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高纯石英砂的主要用途
发布时间：2026/4/21 11:01:40 281人看过 字号：大 中 小
近几年，国内外IC 技术发展非常迅速，EMC 生产线从线宽5μm(集成度16K)、3μm(集成度64K)、2μm、1μm 技术一直发展到目前的0.25μm、0.10μm，要求石英砂向高纯度、低结晶度、低放射性含量、球形化方向发展。球形石英砂是利用一定的加工工艺使石英砂的颗粒呈球形。由于球形颗粒的表面积最小，各向同性好，流动性好，与树脂搅拌均匀，树脂添加量小，石英砂的重量填充比可以达到90.5%，因此可以减小塑封材料的热膨胀系数、导热系数，使其最大限度地接近单晶硅的热膨胀系数，从而提高塑封材料的使用性能，降低原材料成本。其次，球形石英砂制备的塑封材料集中应力最小，应力只是角形粉的60%，强度最高，因此利用球形粉制备的封装材料用于电路芯片时，成品率高，运输、安装、使用过程中不易产生机械损伤。第三，球形粉的摩擦系数小，对模具的磨损小，可以延长模具的使用寿命达一倍，降低企业成本，提高经济效益。根据集成电路的集成度确定使用球形石英砂，当集成度达到16M以上时，集成电路基本全部使用球形石英砂;250M时，集成电路的线宽为0.25μm;1G集成度时，线宽0.18μm。目前计算机PIV、PM处理器的CPU 芯片，已经达到250M、1G的水平，正向16G或更高的水平发展。这时使用的石英砂为更高纯度、更低放射性的球形石英砂。
高纯石英砂还是石英玻璃的主要原料。石英玻璃具有一系列优良的物理化学性能，如耐温性高达1100～1200℃，比普通玻璃高800℃;是透明的耐火材料;热膨胀系数小，仅为5.5×10-7/℃，相当于普通玻璃的1/20.理论上可以到零膨胀;具有极佳的透光性能，紫外线、可见光、红外线等都可以良好地透过;具有良好的电绝缘性，20℃时电阻率为1018 Ω/cm，绝缘强度为250kV/cm，真空度可达10～6Pa;化学稳定性好，除氢氟酸外，不溶于其他任何酸。因为有这些优良性能，被称为“玻璃之王”的石英玻璃才被广泛地应用于高新技术领域，如半导体技术、集成电路制造、光纤通讯、激光技术、航天技术以及国防军工部门。在民用领域，石英玻璃被广泛应用于家电、照明光源、紫外线杀菌、红外线加热、光固化、化工合成、钢铁工业连铸技术、玻璃窑炉和玻璃深加工工业、纺织、造纸、食品工业、热工以及电工材料等领域。此外高纯石英砂还可以制备石英坩锅等。
我国高纯石英砂生产研究现状最初高纯石英砂是由一、二级水晶加工而成，随着一、二级水晶资源的逐步枯竭，自上世纪70年代，发达国家开始探索用普通石英代替水晶制备石英砂，到20 世纪90 年代，Kemmochi 和Stato用普通石英加工成了高档石英玻璃使用的石英粉。我国从20世纪80 年代末开始研究石英玻璃的普通石英原料，已经取得一定进展，所研究产品能够达到二、三、四级水晶的水平，但是只适合于中、低档石英玻璃，高纯、低羟基石英原料的技术难关还未攻克，还没有形成具有自主创新、自主知识产权的技术。国外早在20 世纪70 年代就开始研究利用石英砂制备高纯石英砂的技术，目前美国处于领先水平，其特点是工业化产量大、制备专业化、自动化程度高、检测水平高、产品质量稳定。
从天然岩石矿物直接提取超纯石英砂是目前世界上生产超纯石英砂的最先进技术。俄罗斯、日本和德国等基本上可以实现自给自足，除了巴西出口未经加工的水晶原矿外，世界高纯石英砂出口市场基本上被美国尤尼明公司(UNIMIN Corporation)控制。美国尤尼明公司是世界上著名的生产高纯石英砂的企业，是世界上最大的石英原料制造商，其“IOTA”商标被世界石英玻璃制造企业公认为是最为著名的商标，其纯度被当作“国际标准纯度”，世界上其他厂家的产品皆以此标准衡量质量，其部分产品的质量指标如表1 所示。二氧化硅的纯度目前正在由99.9992%向99.9994% 的方向发展。据称，近几年，GE 公司也开始生产化学合成的高纯石英砂。
目前我国石英玻璃采用的中低档高纯石英砂大部分是从水晶中制取的。水晶在我国的储量有限，价格昂贵，质地不均匀，有些矿物杂质和工艺过程中的混杂物质不可能除掉，导致由水晶中生产的超纯石英砂批量小，质量也不稳定。江苏连云港地区目前处于用水晶作原料制取超纯石英砂的国内最高水平,当地的水晶料的致命弱点是软化点低。就水晶矿物的纯度而言,单一的一块、几块、几十块、甚至几十吨，基本上可以达到世界先进水平，但是大量的工业化生产，就很难保证矿物组织的均匀性和内在品质的化学含量的一致性。由于目前我国生产石英玻璃的原料——水晶粉和高纯石英砂的质量较差,大口径石英管、高质量石英棒和石英锭以及光通信使用的石英玻璃仍需要大量进口。由于我国还没有彻底解决从天然岩石矿物提取石英砂的工艺技术问题，还没有突破高纯度提纯技术的瓶颈，所以一方面是高新技术对石英玻璃的需求量越来越大和需求条件越来越高,另一方面则是制造石英玻璃的硅质原料的开采和提纯技术面临着严重短腿的掣肘。
我国高纯石英砂的生产始于上世纪90 年代末，据统计，2000年高纯石英砂的产量为4000t，远不能满足国内需求，约60%需要进口。选用的原料主要为水晶，加工方式主要以球磨、搅拌磨、少量振动磨间歇生产，也有小型气流磨连续生产，以漂洗方式进行提纯，产量较少、品种单一、质量较低为其主要特点。连云港地区分布着数十家石英加工企业，但是绝大部分企业的规模小于1000t/a。近几年，我国加强了该方面的研究，提出了多种制备工艺，如破碎→粉磨→磁选→浮选→酸浸→强磁选→去离子水洗涤→过滤→烘干等，提纯与超细技术发展也很快，已经基本达到规模化生产和连续生产、在线控制的水平。随着江苏东海石英砂生产基地和湖北古蕲州、浙江湖州等地石英砂企业的发展，我国高纯石英砂的产量和质量大幅度提高，据不完全统计，目前我国石英砂的产量已经达到10 万t 以上，质量基本可以满足国内电子和电工级石英砂的要求，每年出口的数量达万吨。目前我国高纯石英砂质量达到的最高水平基本为：SiO2 99.99%，Fe2 O 31.5μg/g，Na1.5μg/g，K1.5μg/g，Li1.5μg/g，Mg0.5μg/g，Ca1.5μg/g，Cu0.5μg/g，Al为50μg/g，P1.5μg/g，B0.1μg/g，Cr0.5μg/g，Ni0.5μg/g，Zr0.5μg/g，所用原料为特别精选的石英砂。
