k。为了在封装材料中形成有效的导热网络，需要选择导热率满足使用要求的填料，常见的导热填料有氧化铝、氮化硼、氮化铝、金属填料以及石墨烯等碳类材料。氮化硼、氮化铝等加工性差，成本高昂，因此使用范围有限。而金属填料和碳类材料虽然具有较高的导热性，但是具有导电性，这与封装材料对绝缘性能的要求背道而驰。氧化铝尤其是球形氧化铝由于具有较高的导热性和优良的加工性被选中成为bga封装用填料。例如，专利cn111527147a中公开了一种bga封装密封用环氧树脂组合物，填料为氧化铝粒子和二氧化硅粒子的混合物，但是氧化硅的导热性能不如氧化铝，对制品导热性能的提升受限。专利cn109206853b中利用氧化铝微球复配，利用小尺寸氧化铝微球填充大尺寸氧化铝微球间隙的方式建立导热路径，同时添加第二导热填料碳纳米管共同形成更致密的导热网络，进一步提高导热率。上述方法都注重对填料导热特性的研究，并没有对填料中大尺寸颗粒含量对于封装良率的影响进行研究。

尽管较大尺寸的填料颗粒对形成导热网络提升导热性等以及改善流动性方面具有积极的作用，但是颗粒尺寸过大却容易引起漏封等封装不良、降低制品的良品率。因此在实际生产时，除了要保证填料的高热传导性、高流动性、低粘度等特性，还要对填料中的大尺寸颗粒含量进行管控。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于球栅阵列封装的高导热球形粉的制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

用于球栅阵列封装的高导热球形粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)将d50＝0.5～120μm的球形氧化铝进行粗效分级，获得大颗粒含量控制在1000ppm以下、d50＝0.5～50μm的球形氧化铝粉，再将d50＝0.5～50μm的球形氧化铝进行精细分级，获得大颗粒含量控制在50ppm以下、d50＝2～50μm的球形氧化铝或d50＝0.5～2μm的球形氧化铝；

(2)将d50＝0.5～120μm的角形氧化铝进行粗效分级，获得大颗粒含量控制在1000ppm以下、d50＝0.5～50μm的角形氧化铝，再将d50＝0.5～50μm的角形氧化铝进行精细分级，获得大颗粒含量控制在50ppm以下、d50＝0.5～2μm的角形氧化铝；

(3)按d50＝2～50μm的球形氧化铝与d50＝0.5～2μm的球形氧化铝的质量比为1:0.01～1，或按d50＝2～50μm的球形氧化铝与角形氧化铝的质量比为1:0.01～0.20，将两者混合，得到高导热球形粉。

优选地，步骤(1)中，所述的d50＝0.5～120μm的球形氧化铝采用火焰成球法制备。

优选地，步骤(1)中，d50＝2～50μm的球形氧化铝粉或d50＝0.5～2μm的球形氧化铝中的大颗粒含量控制在10ppm以下。

优选地，步骤(2)中，d50＝2～50μm的角形氧化铝或d50＝0.5～2μm的角形氧化铝中的大颗粒含量控制在10ppm以下。

步骤(1)和(2)中，分级的加工方式采用本领域常规使用的方法，例如筛分、气流分级或浮选等。使用的分级设备为本领域常用的设备，例如筛分机、气流分级机，浮选设备等。

优选地，步骤(3)中，d50＝2～50μm的球形氧化铝与d50＝0.5～2μm的球形氧化铝的质量比为1:0.06～0.15。

优选地，步骤(3)中，d50＝2～50μm的球形氧化铝与角形氧化铝的质量比为1:0.06。

优选地，步骤(3)中，混合方法为在气流式混合机进行高速混合，压缩空气压力为0.3～2.0mpa，混合时间为3～60min，装载系数为0.3～0.5，更优选为空气压力为1.2mpa，混合时间为20min，装载系数为0.4。使用的混合机为本领域常用的设备，例如二维混合机、三维混合机、v型混合机、双锥型混合机、无重力混合机、锥形混合机、犁刀式混合机等，包括强力混合机、行星混合机和均质机等高效混合方式。

本发明所述的大颗粒指的是粒径大于产品设计最大粒径(cutpoint)的颗粒，本发明的产品主要是设计最大粒径(cutpoint)为55μm及以下粒度的产品。

本发明通过对填料的大颗粒含量进行控制，并通过粒度分布设计提高球形粉的热传导性和流动性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详述。

实施例1

大颗粒含量控制在50ppm以下，d50＝2～50μm的球形氧化铝与d50＝0.5～2μm的球形氧化铝按照1:0.06的质量配比，在气流式混合机混合20min，空气压力为1.2mpa，装载系数为0.4。获得的产品表面光滑致密，大颗粒含量在50ppm以下。al2o3≥99.8％，球形度≥0.95，cl^-≤2ppm；na ≤5ppm，导热率达到2.5w/(m·k)以上。

实施例2

大颗粒含量控制在50ppm以下，d50＝2～50μm的球形氧化铝与d50＝0.5～2μm的球形氧化铝按照1:0.15的质量配比，在气流式混合机混合20min，空气压力为1.2mpa，装载系数为0.4。获得的产品表面光滑致密，大颗粒含量在50ppm以下。al2o3≥99.8％，球形度≥0.95，cl^-≤2ppm；na ≤5ppm，导热率达到2.5w/(m·k)以上。

实施例3

大颗粒含量控制在50ppm以下，d50＝2～50μm的球形氧化铝与d50＝0.5～2μm的角形氧化铝按照1：0.06的质量配比，在气流式混合机混合20min，空气压力为1.2mpa，装载系数为0.4。获得的产品表大颗粒含量在50ppm以下。al2o3≥99.8％，球形度≥0.82，cl^-≤2ppm；na ≤5ppm，导热率达到2.8w/(m·k)以上。

对比例1

大颗粒含量控制在50ppm以下，d50＝2～50μm的球形氧化铝与d50＝0.5～2μm的角形氧化铝按照1：0.25的质量配比，在气流式混合机混合20min，空气压力为1.2mpa，装载系数为0.4。获得的产品大颗粒含量在50ppm以下。al2o3≥99.8％，球形度≥0.95，cl^-≤2ppm；na ≤5ppm，导热率达到2.7w/(m·k)以上。

对比例2

选择大颗粒含量约1000ppm的粗效分级产品，d50＝2～50μm的球形氧化铝与d50＝0.5～2μm的球形氧化铝按照1:0.06的质量配比，在气流式混合机混合20min，空气压力为1.2mpa，装载系数为0.4。获得的产品表面光滑致密，大颗粒含量约1000ppm。al2o3≥99.8％，球形度≥0.95，cl^-≤2ppm；na ≤5ppm，导热率达到2.6w/(m·k)以上。

上述实施例中仅为代表实施例，d50＝2～50μm的球形氧化铝与d50＝0.5～2μm的球形氧化铝的质量比为1:0.01～1，或d50＝2～50μm的球形氧化铝与角形氧化铝的质量比为1:0.01～0.20时最终获得的产品性能相近，均能明显提高球形粉的热传导性和流动性。

表1各实施例和对比例制得的球形粉的性能参数

从对比例1性能测试结果看，当角形填料比例提高后，产品的流动性(spiralflow)明显变差。对比例2测试结果显示，当大颗粒含量偏高时，产品在50mm处的slitflash明显变短。从产品性能表现来看，本发明所制备的球形粉具有高导热、低粘度、高流动性等特点，添加少量的小粒径角形填料填充间隙后，导热率明显提高，满足球栅阵列封装对高导热球形粉的要求。