石英基础知识培训

1、1Onrone Proprietary & ConfidentialAUO Proprietary & ConfidentialOnrone Proprietary & ConfidentialOnrone Proprietary & Confidential石英简介2Onrone Proprietary & Confidential1 2 3 43Onrone Proprietary & Confidential石英行业展望石英行业展望 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

2、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。4Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃简介石英玻璃简介 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

3、水晶或经特殊工艺提纯的高纯砂做原料，在的水晶或经特殊工艺提纯的高纯砂做原料，在2000高温下熔制成的玻璃高温下熔制成的玻璃SiO2含量高达含量高达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段都有极高的透过率(90以上以上)；它的耐高温性能很好，是透明的耐火材料，使用温度高达；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，比普通玻璃高700。它是由水晶矿石通过它是由水晶矿石通过 “筛选筛选清洗清洗热处理

4、热处理” 等工艺产生石英粉料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.棒材和石英坨料棒材和石英坨料.无色透明的晶体高纯石英砂5Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃制备方法石英玻璃制备方法电熔法电熔法石英原料在真空（石英原料在真空（5102mmHg）或低压惰性（）或低压惰性（N2）介质中电熔。）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。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。气炼法气炼法由高频电磁场的感应耦合作用而产生由高频电磁场的感

5、应耦合作用而产生等离子体灯炬等离子体灯炬，内核温度高达，内核温度高达15000K，熔化物料。，熔化物料。SiCl4蒸汽水解法蒸汽水解法将四氯化硅蒸汽由氢气携带通入将四氯化硅蒸汽由氢气携带通入氢氧喷灯氢氧喷灯火焰火焰 中，生成二氧化硅及氯化氢，氯化氢气中，生成二氧化硅及氯化氢，氯化氢气体随烟气逸出，体随烟气逸出， 而二氧化硅则沉积。而二氧化硅则沉积。凝胶法凝胶法将多孔（将多孔（5080 ）凝胶成形后在）凝胶成形后在250下真空处理下真空处理，排出，排出H2O，通过热处理排除有，通过热处理排除有机物，机物，1000下加热下加热消除气孔，形成石英玻璃。消除气孔，形成石英玻璃。高频感应等离子炬熔融法高

6、频感应等离子炬熔融法6Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃与普通玻璃差异石英玻璃与普通玻璃差异品种品种 性能性能含硅量含硅量应变温度应变温度（）退火温度退火温度（）软化温度软化温度（）线膨胀系数线膨胀系数10(-7)(20-300)热稳定性热稳定性()比重比重材料分类材料分类 石英玻璃石英玻璃99.95%1000113516505.58002.2特种玻璃GG-17GG-1780.48%520560820323002.23硬质玻璃 (高硼硅酸盐玻璃)九五玻璃九五玻璃78.4%480535750392302.28八一注射玻璃八一注射玻璃74.5%460

7、550740501822.365 5号量器玻璃号量器玻璃71%430460698981202.39软质玻璃(钠钙玻璃) 高铝玻璃高铝玻璃62068091038200特种玻璃7Onrone Proprietary & Confidential化学性能化学性能耐辐照性能耐辐照性能 电学性能电学性能 热学性能热学性能 力学性能力学性能光学性能光学性能石英玻璃性能石英玻璃性能8Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃性能石英玻璃性能1.纯度纯度a. 透明石英玻璃：透明石英玻璃： 气炼石英玻璃：气炼石英玻璃：SiO2 99.97以上；以上； SiCl4直

8、接气炼石英玻璃：直接气炼石英玻璃：SiO2 99.9999以上；以上； 高纯石英玻璃：高纯石英玻璃：SiO2 99.999以上。以上。b. 不透明石英玻璃：不透明石英玻璃：SiO2 99.5以上。以上。2. 电学性质：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，（且几乎没有损耗，（OH）和杂质将使介电强度降低，和杂质将使介电强度降低， tan增加。增加。 电性能电性能温度（温度（）透明石英玻璃透明石英玻璃不透明石英玻璃不透明石英玻璃介电损耗介电损耗tantan200.00

9、030.001介电强度介电强度 2003225 石英玻璃的介电强度和介电损耗石英玻璃的介电强度和介电损耗(50Hz )9Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃热力学性质石英玻璃热力学性质a. 耐温性：耐温性： 石英玻璃的耐高温性能，远远超过任何一种玻璃。石英玻璃的耐高温性能，远远超过任何一种玻璃。 T熔熔1713，T软软158010，T退火退火1140 10。 短时间可在短时间可在1450高温下使用，常可在高温下使用，常可在1000以上、不透明则在以上、不透明则在900使用。使用。b. 热膨胀系数：热膨胀系数： 石英玻璃的膨胀系数极小，石英玻璃的膨胀

10、系数极小，5 51071，为平板玻璃的，为平板玻璃的1/14，其，其原因原因是石是石英玻璃的结构类似于方石英相（立方），没有低温变体的锯齿形特征，同时英玻璃的结构类似于方石英相（立方），没有低温变体的锯齿形特征，同时 SiO键较强。键较强。温度（温度（）1002003004005006007008001000120010-7 5.10 5.58 6.27 6.35 6.12 6.00 5.71 5.62 5.56 5.42 石英玻璃的膨胀系数石英玻璃的膨胀系数10Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃机械性质石英玻璃机械性质 石英玻璃由单组元硅氧四面

11、体组成网络骨架，硅氧键键强很大，结构紧密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，结构紧密机械强度机械强度很高很高，为普通玻璃的，为普通玻璃的23倍；网络中没有间隙离子填充，故倍；网络中没有间隙离子填充，故密度小密度小。 原料纯度（原料纯度（杂质杂质）、种类、产品气泡、）、种类、产品气泡、羟基羟基（OH -）含量、熔化不均匀等影响强度。）含量、熔化不均匀等影响强度。透明石英玻璃透明石英玻璃密度密度：D2.202.21g/cm3；不透明石英玻璃不透明石英玻璃密度密度：D2.022.18g/cm3；P抗张抗张60MPa；P抗弯抗弯110MPa；P抗压抗压640MPa ；维氏硬度：维氏

12、硬度：700Kp/mm2；莫氏硬度：莫氏硬度：6级；级；泊松比：泊松比：0.1711Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃原材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 -石英板12Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃工艺分类石英玻璃工艺分类品种品种牌号牌号原料原料熔制工艺熔制工艺外观特征外观特征金属杂质金属杂质含量含量（PPM）OH含量含量(PPM)透明石英玻璃电熔电熔D水晶水晶真空电熔真空电熔透明、少量气透明、少量气泡或气线泡或气线5005气炼气炼Q高级水晶高级水晶

13、氢氧火焰熔融氢氧火焰熔融透明透明50300合成H四氯化硅氢氧火焰熔融透明、无气泡51200无水合成WH四氯化硅高频等离子熔融透明、无气泡54涂层HQF高级水晶或四氯化硅火焰喷涂透明、无气泡51200不透明石英玻璃B石英砂/硅石电熔乳白色、不透明13Onrone Proprietary & Confidential电熔透明石英玻璃电熔透明石英玻璃 适用于电子、冶金、化工等工业；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；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；适用于中压、高压锅炉水位表或一般温

14、度场合；D3(DTS3)D2(DTS2)D1(DTS1) D(DTS)电熔透明石英玻璃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。14Onrone Proprietary & Confidential气炼透明石英玻璃气炼透明石英玻璃 Q(QTS)气炼透明石英玻璃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%99.995%以上，透明无气泡，可见光和紫外光的透过率高，耐高温，

15、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15Onrone Proprietary & Confidential常见原材使用规格常见原材使用规格焊丝焊丝2、2.5、3、4、6、8石英棒石英棒8、10、12、14、16、20、25、30、33-34石英管石英管4*2、12*1做吸笔用; 8*1*8做填料尾气管尾气管 9*1*2

16、100,10*1*2200;17*2*2000（2400）,17*2.5*2500,20*3*2400,22*3*2400厚壁厚壁12*2*2400、11*2.8（5-5.5）,12*1.5*2400,10*2,9.5*1.5,6.35*1,14*1.5*240014*2*2400,14*3*2500（喷淋管）,15*1.5*2400,15*2*2400,16*1.5*240016*2*2400,16*2*1500,18*2*1500,20*2*1500,舟叉套杆有成品球头球头25、28、32、35PECVD PECVD 30*2.3-2.5*1150连熔板连熔板155-165*5*1240,

17、120*3*1240,180*5*1240, 210*6*1240源瓶材料源瓶材料90*2.5-3*1240,115*3;120*3; 130*3; 140*3; 150*3; 156*3盘管盘管156-157 2.5圈配150*3 间距10、中心距30146-147 3圈配 140*3 间距12、中心距32做灯头用做灯头用60、70、80、90、30*2、36-38、40、15-16*216Onrone Proprietary & Confidential1 1、石英玻璃在电光源行业中的应用、石英玻璃在电光源行业中的应用金属卤化物灯金属卤化物灯 是管壁负荷大的灯种是管壁负荷大的灯种,

18、 ,泡壳温度很高泡壳温度很高5005001100,1100,有石英玻璃能耐此温度有石英玻璃能耐此温度. .因石英玻璃管膨胀系数小因石英玻璃管膨胀系数小, ,不会因灯管冷热不均而爆炸不会因灯管冷热不均而爆炸氙灯氙灯长氙灯壁温度长氙灯壁温度500500750,750,只能用石英玻璃只能用石英玻璃其他气体放电灯其他气体放电灯 节能灯节能灯、杀菌灯、汞灯、钠灯、镝灯、杀菌灯、汞灯、钠灯、镝灯电光源产品电光源产品 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、紫外线杀菌灯菌灯石英玻璃的应用石英玻璃的应用17Onrone P

19、roprietary & Confidential石英玻璃的应用石英玻璃的应用 半导体行业应用半导体行业应用18Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃的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 半导体行业应用半导体行业应用- -扩散工艺示意图扩散工艺示意图19Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃的应用石英玻璃的应用半导体行业应用半导体行业应用20Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃的应用石英玻璃的应用半导体行业的

20、应用半导体行业的应用石英舟石英舟石英炉管石英炉管21Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃花篮石英玻璃花篮 石英玻璃的应用石英玻璃的应用半导体行业的应用半导体行业的应用22Onrone Proprietary & Confidential显示器件用石英玻璃显示器件用石英玻璃: :制作显示器件关键材料制作显示器件关键材料高精度玻璃掩膜版高精度玻璃掩膜版小尺寸、高分辨率的掩膜版主要材料小尺寸、高分辨率的掩膜版主要材料石英玻璃石英玻璃 制作流程制作流程: : 石英玻璃片石英玻璃片 精密加工精密加工 镀敷铬膜镀敷铬膜 光刻光刻 70%70% 30%3

21、0% 石英玻璃的应用石英玻璃的应用半导体行业的应用半导体行业的应用23Onrone Proprietary & Confidential航空航天行业中的应航空航天行业中的应用用图11-1 康宁公司研制大型天文望远镜坯料 石英玻璃的应用石英玻璃的应用24Onrone Proprietary & Confidential 石英玻璃的应用石英玻璃的应用25Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃的加工流程石英玻璃的加工流程一级水晶粉 坯管熔制 坯管检验 二次成型 成型检验 酸 处 理 成品检验清 洗 切 割 接出气管 规格 +2外径+5， -

22、0.5厚度1 ， +50 长度+100 规格 负公差外径正公差 负公差厚度正公差 长度100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 内壁波纹0.3 ; 色斑1.0 5个/100cm2; 白雾不允许 26Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃的加工流程石英玻璃的加工流程水晶粉 坯管熔制 坯管检验 仪器成型 成型检验 清洗 规格负公差外径正公差 负公差厚度正公差 ， +20 长度+5

23、0 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 附件安装成品检验抛 光 退 火 清 洗 半成品检验 27Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃的加

24、工流程石英玻璃的加工流程水晶粉 坯管熔制 坯管检验 二次成型 成型检验 切割 成品检验清 洗 半成品检验 规格 +2外径+5， -0.5厚度1 ， +50 长度+100 规格 负公差外径正公差 负公差厚度正公差 长度100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 内壁波纹0.3 ; 色斑1.0 5个/100cm2; 白雾不允许 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

25、允许有裂纹 偏壁度厚度偏差的绝对值 28Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃的加工流程石英玻璃的加工流程切 割 自 检 开 槽 切割 、倒角 清 洗 清洗 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； 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

26、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 29Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃的加工流程石英玻璃的加工流程切 割 自 检 吹接弯 焊 接 火焰抛光 冷加工切割 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 30Onrone Propriet

27、ary & Confidential石英玻璃的加工流程石英玻璃的加工流程槽 沉 切 片 研 磨 倒 角 细 磨 板材检验 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 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

28、加工研磨 半成品检验 火焰抛光 附件安装 退 火 31Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃的加工流程石英玻璃的加工流程槽 沉 切 片 研 磨 滚 圆 按样板钻孔 细 磨 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% 附件不允许偏歪; 同心度长度尺寸的1%半成品检验 板材检验

29、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32Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃的加工流程石英玻璃的加工流程槽 沉 切 片 研 磨 滚 圆 按样板钻孔 细 磨 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

30、高度尺寸的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33Onrone Proprietary & Confidential石英玻璃的加工流程石英玻璃的加工流程槽 沉 切 片 研 磨 细 磨 倒 角 清 洗 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 34Onrone Proprietary & Con

31、fidential石英玻璃的加工流程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 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：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； 垂直度 高度尺寸的1%；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 定 位 焊 接 火 焰 抛 光 成品检验半成品检验 火 焰