石英基础知识培训教材

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1、石英简介,石英行业展望,近年来，全球微电子产业增长迅猛,已成为最具活力的科技创新领域和推动世界经济增长的引擎。在微电子产业的生产过程中,需要大量高性能石英玻璃材料和制品。 世界微电子制造业正从美国、欧洲、日本、台湾等地区向中国大陆转移，然而国内微电子制造业所需要的高性能石英玻璃大多数依赖进口，微电子制造业使用的高性能石英玻璃核心技术大都由国外公司掌握。这种局面严重制约我国相关产业的发展，影响我国微电子制造业全球市场竞争力。 因此，生产石英玻璃制品有着广阔的市场和前景。,石英玻璃简介,石英玻璃是由二氧化硅熔融而成的单一组分的玻璃态材料。它是用天然二氧化硅含量最高的水晶或经特殊工艺提纯的高纯砂做原

2、料，在2000高温下熔制成的玻璃SiO2含量高达99.99599.998%。 石英玻璃具有一系列优良的物理化学性能：它有极良好的透光性能，在紫外、可见、红外全波段都有极高的透过率(90以上)；它的耐高温性能很好，是透明的耐火材料，使用温度高达1100，比普通玻璃高700。 它是由水晶矿石通过 “筛选清洗热处理” 等工艺产生石英粉料. 再通过电熔或气熔的方法，生产出石英玻璃的管材.棒材和石英坨料.,水晶无色透明的晶体,高纯石英砂,石英玻璃制备方法,电熔法,石英原料在真空（5102mmHg）或低压惰性（N2）介质中电熔。,采用氢氧焰或其它碳氢化物（乙炔）可燃气体产生高热来熔化物料。,气炼法,由高频

3、电磁场的感应耦合作用而产生等离子体灯炬，内核温度高达15000K，熔化物料。,SiCl4蒸汽水解法,将四氯化硅蒸汽由氢气携带通入氢氧喷灯火焰 中，生成二氧化硅及氯化氢，氯化氢气体随烟气逸出， 而二氧化硅则沉积。,凝胶法,将多孔（5080 ）凝胶成形后在250下真空处理，排出H2O，通过热处理排除有机物，1000下加热消除气孔，形成石英玻璃。,高频感应等离子炬熔融法,石英玻璃与普通玻璃差异,光学性能,石英玻璃性能,石英玻璃性能,纯度 a. 透明石英玻璃： 气炼石英玻璃：SiO2 99.97以上； SiCl4直接气炼石英玻璃：SiO2 99.9999以上； 高纯石英玻璃：SiO2 99.999以上

4、。 b. 不透明石英玻璃：SiO2 99.5以上。 2. 电学性质： 石英玻璃是一种优良的绝缘材料，在高温下仍能保持很高的介电强度和电阻，而且几乎没有损耗，（OH）和杂质将使介电强度降低， tan增加。,石英玻璃的介电强度和介电损耗(50Hz ),石英玻璃热力学性质,a. 耐温性： 石英玻璃的耐高温性能，远远超过任何一种玻璃。 T熔1713，T软158010，T退火1140 10。 短时间可在1450高温下使用，常可在1000以上、不透明则在900使用。 b. 热膨胀系数： 石英玻璃的膨胀系数极小，51071，为平板玻璃的1/14，其原因是石英玻璃的结构类似于方石英相（立方），没有低温变体的锯

5、齿形特征，同时 SiO键较强。,石英玻璃的膨胀系数,石英玻璃机械性质,石英玻璃由单组元硅氧四面体组成网络骨架，硅氧键键强很大，结构紧密机械强度很高，为普通玻璃的23倍；网络中没有间隙离子填充，故密度小。 原料纯度（杂质）、种类、产品气泡、羟基（OH -）含量、熔化不均匀等影响强度。 透明石英玻璃密度：D2.202.21g/cm3； 不透明石英玻璃密度：D2.022.18g/cm3； P抗张60MPa；P抗弯110MPa；P抗压640MPa ； 维氏硬度：700Kp/mm2；莫氏硬度：6级；泊松比：0.17,石英玻璃原材,石英原材 -石英玻璃管,石英原材 -石英砣料,石英棒料,石英焊丝,石英原材

6、 -石英板,石英玻璃工艺分类,电熔透明石英玻璃,适用于电子、冶金、化工等工业；,一般电熔透明石英玻璃，适用于电光源工业以及其他工业；,适用于中压、高压锅炉水位表或一般温度场合；,D3 (DTS3),D2 (DTS2),D1 (DTS1),D(DTS)电熔透明石英玻璃,以纯净的水晶为原料，采用真空加压电熔工艺熔融而成。二氧化硅含量在99.95以上，材质透明，含少量气泡，制成管材后变成气线，常用于电光源工业以及半导体电子工业，精心制造的D型材料能达到光学材料的要求。,气炼透明石英玻璃,Q(QTS)气炼透明石英玻璃,以高级水晶为原料，采用氢氧火焰熔融方法制成。纯度高，二氧化硅含量在99.99%99.

7、995%以上，透明无气泡，可见光和紫外光的透过率高，耐高温，抗析晶性能好。广泛用于半导体电子工业，冶金工业，高纯材料提纯和科学实验室方面。,Q1(QTS1)高纯型,Q2(QTS2)一般气炼透明石英玻璃,Q3(QTG2) 一拉制硅单晶用,Q4(JGS2) 一光学材料,Q5 电熔法成型的气炼透明石英玻璃,Q6 用于对温度和纯度要求不高的场合,TQ1 掺钛气炼透明石英玻璃,常见原材使用规格,1、石英玻璃在电光源行业中的应用,金属卤化物灯 是管壁负荷大的灯种,泡壳温度很高5001100, 有石英玻璃能耐此温度.因石英玻璃管膨胀系数小,不会因灯管冷热不均而爆炸 氙灯 长氙灯壁温度500750,只能用石英

8、玻璃 其他气体放电灯 节能灯、杀菌灯、汞灯、钠灯、镝灯 电光源产品 发光二极管、红外线灯、紫光灯、复印机扫描仪光源、诱蚊集渔灯、紫外线杀菌灯,石英玻璃的应用,石英玻璃的应用,硅片生产流程:,石英玻璃扩散管、石英舟、石英玻璃清洗槽花篮等等,石英玻璃扩散管 半导体工业中极其重要、用量最大的石英玻璃制品 重要性: 纯 度 抗高温变形性 几何尺寸 外观质量,直接影响 集成电路和器件,质量 成本 生产效率,半导体行业应用,石英玻璃的应用,源瓶，承载三氯氧磷（POCl3）液态源,炉管，炉门等,半导体石英舟,多晶硅的还原炉罩和单晶硅片的外延钟罩为高纯度石英玻璃,半导体行业应用-扩散工艺示意图,石英玻璃法兰

9、与石英玻璃扩散管配套起连接作用的石英玻璃制品,石英玻璃的应用,半导体行业应用,石英玻璃的应用,半导体行业的应用,石英舟 硅片承载器 石英炉管支托并运载石英舟进入或退出扩散炉,石英舟,石英炉管,石英玻璃花篮 硅片的酸洗和超声波清洗的承载容器 石英玻璃清洗槽（缸） 洗涤液的承载容器,石英玻璃花篮,石英玻璃清洗槽（缸）,重要性: 相对普通玻璃而言,石英玻璃有极高的化学稳定性,石英玻璃的应用,半导体行业的应用,显示器件用石英玻璃:,制作显示器件关键材料高精度玻璃掩膜版 小尺寸、高分辨率的掩膜版主要材料石英玻璃,制作流程: 石英玻璃片 精密加工 镀敷铬膜 光刻,70%,30%,石英玻璃的应用,半导体行业

10、的应用,航空航天行业中的应用,神六返回舱视窗,雷达用超声延迟玻璃,石英玻璃的应用,其他行业的应用,光学镜头,光纤生产辅材,激光技术领域,化工冶金,石英玻璃的应用,石英玻璃的加工流程,1、石英炉管加工工艺流程,石英玻璃的加工流程,2、石英源瓶加工工艺流程,规格负公差外径正公差 负公差厚度正公差 ， +20 长度+50,规格 负公差外径正公差； 负公差厚度正公差； 负公差高度正公差,外观： 气泡0.5 6个/100cm2，色斑1.0， 5个/100cm2， 揪痕15，5个/1000cm2 生颗粒不允许, 透明颗粒0.5, 25个/100cm2, 内壁波纹0.5 桔 皮 不明显 白雾不明显,外观：水

11、迹10 mm2 2个/100cm2 ;色斑1.0 5个/100cm2; 白雾不允许 表面光滑、整洁；边缘应烧圆，不允许有裂纹和变形；附件不允许偏歪,半成品检验,自 检,切 割,附件安装,石英玻璃的加工流程,3、石英管加工工艺流程,成品检验,清 洗,半成品检验,车床加工,火焰抛光,车床加工：规格 负公差外径正公差；倒角正公差。 外观 粗糙度表面240目以上 不允许有裂纹 偏壁度厚度偏差的绝对值,石英玻璃的加工流程,切 割,自 检,开 槽,切割 、倒角,清 洗,清洗,4、石英开槽舟加工工艺流程,规格：负公差外径正公差 ；负公差槽宽正公差； 负公差 槽深正公差 负公差间距正公差 ；负公差角度正公差；

12、 负公差 基准正公差 负公差槽区总长正公差； 负公差槽棒总长正公差,仪器成型 规格：负公差宽度正公差； 负公差间距正公差； 负公差高度正公差,外观：水迹10 mm2 2个/100cm2 ;色斑1.0 5个/100cm2; 白雾不允许 表面光滑、整洁；边缘应烧圆，不允许有裂纹和变形；附件不允许偏歪,半成品检验,自 检,定 位,槽棒检验,成品检验,冷加工研磨,清 洗,焊 接,退 火,半成品检验,抛 光,抛 光,退 火,石英玻璃的加工流程,5、石英玻璃钩加工工艺流程,成品检验,半成品检验,清 洗,研 磨,火焰抛光,仪器加工 规格：负公差外径 正公差； 负公差长度正公差； 负公差高度正公差,外观：水迹

13、10 mm2 2个/100cm2 ;色斑1.0 5个/100cm2; 白雾不允许 表面光滑、整洁；边缘应烧圆，不允许有裂纹和变形；附件不允许偏歪,石英玻璃的加工流程,槽 沉,切 片,研 磨,倒 角,细 磨,板材检验,6、石英方缸加工工艺流程,冷加工 规格：负公差长度正公差； 负公差宽度正公差；负公差 厚度正公差 倒角按工艺要求 粗磨240目 细磨W28研磨,热加工规格：负公差长度正公差; 负公差宽度正公差; 负公差高度正公差,外观：水迹10 mm2 2个/100cm2; 色斑1.0 5个/100cm2 ;白雾不允许 表面光滑、整洁;边缘应烧圆，不允许有裂纹和变形;垂直度 高度尺寸的1% 附件不

14、允许偏歪; 同心度长度尺寸的1%,半成品检验,自 检,火焰抛光,清 洗,成品检验,定 位,整体焊接,清 洗,退 火,冷加工研磨,半成品检验,火焰抛光,附件安装,退 火,石英玻璃的加工流程,槽 沉,切 片,研 磨,滚 圆,按样板钻孔,细 磨,7、石英炉门盖加工工艺流程,冷加工 规格：负公差长度正公差； 负公差宽度正公差；负公差 厚度正公差 负公差孔距正公差 ;同心度 0.1;倒角按工艺要求 粗磨240目 细磨W28研磨,热加工外观：水迹10 mm2 2个/100cm2; 色斑1.0 5个/100cm2 ;白雾不允许 表面光滑、整洁;边缘应烧圆，不允许有裂纹和变形;垂直度 高度尺寸的1% 附件不允

15、许偏歪; 同心度长度尺寸的1%,半成品检验,板材检验,清 洗,清 洗,成品检验,焊 接,退 火,附件安装,清 洗,半成品检验,火焰抛光,板材自检,定 位,冷加工研磨,退 火,火焰抛光,石英玻璃的加工流程,槽 沉,切 片,研 磨,滚 圆,按样板钻孔,细 磨,8、石英匀流板加工工艺流程,冷加工 规格：负公差直径正公差； 负公差孔径 正公差；负公差 厚度正公差 负公差孔距正公差 ;同心度 0.1;倒角按工艺要求 粗磨240目 细磨W28研磨,热加工外观：水迹10 mm2 2个/100cm2; 色斑1.0 5个/100cm2 ;白雾不允许 表面光滑、整洁;边缘应烧圆，不允许有裂纹和变形;垂直度 高度尺

16、寸的1% 附件不允许偏歪; 同心度长度尺寸的1%,半成品检验,板材检验,清 洗,清 洗,成品检验,焊 接,退 火,附件安装,清 洗,半成品检验,火焰抛光,板材自检,定 位,冷加工研磨,退 火,火焰抛光,石英玻璃的加工流程,9、石英平板加工工艺流程,成品检验,冷加工 规格：负公差长度正公差； 负公差宽度 正公差；负公差 厚度正公差倒角按工艺要求 粗磨240目 细磨W28研磨； 平行度0.2；平面度0.2 ； 不允许崩边、崩角,石英玻璃的加工流程,石英棒、片切割,研 磨,倒 角,细 磨,清 洗,自 检,10、石英托架加工工艺流程,冷加工 规格：负公差长度正公差； 负公差宽度 正公差；负公差 厚度正公差倒角按工艺要求 粗磨240目 细磨W28研磨； 平行度0.2；平面度0.2 ； 不允许崩边、崩角,热加工规格：负公差宽度正公差； 负公差长度正公差； 负公差高度正公差,外观：