鎢合金輻射防護窗

鎢合金輻射防護窗隨著科技的發展,輻射技術被廣泛應用於生物學研究、醫學、工業以及農業等領域。輻射指的是由場源發出的電磁能量中,一部分脫離場源(以電磁波或粒子的形式)向遠處傳播,而後再返回場源的現象。根據輻射能量的高低及其對物質的電離能力,可將輻射分為電離輻射或非電離輻射。其中,輻射一般指的是電離輻射。電離輻射主要有α、β及γ輻射三種。α射線又稱為α粒子束,是高速運動的氦原子核。α粒子由2個質子和2個中子組成;β射線是高速運動的電子流,其電離作用弱,但貫穿能力很強; γ射線又稱γ粒子流,是原子核能級躍遷蛻變時釋放出的射線,其波長短於0.01埃。γ射線具有很強的穿透力,工業上可用於工業探傷或流水線的自動控制。

輻射雖然為人們的生活帶來很多便利,但其所產生的輻射危害也需要被重視。如γ射線具有極強的穿透力。當人體受到γ射線照射時,γ射線可以進入到人體內部,與人體內部細胞發生電離作用,侵蝕複雜的有機分子(如蛋白質、核酸和酶),從而干擾人體內的正常化學過程,甚至引起細胞死亡。此外,電離輻射還能改變細胞的化學平衡(包括引起癌變)以及損傷體內細胞中的遺傳物質,導致新生一代出現畸形、先天白血病等症狀。所以在醫院放射科、放射性實驗室、放射性藥物儲藏室等場所可設置鎢合金防護窗以避免輻射洩露對人體造成危害。

鎢合金輻射防護窗採用具備高密度的高比重鎢合金製作而成。據專家研究,金屬材料的輻射遮罩性能會隨著其密度的增大而增強,密度越大則意味著輻射遮罩性能越高。與其它傳統材料(如鉛)相比,鎢合金具備更高的密度,因而其製作的輻射防護窗具備更高的輻射遮罩性能,可以避免輻射洩露造成輻射損傷。

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鎢粉用於鎢靶材的製作

真空濺鍍是由電子在電場的作用下加速飛向基片的過程中與氫原子發生碰撞,電離出大量的氫離子和電子,其中,電子飛向基片,氫離子在電場的作用下加速轟擊靶,所述靶是由靶材和支撐靶材的背板組成,濺射出大量的靶材原子,呈中性的靶材原子(或分子)沉積在基片上成膜,而最終達到對基片表面鍍膜的目的。
 
大型積體電路經常使用鎢靶材進行真空濺鍍,尤其需要使用大尺寸的鎢靶材,目前的半導體領域中,大尺寸的鎢靶材的直徑為300mm-450mm,厚度為6mm-15mm。可是隨著半導體行業的發展,大尺寸的鎢靶材的尺寸並不局限於此。由於鎢金屬屬於難熔金屬,行業內採用粉末冶金的方法實現加工鎢靶材,該粉末冶金工藝是通過制取金屬粉末實施成形和燒結,製成材料或製品的加工方法。在具體的粉末冶金過程中,通過將準備好的粉末裝在特質模具中,然後置於真空熱壓爐中熱壓(Hot Pressing, HP)成型。需要根據靶材的尺寸設計相配套的模具和相配套的真空熱壓爐。然而,對於大尺寸的鎢靶材的加工,受到模具尺寸和熱壓爐使用溫度的限制,採用粉末冶金製作大尺寸鎢靶材難以一次成型,需要將鎢粉末先預製成型,即形成一個大尺寸鎢靶材坯料,然後採用軋製工藝將此大尺寸鎢靶材坯料進行延展(軋製工藝是利用軋機來對鎢靶材坯料進行壓延的,通常分為熱軋和冷軋,在再結晶溫度以上進行的軋製稱為熱軋,低於再結晶溫度的軋製稱為冷軋),以達到尺寸要求,即形成尺寸合格的鎢靶材產品。
 
但是鎢金屬在常溫下硬脆,不易在常溫下進行冷軋,另外,當空氣溫度超過400℃時,鎢金屬的氧化速度非常快,因此鎢靶材坯料的熱軋工藝不能在空氣中實施。有鑒於此,有必要提出一種新的鎢靶材的製作方法,尤其是大尺寸的鎢靶材的製作方法,以克服現有技術的缺陷。
 
一種鎢靶材的製作方法,包括:提供鎢靶材坯料;對所述鎢靶材坯料表面進行機械加工;將所述機械加工後的所述鎢靶材坯料放置入真空包套並抽真空;對真空包套內的鎢靶材坯料進行鍛造;對所述鍛造後的真空包套內的鎢靶材坯料進行壓延;完成所述壓延後,進行冷卻並去除真空包套。採用本發明提供的鎢靶材的製作方法,避免使用模具,避免在空氣中對鎢靶材坯料進行加工延展時出現裂縫和表面易氧化的問題,能夠製作出內部組織結構均勻,晶粒大小符合濺射靶材要求的鎢靶材,而且具有易加工、廢品率低的優點,應用上述方法對大尺寸的鎢靶材的製作更加需要。
 
鎢靶材
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LED鎢銅散熱基板與其他材料基板的對比

在大多數的LED產品中,通常需要將多個LED組裝在電路基板上。電路基板不僅需要承載LED模組結構,還同時起著散熱的作用。LED散熱基板主要由兩大部分組成,其一系統電路板,另一個則是LED晶粒基板。系統電路板大多採用金屬材料,利用金屬材料自身散熱佳的特性,達到散熱的目的。但是隨著LED亮度以及效能要求的不斷提高,散熱的瓶頸就會出現在LED晶粒基板上。為了突破這一散熱的瓶頸,國內外的研究人員通過尋找和研發高散熱係數的基板材料。目前,常見的幾種LED散熱基板包括硬式印刷電路板、高熱導係數鋁基板、陶瓷基板、軟式印刷電路板、金屬複合材料。

鎢銅散熱基板是目前公認性能最為契合的一類材料。其具有高強度、較低的熱膨脹係數、高的散熱係數等優勢。通過組分的調節還能彌補單一金屬與LED晶片的熱失配不足,在一些大型積體電路、大功率器件中,作為散熱元件得到迅速發展。採用電解拋光技術對鎢銅箔片進行表面修整還能有效提高鎢銅LED散熱基板表面平整性以滿足散熱基板對平整性的嚴苛要求。厚膜陶瓷基板採用網印技術生產,藉由刮刀將材料印製於基板上,經過乾燥、燒結、鐳射等工藝製成。但是隨著LED的尺寸及線路越來越小、精度要求越來越高,該類基板的精確度已無法達到。低溫共燒多層陶瓷基板以陶瓷作為基材,將線路利用網印方式印刷於基板上,再整合多層的陶瓷基板,最後通過低溫燒結而成。其存在的主要問題在於多層陶瓷疊壓燒結後,還需要考慮到收縮比的問題,相對難以控制。另一種薄膜陶瓷基板適用于高功率、小尺寸、高亮度的LED,以及要求對位精確性高的共晶/覆晶封裝制程。

鎢銅散熱基板

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國外高純鎢粉和鎢材製備

隨著工業技術和科學技術的發展,許多行業對鎢粉的純度要求越來越高,如高純鎢或超純鎢(5N或6N)具有對電子遷移的高電阻、高溫穩定性以及能形成穩定的矽化物,在電子工業中以薄膜形式用作柵極、連接和障礙金屬。
 
製備流程
 
日本山口悟等人報導,東芝公司鎢精煉廠橫濱金屬和化合物分廠在1990年前後,為了提高產品品質,試圖降低金屬鎢和鉬中的雜質含量。特別是對用作半導體的配線用材,要求將鎢粉和鉬粉的純度從通常的3N提高到5N以上。該廠採用了用酸分解通常的鎢粉和鉬粉,然後通過離子交換法精製,得到高純度的氧化物。將高純氧化物進氫還原,即可得到超高純度的鎢粉和鉬粉。其生產流程如附圖所示,超高純鎢粉和鉬粉的化學成分與普通鎢粉和鉬粉的比較見表1。
 
文獻著者未對酸分解和離子交換的情況作具體介紹。估計他們在酸分解鎢粉和鉬粉時,採用了雙氧水、HNO3+HF或HF+H2SO4+HNO3之類能溶解鎢粉和鉬粉的酸類,使鎢和鉬以陰離子形態進入溶液中,然後再用陰離子交換樹脂進行淨化。
 
從1988年以來,用作濺射靶材的鎢純度在不斷提高。用物理氣相沉積法(PVD)生產的鎢薄膜和濺射靶材,純度為6N,已用於工業生產。
 
為製備高純和超純鎢,最好選用含U和Th低的仲鎢酸銨作原料。因為在所有的雜質元素中,要求U和Th的含量應特別低。這些天然放射性元素因具有a射線,在記憶回路中可引起“軟誤差”。
 
含U和Th低的仲鎢酸銨,可通過多次再結晶的辦法除去其他雜質,得到超純仲鎢酸銨。後者經煆燒得到WO3,經氫還原得到超高純度的鎢粉。文獻給出了超純W和WSix粉末的分析資料(見表2)。這種W粉可用來生產W、WSix或TiW的濺射靶材。
 
通過壓形、燒結和電子束懸浮區域熔煉,可以進一步將U和Th以外的雜質含量進一步降低。
 
顯然,在高純的生產過程中,廠房內應保持高度清潔,以減少產品中的雜質。
 
W-Mo粉末組分
 
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LED鎢銅散熱基板

隨著全球重視環保意識的提升,節能省電已經是當下不可阻擋的趨勢。而LED產業就是其中發展最為迅速的行業之一,LED產品不但在節能省電方面有極大的優勢,而且其效率高、反應時間快,使用週期長,不含有毒物質等優勢也是同類產品裏較為突出的。一般來說LED高功率產品的輸入功率大約有15%的電能轉化為光能,另外85%的電能則轉化為熱能消散。這樣一來,若LED發光時所產生的熱能無法及時導出,就會使得LED介面的溫度過高,從而影響其發光效率、穩定性以及產品生命週期。因此,要提升LED的發光效率,對於LED系統的熱散管理和設計就是一個重要的研究課題。散熱的主要途徑分為:空氣散熱、基板導出散熱、金線導出散熱、通孔散熱等等。這裏我們主要介紹基板散熱。在LED產品中通常需要將多個LED組裝在一電路基板上。電路基板除了負責承載LED模組結構,另一方面還需要扮演散熱的角色。

LED散熱基板主要是利用其散熱基板材料本身所具有的優良的傳導性將熱源從LED晶粒導出。因而從LED散熱途徑可將LED散熱基板細分為兩大類,即LED晶粒基板與系統電路板,此兩種不同的散熱基板分別乘載著LED晶粒與LED晶片將LED晶粒發光時所產生的熱能,經由 LED晶粒散熱基板至系統電路板,而後由大氣環境吸收,以達到熱散之效果。而從材料劃分,LED散熱基板的種類包括硬式印刷電路板、高熱導係數鋁基板、陶瓷基板、軟式印刷電路板、金屬複合材料。鎢銅材料具有高強度、低熱膨脹係數以及優良的可塑性和導電導熱性,是LED散熱基板一個極佳的選擇。相比于單一金屬,如鋁基板容易與LED晶片發生熱失配的情況,鎢銅材料具有更好的穩定性以及更好的散熱效果。

鎢銅散熱基板

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