以“低介电、低膨胀、低密度”为特点的中空二氧化硅（Hollow Silica），是一种可以弥补传统硅微粉介电常数大、介电损耗大的新型电子级粉体封装填料，源于AI对数据传输速率和能效的极致追求，其核心价值正快速放大。当前国内这种新型材料正处于从“前沿开发”向“稳定量产并被客户批量采用”过渡的关键阶段，本文聊聊该市场领导者AGC（旭硝子）的HS系列中空二氧化硅的制备及其应用，和大家一起进行了解学习。

AGC的HS低介电常数（低Dk）填料

一、电子级中空二氧化硅填料的意义所在

介电常数（Dk）是材料相对真空的电容率，用来衡量材料在电场中储存电能的能力，Dk的平方根与信号传播速度成反比；损耗角正切（Df）是材料在交变电场中电能损耗（转化为热能）的比例，该损耗也意味着信号衰减。因此，数据在芯片与电路板间高速传输时，Dk 越低信号传输就越快（延迟就越小），Df 越小损耗也越小（衰减也越少）。

一方面，实心二氧化硅Dk为3.8 左右,中空二氧化硅的Dk则由于内部包裹空气（Dk≈1）而大幅降低，所以当它作为CCL基板填料时能够显著提高信号传输速度；另一方面，中空二氧化硅的核壳结构在合理设计下，能减少与树脂基体之间的界面极化，继而大幅降低 Df减少信号衰减。当前，二氧化硅填料被大量填充的一个原因是让基板的热膨胀系数（CTE）与芯片匹配，从而防止翘曲，而传统实心硅微粉的增加会导致Dk和Df双升，中空二氧化硅正是解决这个矛盾的关键。

二、关于AGC的HS系列填料

1、技术研发

2021年9月30日，“AGC Research Report”发布文章，介绍了一种新型“真球状、具有致密壳层结构的中空二氧化硅粒子”的开发过程、制备工艺及其性能。传统低成本微气泡法制备的大尺寸材料应用有限，而使用聚苯乙烯（PS）等固体核+硅醇盐（Stöber法）制备均匀小粒径材料成本高企且环保受限。AGC基于工程思维，希望开发一种兼顾性能与成本的创新技术路线，产品还在化妆品（替代微塑料）、高速覆铜板（CCL）、光学涂层等高附加值应用中具备潜力。

文章地址：https://www.agc.com/innovation/library/pdf/71-02.pdf#1#5#1

兼顾性能与成本的创新技术路线示意

首先，通过高压乳化机制备出纳米级的O/W（水包油）微乳液；然后分两步进行硅壳形成——第一步是在强酸性（pH=2）条件下加入硅酸钠，使硅微粒子在油滴界面形成网络包覆；随后将 pH调至6，促进硅微粒子间的交联固化；第二步是在碱性（pH≈9）条件下继续加入硅酸钠，让硅壳增厚，避免生成游离的二氧化硅微粒；最后也分两步煅烧和烧结——先在400℃煅烧去除有机模板；随后在650℃-800℃下高温烧结，使壳层致密化。该方法通过调节乳液静置时间/温度，粒径可控制在300nm-700nm；通过调节硅酸钠与油相的比例（S/O），壳厚可控制在17nm-32nm。

2、实战验证

2023年国际ECTC（电子元件与技术会议）上，AGC美国分公司AGC Multi Material America发表其通过微米级（2-3μm）中空二氧化硅填料改善先进芯片封装和HDI（高密度互连）积层薄膜性能的验证成果，并且以此提出一种新方案，仅用树脂和电子填料的新组合替代传统玻璃纤维和树脂的组合，从而适配新一代电路基板对性能提升的追求。

2-3微米中空二氧化硅和实心二氧化硅的积层薄膜SEM图像（from agc-multimaterial）

此外，AGC研究团队指出20-40μm尺寸的中空二氧化硅也具有缺陷，其在激光钻孔时容易破裂并残留化学药水，导致后续焊接时出现分层和起泡。明确验证其开发的更小尺寸的中空二氧化硅结合特定的高性能树脂系统，能够制造出低介电常数、高流动性、低热膨胀且抗老化能力强的无玻璃纤维积层薄膜，是下一代高频高速芯片封装和HDI基板的理想材料。

三、中空二氧化硅填料用于HBM的挑战与突破

针对HBM（高带宽内存）的底部填料应用面临更大挑战，包括空气对导热产生负面影响，核壳结构如何设计以应对更大应力，小尺寸填料的粘度上升可能导致孔隙。总而言之，热管理、流动性（孔隙）和机械可靠性（应力破碎）这三大挑战，并不考察单一材料能力，也包括配方体系下与实心二氧化硅以及其他导热填料的协同性能。

韩国Sukgyung AT在中空二氧化硅领域是 AGC 在全球市场的主要竞争对手之一，同样采用油相液滴作为牺牲模板，通过控制硅源的水解缩合在其表面构建壳层，再经热处理去除模板获得中空结构。其日本分公司的SG-HS系列产品也已经对5G/6G 毫米波和高频覆铜板（FCCL/Rigid PCB）客户量产供应。2025年底，韩国券商披露Sukgyung AT的新产品“HBM封装底部填充材料”已证明其强度优于传统材料，并正与一家日本大型材料企业（你们猜它是谁？）共同进入市场。这表明，其用于HBM的底部填充材料方案已跨越研发阶段，进入了商业化推广环节。

小结

从AGC的理论研究基础，到其围绕精确控制壳层结构和实现高致密化的商业化产品迭代验证，再到该材料在HBM底部填充的前沿应用突破。希望本文能够让您对电子级中空二氧化硅填料的原理和商业布局稍作了解学习。

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