关键词：可瓷化高分子复合防火材料；硅橡胶；硅酸盐矿物
中图分类号：TB33文献标识码：A文章编号：1671-2064（2017）04-0180-01
当前我们所使用的电线电缆多以氧化镁矿物绝缘防火电缆及云母带绕包的耐火电缆为主，但这二种电缆都存在着成本较高的问题，而且遇水导电，无法起到有效的防火作用，在火灾发生过程中也无法有效的保证通电安全。这就使许多人专家学者开始深入的研究更为适宜的绝缘耐火材料。可瓷化高分子复合防火材料是一种较为优异的电线电缆材料，在高温着火后，经过瓷化的表面会转变为坚硬的陶瓷防护层，能够有效的抵御明火的烧蚀，而且具有较好的机械强度，即使水浇在上面也会不发生破裂，而且这种新型防火材料已在电线电缆中进行应用，并取得了较好的应用效果。
1可瓷化高分子复合防火材料的特性及防火机理
可瓷化高分子复合防火材料主要是在含硅高分子基体中将粘土类矿物粉末填料加入其中，同时还会加入结构控制剂和其他助剂。这其中含硅高分子主要以含有元素硅的有机聚合物为主，如硅橡胶。在有机硅高分子结构中，不仅含有有机基团，同时还含有无机结构，其将有机物与无机物集于一身，因此有机硅具有非常好的热稳定性，能够在高温领域中进行广泛应用。同时含硅高分子在常温下具有无毒无味的特点，能够耐高温、耐严寒、耐臭氧、难燃、憎水，即使在燃烧状态下含硅高分子材料也不会产生有毒气体，将其用于电线电缆绝缘材料及绕包材料十分适宜，具有安全、可靠的特性。
当前普通的电线电缆绝缘层材料多以易燃的高分子材料为主，一旦发生火灾，电线电缆绝缘层在火焰烧蚀后会产生熔融滴落，从而使铜导线在外，发生短路。但可瓷化高分子复合防火材料中是以有机硅作为基体，以粘土类矿物为填料，在高温和火焰烧蚀下呈现出较强的抗高温氧化性能，而且粘土矿物与有机硅分子结合后会在烧蚀过程中会形成较硬的陶瓷状块体，具有较强的耐高温性能，而且在火灾现场高温水浇过程中也不会发生破裂，能够对铜导线进行有效的保护。
在高温烧蚀下，可瓷化高分子复合防火材料能够与粘土粉末填料分解产物发生反应，形成部分液相和新的同相。而且在烧蚀温度不断升高及烧蚀时间延长的情况下，液相会向陶瓷网络结构中进行渗入，待冷却同化后，能够进一步强化陶瓷结构。而且在烧蚀后残留的陶瓷保护层还能够对物质对流起到阻碍作用，并防止热量的有效传输，对材料内部物质的挥发损耗具有较好的抑制作用，能够对外界热量向材料内部扩散产生有效的阻隔，从而具备非常好的防火性能。
2可瓷化高分子复合防火材料的研究进展
2.1有机硅基体
可瓷化高分子复合防火材料的基体采用的是含硅的高分子材料，即有机硅。将有机硅转换为陶瓷的技术已较成熟，为可瓷化高分子复合防火材料的制备提供了实验依据。有机硅分为硅油、硅树脂和硅橡胶3大类。硅油在室温下为液体，没有足够的强度，起到联结无机填料的作用，适合作基体材料。硅树脂是具有高度交联网状结构的聚有机硅氧烷，虽然它具有优异的热氧化稳定性，但却是一种热固性的塑料，成型后不具有柔韧性，不可随意弯折，不是制造电缆的理想材料。因此作为可瓷化高分子复合防火电缆材料的基体，应用得最为广泛的是硅橡胶。硅橡胶是唯一一类主链上不含碳原子的大分子弹性体，具有其他橡胶所不具备的独特性能，具有优良的耐高温与耐寒性，良好的耐老化性、电气绝缘性和化学稳定性，突出的表面活性和生理惰性等。同时硅橡胶还具有燃烧时少烟无毒、燃烧热值低、火焰传播速度慢等特点。
以硅橡胶为基体的各种材料具有优良的阻燃防火性能。因此以硅橡胶作为可瓷化高分子复合防火材料的基体是行之有效的。其他类型的高分子材料通过与阻燃剂复合虽然也可制备出阻燃性能相当优良的阻燃材料，但是这类材料在明火的烧蚀下容易分解挥发，不能保持原有形状，难以起到真正的防火作用。
2.2粘上矿物粉末填料
由于粘土矿物中主要以含水硅酸盐矿物为主，其具有较高的耐火度，在耐火材料制备中应用十分广泛。在可瓷论高分子复合防火材料中，以粘土矿物粉末作为填料，充当硅橡胶补强剂的作用，而且在阻燃方面也优于其他无机填料。当前层状硅酸盐矿物种类较多，将其粉末作为可瓷化高分子复合防火材料的填料，使其c低溶点的氧化物有效的进行配合使用，从而保持复合材料的高温性能，并获得较好好的中温性能，即使在低温下也能够形成坚硬的陶瓷保护层，使材料使用过程中温度范围得以扩大。
3结语
可瓷化高分子复合材料是当前一种较为新型的防火材料，不仅制备工艺简单，而且原料丰富，而且在不断研究过程中，可瓷化高分子复合防火材料的性能进一步提升。随着研究的不断深入，可瓷化高分子复合防火材料必将实现低成本工业化生产，从而使其应用更为普及，这对消防防火安全具有非常积极的意义。
参考文献
[1]王锦贵，王希光，郭祥旭.浅谈几种常用的防火材料[J].技术与市场，2010-05-15.
关键词：电子材料产业；发展特点；发展问题；发展建议
电子材料产业是电子工业发展中的主要动力，发展至今已近成为我国经济发展支柱性产业，但与国外发达国家相比，我国电子材料产业发展还较为落后，在发展过程中也出现了很多问，所以深入了解和分析我国电子材料产业发展是必要的。
1我国电子材料产业发展特点
1.1垄断性特征突出
电子材料产业作为我国经济体系中的重要组成部分，影响整个社会经济发展，但我国电子材料产业呈现出寡头垄断现状，如我国高端电子材料市场都被陶氏集团、杜邦集团、Merck、信越化学企业、三菱化学其偶也等国际巨头电子材料生产企业垄断，而我国封装和基板等材料，只占据少量的低端市场。
1.2上下游企业紧密联合
电子材料企业除了要生产电子产品所需材料，还要与下游企业共同进行电子产品研发，以形成企业链。电子材料企业在电子产品企业链中处于前端，其电子材料的工艺和质量直接关系到电子产品零部件功能及形状的构成，所以电子材料企业必须与下游企业紧密联合。
1.3技术品种趋向复杂化
随着科学技术的不断发展，信息技术、网络技术和计算机技术等被广泛应用于各大行业，增加了电子材料的需求量，同时有对电子材料的品种、质量及功能提出了新要求，使电子材料越来越趋向于技术化，且技术的种类越来越复杂化。技术品种的复杂化主要体现为：品种多样化、生产工艺复杂化、个性强化等，相应的配方及加工技术等也趋向于复杂化[1]。
1.4趋向于本土化生产
在竞争过程中，很多电子材料企业占据市场竞争地位，将国产电子材料产品价格较低，以实现利润的获取。但因电子材料产品纯度、洁净度要求高且产品危险系数高，导致难以安全运输到其他较远的地方，最后选择本地销售和购买，形成了本地化生产。
2我国电子材料产业发展过程中存在的问题
2.1我国子材料产业对外的依存度过高
我国虽然是电子产品消费和制造大国，但不可否认的是我国电子产品技术多源于外国发达国家，很多高端电子技术都被西方发达国家所垄断，这对于中国电子材料产业的健康持久性发展是非常不利的。
例如，日本、美国和韩国一直垄断光刻胶生产技术、超净高纯试剂生产技术、电子特种气体生产技术、硅晶圆材料生产技术等，我国很多电子企业为生产出高质量和强性能的电子产品等，都不得不向日美韩购买，在很大程度上制约了我国电子材料产业发展。
2.2电子材料产品层次较低
很多高端的电子材料产品都生产于国际大型电子材料企业，并且中国还没有在这些企业中占据竞争地位，导致我国电子材料企业只能占据低端电子材料生产市场，所生产出的电子材料产品相对而言其哟谓系汀
2.3电子材料企业规模偏小
我国电子材料企业因受到技术上、经济上和人才上的限制，致使电子材料企业发展规模难以扩大，形成电子材料企业普遍规模偏小的发展格局，并且电子材料企业与下游企业的联结还不够紧密，导致有支撑能力和引导能力的企业难以起到带头的作用，导致其规模难以扩大。
2.4高层次电子材料研发人才匮乏
电子材料研发过程中不但涉及到物理学知识，还涉及到化学知识、材料科学及电气工程学知识等，并且不同知识学科之间的专业宽度大，同时还要求有很高的理论知识水平和技术水平，所以很多相关专业人才所设计出来的电子材料，适应不了技术要求高的电子材料产业发展要求[2]。
2.5电子材料产业融资压力较大
很多电子材料产业都中小型企业或民营企业，所占据的国家经济政策支持优势小；因与下游企业紧密联合度不够，导致不能及时得到下游企业的经济支持；电子材料生产成本高，且风险大，导致获取的回报难以满足电子材料融资要求。
3针对我国电子材料产业发展问题提出的几点建议
3.1相关政府部门应出台专项政策
第一，相关政府部门要根据电子材料产业发展需求，出台促进产业发展的专项政策，如电子材料产业的发展路线图等；第二，为电子材料产业提供经济支持，以营造出良好的外部环境。
3.2加大对龙头企业的扶持力度
相关政府部门及企业都应加大对龙头企业的扶持力度，促使龙头企业在电子市中凸显优势，引导其他中小型电子材料企业向好的方向发展，并带领他们研新的电子材料生产技术和掌握核心技术，为中国电子材料产业争取更大的市场竞争优势。
3.3提高电子材料产业的国际化发展水平
第一，提高对国内电子材料企业并购国外电子材料企业以及电子技术研发机构的支持；第二，积极参与国际技术联盟，并积极扩展国际市场和申请国外专利，以实现国际化经营；第三，充分利用国际的创新资源，并对相关人才进行国际化培训，在必要的情况下还要积极引进优秀的国外人才，以吸取更先进的技术及管理经验。
3.4加强电子技术人才培养
第一，提高对专业技术、经营管理和技能等人才的培养力度，并完善相应的研发人才培养体系、设计人才培养体系、转化人才培养体系、生产人才培养体系和管理人才培养体系；第二，鼓励并促进校企合作，以培养出应用性高、综合性高和实践性高的技能型人才、综合人才和应用型人才；第三，建立人才评价机制和信息交流平台，以促进我国电子发材料研发人才与国际领先电子材料研究机构的交流[3]。
3.5拓宽电子材料企业的融资渠道
第一，加强电子材料企业与政府、科研院所及金融机构的合作与交流；第二，国家相关政府部门应针对电子材料企业，建立健全相应的风险投资政策及经济扶持政策，并支持民间资本投资；第三，建立基金，以支持电子材料企业进行创新和成长；第四，鼓励有条件的电子材料企业发行债券和上市融资。
结语
综上所述，我国电子材料产业发展发展过程还存在对外依存度过高、产品层次较低、企业规模偏小、技术人才匮乏和融资压力较大等问题，所以在电子材料产业发展过程中要出台专项政策、加大对龙头企业的扶持力度、提高国际化发展水平、加强电子技术人才培养和拓宽电子材料企业的融资渠道。
参考文献：
[1]张镇，宋涛，王本力.我国电子材料产业发展研究[J].新材料产业，2016，05：2-10.
关键词：放电等离子烧结快速成型技术研究进展
中图分类号：TF124文献标识码：A文章编号：1674-098X（2016）11（a）-0036-02
随着科学研究和工业技术的不断发展进步，航空航天、汽车制造、精密器械等领域对材料性能及加工工艺的要求越来越高。放电等离子烧结具有快速、低温、高度致密化的优点，是一种无切屑、少废料近净成形材料成型工艺，广泛应用于强度高、密度大、质量轻合金材料、陶瓷复合材料等特种材料的制备，是当前关注度最高、研究最热的特种成型工艺之一。国内外高校企业和专家学者通过实验测试和数值模拟等多种方法手段进行了大量研究，推动了此种成型工艺日趋成熟，广泛应用。
1放电等离子烧结机理
放电等离子烧结是一种新兴的压力辅助烧结技术，融合了单轴热压烧结和等离子活化两种技术，具体工艺过程为：在真空环境下，将成型材料粉末（金属、非金属或复合材料均可）密封于导电模具（一般为石墨模具）中，通过模具两端的电极和冲头将脉冲电流施加于模具中需要烧结的成型粉末上，烧结过程同时，对工件施加单轴压力，从而使成型粉末迅速烧结成高性能的材料或零件。放电等离子烧结还可以通过调节烧结温度、轴向压力，调整模具配置，控制烧结材料的晶粒大小和微观结构，是一项非常有发展前景的高新技术。
放电等离子烧结过程包括：轻压跟踪-放电活化阶段，粉末受到压力紧密堆积，施加在工件两端的高强度脉冲电压击穿粉末的氧化膜，产生轻微放电；重压成形-热塑变形阶段，由于粉末放电活化作用，在相对较低的压力和温度下粉末即可极大地提高致密性[1]。放电等离子烧结在利用焦耳热烧结成型的基础上，通过辅助电流激活粉末的活化作用，使粉末颗粒持续保持热塑状态，低压、低温下即可形成高致密化纳米晶体材料，在制造难以熔融在一起或者是熔点较高的复合材料方面具有明显优势。
2放电等离子烧结的究现状
早在20世纪30年代，美国科学家便开始探索利用脉冲电流进行材料烧结，但直到1965年，这项技术才真正应用于实际。放电等离子烧结以其独特的加工优势，吸引了国内外科研人员对其进行了大量研究，其中美、日、韩等国在烧结工艺和烧结材料上做了大量系统研究，技术水平一直处于前列；我国对放电等离子烧结技术的研究起步较晚，但发展迅速，国内高校和科研院所等在放电等离子烧结理论和应用工艺等方面做了深入研究。
2.1实验研究方面
放电等离子烧结实验研究大多围绕材料制备和不同参数对烧结工艺影响两个方面。
对硬质合金的放电等离子烧结研究发现，放电等离子烧结不但可在外界环境要求不高的条件下制备难容合金材料，还能极大提高烧结合金材料的力学性能；采用放电等离子烧结进行钛镍记忆合金加工制备时，可在较短时间内实现钛镍合金致密化[1]，有效解决了熔炼生产无法得到组分均匀和形状复杂的合金这一难题。
放电等离子烧结工艺还常用于制备陶瓷复合材料、电磁材料等功能性材料。研究发现，放电等离子烧结过程中，通过电流激发作用能够有效降低超高温陶瓷材料的烧结温度，控制晶粒的尺寸，使材料快速致密化，以提高陶瓷材料的烧结性能和力学性能；实验表明，应用放电等离子烧结制备磁体，通过脉冲电流的激发作用能够促进磁体的相变，提高磁体的致密性，减少杂质的产生，改善电磁材料性能[2]；应用放电等离子烧结技术对纯碳化硅粉末进行烧结，可成功制备相对密度为98%，晶粒尺寸小于100nm的多晶碳化硅块体。
国内外专家学者还对放电等离子烧结的重要参数如烧结温度、压力、电流强度对成型粉末熔合过程的影响进行了深入研究。研究发现，最佳的烧结温度不应超过粉末颗粒完全熔化的温度。以铝粉放电等离子烧结为例，随着烧结温度的提高，烧结工件的密度、硬度也会随之增强，但过高的温度会使粉末颗粒表面会产生强烈的塑性变形、机械旋转和原子扩散现象，反而使材料性能变差。此外，烧结温度的控制还与粉末颗粒尺寸密切相关。
在烧结升温过程中，烧结颈的增长状况直接影响试件的致密化程度，对于可导电的纳米颗粒，烧结过程的高温会使颗粒局部蒸发、表面氧化膜去除，从而使电流传导更加畅通，确保烧结颈尺寸均匀增长。此外，烧结颈还与材料收缩率变化、颗粒晶向、颗粒结构相关。
2.2模拟研究方面
由于放电等离子烧结工艺中的粉末尺度非常小，受放电等离子烧结粉末成型环境的限制，一般方法很难对烧结过程、成型机理、影响因素进行准确的分析，获取烧结过程中的实时参数和检测也十分困难，因此模拟研究成为放电等离子成型技术不可或缺的研究手段之一。
应用ABAQUS或MATLAB等有限元模拟软件对放电等离子烧结过程进行模拟，可获得粉末、模具、冲头间的温度场分度、热场分布和电场分布，研究发现粉末与模具壁之间的存在着温度梯度和较大压力梯度，模具表面温度和试样温度存在近似线性的关系，导热率低的粉末会形成较大的温度梯度等等。科研人员还通过有限元计算模拟出放电等离子烧结系统的电流密度和温度分布变化，从而提出一种准确捕获温度曲线的参考原则。
有限元法能够模拟出放电等离子烧结过程粉末成型的宏观变化，但从原子尺度解释烧结机制还有一定局限性。因此有学者应用分子动力学模拟将模拟尺度缩小到了原子尺度，在原子尺度下研究各种材料微观特性，实现烧结过程的可视化，准确捕获试验研究无法测量的物理量，具有重要的指导意义。
分子动力学模拟为纳米颗粒的研究提供了一个良好的平台，取得了大量的研究成果，如镍纳米颗粒、铜纳米颗粒、氧化钛纳米颗粒等的烧结，可通过观察两颗粒间烧结颈与收缩率的变化来分析烧结过程。研究发现，由于颗粒间晶向异性，在烧结初期晶向会发生变化，形成不同类型的烧结颈[3]，而颗粒间的表面扩散、粘性流动、塑性变形和表面张力也会对烧结过程产生影响。
3结语
科研人员围绕着放电等离子烧结进行了大量的实验、模拟研究。通过实验研究能够制备出新型特种材料，但无法详细解释材料性能变化的机理；模拟研究虽能够从微观角度揭示烧结模具内各种场的分布，解释简单的烧结机制，但无法与实验M一步融合。随着研究的细化与深入，放电等离子烧结的烧结机制将逐渐被人们揭开神秘的面纱。对于加工难以熔合在一起的合金或高熔点材料，放电等离子烧结表现出明显优势，在金属混合物、多孔材料的制备和不同材料组成的层状复合材料的生产等领域也将有突破性进展。
参考文献
[1]王海兵，刘咏，羊建高，等.电火花烧结的发展趋势[J].粉末冶金材料科学与工程，2005，10（3）：138-143.
[2]张小明.TiNi形状记忆合金的电火花烧结[J].钛工业进展2000（3）：8.
[3]张同亮，刘丹敏，饶光辉，等.SPS制备Mn1.2Fe0.8P0.76
关键词：纳米材料；纳米技术；特征；方式
目前，随着生物技术、信息技术以及能源技术等的迅猛发展，社会各个领域对材料的要求越来越高，所以，利用先进的科学技术，开发和利用新型材料，成为提高科技水平的必要途径。
1.纳米材料的特征
1.1纳米材料具有表面效应
纳米微粒的尺寸较小，表面积较大，而且原子在表面上占有很大的比例，而随着粒径的减少，表面积迅速增大，从而使得表面的原子数急剧增加。所以，纳米材料性质的变化，是与纳米粒子的表面原子数、总原子数以及粒径的变化有关的。
1.2纳米材料具有体积效应
纳米粒子的体积效应是指当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或者较短时，周期性的边界条件遭到破坏，内压、磁性、光吸收、热阻、化学活性、熔点以及催化性等特性与宏观颗粒的相比发生了变化，同时，纳米材料的体积效应拓宽了纳米粒子的应用范围。
1.3纳米材料具有小尺寸效应
当超细微粒的尺寸与德布罗意、光波波长以及超导态的相干长度或者投射深度等物理特性尺寸相当或者更小时，晶体周期性的边界条件被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子的密度减小，导致光、声、电磁和热力学等特征都随着尺寸的缩小而发生明显的变化。
1.4纳米材料具有量子尺寸效应
纳米材料的量子尺寸效应是指当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子纳米面附近电子能级由准连续变为离散能级，而且，纳米半导体微粒存在着不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，从而出现能隙变宽的现象。比如，超导相向正常相转变、光吸收增加、金属熔点降低等。
2.纳米技术的具体应用方式
2.1纳米技术应用于陶瓷领域
作为三大支柱材料之一，陶瓷材料在日常生活和工业生产中占有重要的地位，但是，传统的陶瓷材料具有质地脆、韧性差、强度低的缺点，应用范围有限，而随着纳米技术的开发和应用，纳米陶瓷成为弥补陶瓷材料缺陷的重要资源。尽管在技术方面纳米陶瓷还存在着诸多的不足，但是其具有室温性能优良、抗弯强度较大、高温力学性能较好等优点，并且已经广泛应用于轴承、切削刀具、和汽车发动机部件等方面，另外，由于纳米陶瓷材料能够适应强腐蚀、超高温等苛刻的环境，所以具有非常广阔的发展空间。
2.2纳米技术应用于微电子学
作为纳米技术的重要组成部分，纳米电子学是根据纳米粒子的量子效应来设计、制备纳米量子器件的一种技术，其最终目标是进一步减小集成电路，研制出由单原子或者单分子构成的、能够使用于不同室温的各种器件。目前，通过纳米电子学已经成功研制出各种纳米器件。红、绿、蓝三基色可调谐的纳米发光二极管、单电子晶体管以及超微磁场探测器等已经问世，而且，随着碳纳米管的研制成功，纳米电子学的发展速度不断提高，因而，立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念构造电子系统，开发物质潜在储存和处理信息能力的纳米电子学，可以实现信息采集和处理能力的革命性突破，成为信息时代的发展核心。
2.3纳米技术应用于生物工程
分子可以保持物质化学性质不变，所以，作为一种很好的信息处理材料，每一个生物分子本身就是一个微型的处理器，在运动过程中，可以预测方式，进行状态变化，其原理与计算机的逻辑开关相似，因而，可以利用生物分子的特性和纳米技术，设计量子计算机。目前，虽然分子计算机仅仅处于理想阶段，但是，科学家已经考虑利用几种生物分子制造计算机的组件。比如紫红质细菌，它不仅具有很好的稳定性和特异的光、热、化学物理特性，而且其奇特的光学循环可以用于储存信息，来代替计算机信息处理和信息存储的作用。尽管，在未找到具有开关功能的微型器件的情况下，目前尚未出现商品化的分子计算机，但是，纳米计算机的出现，将会突破传统极限，极大地提高单位体积物质的储存和信息处理的能力，促进电子学的发展。
2.4纳米技术应用于光电领域
纳米技术的快速发展，加强了微电子与光电子之间的联系，在光电信息传输、处理、显示、运算和存储等方面，光电器件的性能不断提高。把纳米技术用在现有雷达的信息处理上，可以使其能力提高10倍到几百倍，甚至可以利用纳米技术进行高精度的对地侦察，但是，想要获取高分辨率的图像，则需要依靠先进的数字信息处理技术。因此，在光电领域合理应用纳米技术，成为科学技术发展的重要动力。
2.5纳米技术应用于医学
在纳米技术不断发展的过程中，医学上逐渐引入纳米技术。研究人员发现，生物体内线度在15～20nm的RNA蛋白复合体和多种病毒也是纳米粒子，这些纳米粒子比红血球小，可以在血管中自由流动，因而，假如将超微粒子注入到血夜里，可以通过血管输送到人体各个部位。另外，利用纳米w粒作为载体的病毒诱导物方式已经应用于临床动物实验之中，并且将服务于人类。此外，科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，检测、诊断身体各个部位，并且实施特殊治疗，来清除心脏动脉脂肪沉积物、疏通脑血管中的血栓甚至吞噬病毒、杀死癌细胞，所以，在不久的将来，高血压、艾滋病和癌症等疑难杂症可能会通过纳米技术得以解决。
2.6纳米技术应用于其它方面
在沟通交流方面，利用纳米技术制成含有纳米电脑的可人一机对话并且具有自我复制能力的纳米装置；利用纳米羟基磷酸钙为原料，制作人的牙齿、关节等仿生纳米材料；在军事方面，通过昆虫作平台，把分子机器人植入昆虫的神经系统，来控制昆虫的飞向，收集敌方情报，可以起到很大的干扰功能。
关键词：半导体，超晶格，集成电路，电子器件
1.半导体材料的概念与特性
当今，以半导体材料为芯片的各种产品普遍进入人们的生活，如电视机，电子计算机，电子表，半导体收音机等都已经成为我们日常所不可缺少的家用电器。半导体材料为什么在今天拥有如此巨大的作用，这需要我们从了解半导体材料的概念和特性开始。
半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质，在某些情形下具有导体的性质。半导体材料广泛的应用源于它们独特的性质。首先，一般的半导体材料的电导率随温度的升高迅速增大，各种热敏电阻的开发就是利用了这个特性；其次，杂质参入对半导体的性质起着决定性的作用，它们可使半导体的特性多样化，使得PN结形成，进而制作出各种二极管和三极管；再次，半导体的电学性质会因光照引起变化，光敏电阻随之诞生；一些半导体具有较强的温差效应，可以利用它制作半导体制冷器等；半导体基片可以实现元器件集中制作在一个芯片上，于是产生了各种规模的集成电路。这种种特性使得半导体获得各种各样的用途，在科技的发展和人们的生活中都起到十分重要的作用。
2.半导体材料的发展历程
半导体材料从发现到发展，从使用到创新，也拥有着一段长久的历史。在20世纪初期，就曾出现过点接触矿石检波器。1930年，氧化亚铜整流器制造成功并得到广泛应用，使半导体材料开始受到重视。1947年锗点接触三极管制成，成为半导体的研究得到重大突破。50年代末，薄膜生长技术的开发和集成电路的发明，使得微电子技术得到进一步发展。60年代，砷化镓材料制成半导体激光器，固溶体半导体材料在红外线方面的研究发展，半导体材料的应用得到扩展。1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研究成功，使得半导体器件的设计与制造从杂志工程”发展到能带工程”，将半导体材料的研究和应用推向了一个新的领域。90年代以来随着移动通信技术的飞速发展，砷化镓和磷化铟等半导体材料得成为焦点，用于制作高速、高频、大功率及发光电子器件等；近些年，新型半导体材料的研究得到突破，以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出其超强优越性，被称为IT产业新的发动机。
3.各类半导体材料的介绍与应用
半导体材料多种多样，要对其进一步的学习，我们需要从不同的类别来认识和探究。通常半导体材料分为：元素半导体、化合物半导体、固溶体半导体、非晶半导体、有机半导体、超晶格半导体材料。不同的半导体材料拥有着独自的特点，在它们适用的领域都起到重要的作用。
3.1元素半导体材料
元素半导体材料是指由单一元素构成的具有半导体性质的材料，分布于元素周期表三至五族元素之中，以硅和锗为典型。硅在在地壳中的含量较为丰富，约占25%，仅次于氧气。硅在当前的应用相当广泛，它不仅是半导体集成电路、半导体器件和硅太阳能电池的基础材料，而且用半导体制作的电子器件和产品已经大范围的进入到人们的生活，人们的家用电器中所用到的电子器件80%以上元件都离不开硅材料。锗是稀有元素，地壳中的含量较少，由于锗的特有性质，使得它的应用主要集中于制作各种二极管，三极管等。而以锗制作的其他器件如探测器，也具备着许多的优点，广泛的应用于多个领域。
3.2化合物半导体材料
通常所说的化合物半导体多指晶态无机化合物半导体，即是指由两种或两种以上元素确定的原子配比形成的化合物，并具有确定的禁带宽度和能带结构的半导体性质。化合物半导体材料种类繁多，按元素在元素周期表族来分类，分为三五族（如砷化镓、磷化铟等），二六族（如硒化锌），四四族（如碳化硅）等。如今化合物半导体材料已经在太阳能电池、光电器件、超高速器件、微波等领域占据重要的位置，且不同种类具有不同的性质，也得到不同的应用。。
3.3固溶体半导体材料
固溶体半导体材料是某些元素半导体或者化合物半导体相互溶解而形成的一种具有半导体性质的固态溶液材料，又称为混晶体半导体或者合金半导体。随着每种成分在固溶体中所占百分比（X值）在一定范围内连续地改变，固溶体半导体材料的各种性质（尤其是禁带宽度）将会连续地改变，但这种变化不会引起原来半导体材料的晶格发生变化.利用固溶体半导体这种特性可以得到多种性能的材料。
3.4非晶半导体材料
非晶半导体材料是具有半导体特性的非晶体组成的材料，如α-硅、α-锗、α-砷化镓、α-硫化砷、α-硒等。。这类材料，原子排列短程有序，长程无序，又称无定形半导体，部分称作玻璃半导体。非晶半导体按键合力的性质分为共价键非晶半导体和离子键非晶半导体两类，可用液相快冷方法和真空蒸发或溅射的方法制备。在工业上，非晶半导体材料主要用于制备像传感器、太阳能电池薄膜晶体管等非晶半导体器件。
3.5有机半导体材料
有机半导体是导电能力介于金属和绝缘体之间，具有热激活电导率且电导率在10-10～100S·cm的负一次方范围内的有机物，如萘蒽、聚丙烯和聚二乙烯苯以及碱金属和蒽的络合物等.其中聚丙烯腈等有机高分子半导体又称塑料半导体。有机半导体可分为有机物、聚合物和给体-受体络合物三类。相比于硅电子产品，有机半导体芯片等产品的生产能力较差，但是拥有加工处理更方便、结实耐用、成本低廉的独特优点。目前，有机半导体材料及器件已广泛应用于手机，笔记本电脑，数码相机，有机太阳能电池等方面。
3.6超晶格微结构半导体材料
超晶格微结构半导体材料是指按所需特性设计的能带结构，用分子束外延或金属有机化学气相沉积等超薄层生产技术制造出来的具有各种特异性能的超薄膜多层结构材料。由于载流子在超晶格微结构半导体中的特殊运动，使得其出现许多新的物理特性并以此开发了新一代半导体技术。。当前，对超晶格微结构半导体材料的研究和应用依然在研究之中，它的发展将不断推动许多领域的提高和进步。
4.半导体材料的发展方向
随着信息技术的快速发展和各种电子器件、产品等要求不断的提高，半导体材料在未来的发展中依然起着重要的作用。在经过以Si、GaAs为代表的第一代、第二代半导体材料发展历程后，第三代半导体材料的成为了当前的研究热点。我们应当在兼顾第一代和第二代半导体发展的同时，加速发展第三代半导体材料。目前的半导体材料整体朝着高完整性、高均匀性、大尺寸、薄膜化、集成化、多功能化方向迈进。随着微电子时代向光电子时代逐渐过渡，我们需要进一步提高半导体技术和产业的研究，开创出半导体材料的新领域。相信不久的将来，通过各种半导体材料的不断探究和应用，我们的科技、产品、生活等方面定能得到巨大的提高和发展！
参考文献
[1]沈能珏,孙同年,余声明,张臣.现代电子材料技术.信息装备的基石[M].北京：国防工业出版社,2002.
[2]靳晓宇.半导体材料的应用与发展研究[J].大众商务,2009,(102).
[3]彭杰.浅析几种半导体材料的应用与发展[J].硅谷,2008,(10).
[4]半导体技术天地.http://www.2ic.cn/html/bbs.html.
中图分类号:G64文献标识码:A
DiscussionaboutthecoursesinElectronicMaterialsSpecialty
ZHOUTingdong,SONGTianxiu
(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,XihuaUniversity,Chengdu,Sichuan610039)
AbstractTheelectronicmaterialasamaterialprofessionalmajorsrisingstar,hasreceivedwidespreadattention,whilethetrainingclassofelectronicmaterialsisalsoproposednewrequirements.Inthispaper,thedirectionofourhospitalteachingprofessionalelectronicmaterialsandcurriculumwerediscussedtoourhospitalforfurtherprofessionaldevelopmentmaterialsforreference.
Keywordscurriculum;laboratoryconstruction;electronicmaterialsspecialty
1电子材料及元器件专业方向开设的重要性
首先，要认清科技发展的形势，转变思想观念，提高对电子材料专业的认识。人类正进入信息社会，国际公认的新科技革命的三大支柱是材料、能源和信息技术。材料发展到今天，电子材料处于材料科学与工程的最前沿，是当前材料科学的一个重要方面。电子材料品种多、用途广、涉及面宽，是制作电子元器件和集成电路的基础，是获得高性能、高可靠性的先进电子元器件和系统的保证。电子材料的优劣直接影响电子产品的质量，与电子工业的经济效益有密切关系。
我院材料专业的设置是以传统结构材料为主。电子材料研究历史短，力量薄弱，课程、实验、实践设计等都还处于初期。因此，学院全体师生应转变思想观念，提高对电子材料新专业方向的认识，以积极的态度来面对新的挑战。
其次，吸取经验，找准定位，抓住自身特色进行专业设置。国内外很多高校都开设了电子材料方面的专业。在国外，美国宾州州立大学的材料研究中心在电子材料方向办学历史悠久，为美国，乃至全世界培养了诸多人才。此外，欧洲、澳洲、亚洲的日本等一些高校在此方向的办学、科研上也很有特色。在国内，西安交通大学、华中科技大学、电子科技大学、天津大学四所高校在电子材料方向为我国培养了大量人才。其他高校在电子材料的某一些领域也开设了课程，并进行研究。
四川省作为军用电子产品的研发和生产基地，近年来逐渐将目光转向民用，使电子产品的种类得到了极大地丰富，产量上得到了显著提高。同时，国外企业，特别是世界五百强企业也将四川作为西南投资的重点，从而对电子产品相关从业人员的需求量大为增加。西华大学是四川省属唯一的综合性重点高校，“服务地方，面向基层”是其一贯的宗旨。因此，为西部大开发和四川省的跨越式发展，培养电子材料方向的人才是我们必须肩负起来的责任。但是，受师资力量和硬件条件的限制，我们不可能面面俱到。
2课程体系的设置与改革
（1）结合传统材料学科，研究整个教学体系中的课程、实验、设计和实习。对传统材料专业的基础课程进行了适当的增删，保留了材料科学基础、材料工程基础、材料近代研究方法等课程，删掉了材料性能学、金属热处理等课程，增加了固体物理、半导体物理、电介质物理、量子力学与统计物理等物理类课程。即教学中仅保留传统材料的通用理论基础知识，增加或强化了后续专业课程开设所必须的物理或化学知识。
（2）四川的产业特点决定了电子材料是以功能陶瓷及元器件为主，因此，我们在专业课程的设置和教学内容的选材上，对电子陶瓷材料与元器件方面有所侧重。《电子陶瓷工艺原理》作为专业必修课，涵盖了电子陶瓷的制备、成型、烧结工艺与原理以及表面和烧后的加工处理，得到了普遍的重视。为了提高理论水平和指导实践，还开设了以电子陶瓷结构与性能的关系为主要内容的电子陶瓷材料与元器件。同时，还开设了微电子封装技术、电子元器件概论、电子材料与元器件测试技术、电子元器件制造技术及工艺、集成电路设计与制造、集成电路CAD、微波技术等与元器件相关的专业课程。
同时，也应根据专业特色，加强教材建设，积极组织教师申报省级精品课程，并组织力量编写部级精品教材。
（3）在实验与实践环节上，注重培养学生分析问题和解决问题的能力以及工程意识，注重学生个性和创造性培养，对学生无论将来成为技术型还是研究型和学术型人才都十分重要。①我们加强实验室建设，结合课程和教师的科研方向，开设必要的实验与课程设计，建立长期稳定的校外实习基地。学生在这样的教学体系下，经过四年的学习，能够对电子材料和元器件的工艺工装设计、制备工艺、微观结构及物理化学性能等有一个全面的了解。
在学生课程学习过程中，结合教师科研方向指导学生利用课余时间进行科研训练是我们在实践环节（下转第51页）（上接第44页）的一大特色，也体现了高校的办学优势。同时，为了体现实验与实践环节的重要性，我们加大了实验课程的比重，并将绝大多数实验作为专业实验课程进行教学。我们还开放了实验室，采取研究生带动本科生、高年级学生带动低年级学生的方式，学生自由选择相关研究课题，在课余时间由专业教师指导，进行科研训练。实践证明，科研训练使学生科研水平有很大的提高，也取得了一定成果，多次在四川省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛上获奖。
为保障教学与实践的效果，我们加大了对材料学院实验中心的投入。首先，组织专业的教师队伍对设备的采购进行论证，以达到资源配置的最优化，并在这一原则下采购了一批大型精密仪器和相当一部分实用设备，建立起比较专业的制备实验室和测试实验室。其次，引进专业的实验人员对设备进行管理和维护，并制定和逐步完善实验室和人员管理的规章制度与考核制度，以保障实验中心稳定、规范、良好地运行。再次，我们本着优势互补的原则，利用社会资源和企业合作。一方面，企业可以作为实践教学基地，使我们的学生可以接触企业，了解最新的技术信息，进行生产实习，做到理论与实践的结合；另一方面,由于企业在测试与分析方面有一定的不足，我们可以为其提供此方面的技术支持，同时还能锻炼学生的动手能力和独立分析、解决问题的能力。最后，组织教师编写比较完善的实验、课程设计指导书，对学生进行相关指导。②
3结束语
电子材料是材料科学与工程专业一个非常重要的方向，代表了一个国家科技、经济和军事的发展水平。在国内外众多高校纷纷开设电子材料方向的同时，西华大学材料学院也投入了相当的人力、物力和财力开设了此方向，并进行重点建设。虽然我们在综合优势上无法与一些重点大学相比，但是我们本着“服务地方，面向基层”的宗旨，并结合自身特点在教学和实践上办出了一些特色。凭借西部大开发的东风，我们一定会抓住四川省跨越式发展的契机，继续加大对电子材料专业方向的投入，争取在教学、实践中办出更多的特色，为四川省，以及西南地区，乃至全国培养出更多的电子材料人才，为我国的科技、经济、军事发展尽自己的一份力量。
基金项目：西华大学教育教学改革项目：材料科学与工程专业电子材料与元器件方向的课程设置及实践教学模式研究
注释
关键词：封装类型封装材料封装形式封装标准
中图分类号：TN4文献标识码：A文章编号：1007-3973（2012）002-084-03
1电子封装的类型
电子封装是指对电路芯片进行包装，保护电路芯片，使其免受外界环境的影响的封装。依据成型工艺来划分①，电子封装划分为预成型封装(pre-mold)和后成型封装(post-mold)。依据使用的封装装材料来划分，电子封装分为金属封装、陶瓷封装和塑料封装。依据封装外型来划分②，划分为单列直插式封装(SIP，singlein-linepackage)、双列直插式封装(DIP，dualin-linepackage)、有引线塑料芯片载体(PLCC，plastic-leadedchipcarrier)、塑料四方型扁平封装(PQFP，plasticquadflatpackage)、小外形封装(SOP，small-outlinepackage)、薄小外形封装(TSOP，thinsmall-outlinepackage)、塑料针栅阵列(PPGA，plasticpingridarray)、塑料球栅阵列(PBGA，plasticballgridarray)、芯片级封装（CSP,chipscalepackage)等。如果按第一级与第二级连接方式来划分，就划分为插孔式(或通孔式)(PTH，pin-through-hole)和表面贴装式SMT(surface-mount-technology)。
2封装材料的发展
2.1金属封装③
金属封装是将分立器件或集成电路置于一个金属容器中，用镍作封盖，并镀上金属，是半导体器件封装的最初的形式，适合于低I/O引脚数的封装。在散热方面，很多封装也都用金属作为散热片或者热沉。金属材料多数作为壳体、底座和引线使用。
金属材料是作为芯片和基板的支撑和保护的，而芯片和基板材料都比较固定，如芯片材料一般是Si，GaAs；陶瓷材料一般是Al2O3，BeO，AlN。它们的热膨胀系数(CTE)在30-6K-1～70-6K-1。这就要求金属材料要具有以下特征：(1)与芯片和基板相匹配的热膨胀系数。(2)好的热导率。(3)加工性能要好，易于成批量生产。
2.1.1传统封装金属
常用芯片、基板及金属封装材料的性能如表1。
铜的热导率高达400W(m-3K-1)，是散热非常理想的封装壳体，但是它的热膨胀系数也高达17.30-6K-1，产生的热应力很大，此外，铜的退火后机械性能差，容易永久变形，所以阻碍了其使用。
表1常用芯片、基板及金属封装材料的性能
铝的热膨胀系数非常高，也和铜面临同样的问题，与芯片和基板存在严重得热失配，阻碍了其广泛的使用。
钢的热膨胀系数也高，热失配也严重。不锈钢热导率为32.9W(m-3K-1)，比较低。它们应用范围小，主要在要求不高的，耐腐蚀的环境下使用。
可伐的热膨胀系数与芯片，基板的热膨胀系数匹配非常好，适合在传热要求比较低情况下使用。其低的热导率阻碍了其广泛的使用。
W和Mo与芯片，基板的热膨胀系数非常接近，热匹配都非常好，热导率也非常高，导热性能好。但是W的加工性能差，工艺复杂，可靠性差；Mo的重结晶后非常脆。此外，W，Mo的价格昂贵，这些阻碍了其发展。
2.1.2新型的金属基复合材料
传统的金属封装材料都存在不同程度的缺陷，难以满足现代封装的要求。为了适应封装的需求，发展了新型的金属基复合材料。
金属基复合材料有很多种，作为封装的主要有铜基复合材料④和铝基复合材料。
铜基复合材料可克服铜退火后的机械性能变差的缺点。
为了满足封装需要，在铜里面掺入其它杂质构成铜基复合材料，提高铜的退火后的机械特性，或者让复合材料的热膨胀系数与芯片和基板的热膨胀系数匹配，或者提高热导率，以满足高散热要求等。如在铜里面掺入0.3%的Al2O3后得到Glidcop，Glidcop与50%的可伐构成的复合材料的屈服强度为760MPa，在一定程度上满足了需要。再如，在铜中掺入合金Invar(Fe-36Ni)，热膨胀系数就改变了，为0.40-6K-1，但是热导率损失严重，仅为11W(m-3K-1)。同时，这种材料在烧结的过程中，铜和Invar相互扩散，这就对复合材料的导热、导电和热膨胀系数都有一定的影响。
铝与SiC按一定比例制成的铝基复合材料是应用最广泛的铝基复合材料，因为其在工艺、成本、毒性和密度方面综合起来看，都是比较满意的。
高硅铝合金材料的应用比较广泛，因为其膨胀系数低，密度低，在航空领域应用尤其突出。
金属封装的优点是气密性好，不受外界环境因素的影响。它的缺点是价格昂贵，外型灵活性小，不能满足半导体器件日益快速发展的需要。现在，金属封装所占的市场份额已越来越小。少量产品用于特殊性能要求的军事或航空航天技术中。
集成电路集成度的不断提高，散热要求的不断升级，给金属封装材料提出来更高的要求。要求金属封装材料继续向金属基复合材料发展，要求金属基复合材料要与芯片、基板的热膨胀系数更加匹配，热导率更高，加工更容易，价格更便宜。
2.2陶瓷封装
陶瓷封装，像金属封装一样，是气密性封装，是继金属封装后发展起来的另一种封装形式。陶瓷封装材料密度一般比金属封装材料的密度要低，价格也相对便宜。
陶瓷封装经过不断的改进，性能越来越好，尤其是陶瓷流延技术的改进，使得陶瓷封装在功能方面的灵活性有了较大的发展。
多层陶瓷封装外壳的发展重点是可靠性好、柔性大、开发成本低。
陶瓷封装优点有气密性好，热膨胀系数小、机械强度高、耐湿性好和热导率高，可实现多信号、地和电源层结构，并能对复杂的器件进行一体化封装。
陶瓷封装缺点是烧结精度差、价格贵，主要应用在一些特殊的场合。
多层陶瓷封装外壳的发展重点是可靠性好、柔性大、开发成本低。
陶瓷封装材料主要有Al2O3、BeO和AlN等。它们的主要性能如表1。
Al2O3陶瓷是目前应用最广泛的陶瓷封装材料，占据陶瓷基片材料的90%。其价格低廉、耐热冲击性和电绝缘性较好、化学稳定性好、制作和加工技术成熟。
BeO陶瓷虽然具有较高的热导率，但是其毒性和高生产成本是致命的，是阻碍其生产和应用的主要原因。
AlN陶瓷具有良好的热导率，热膨胀系数与芯片材料更匹配，材质坚硬，能制成很薄的材料，满足不同的应用。但是AlN陶瓷的成本高，制备工艺复杂，故至今未能进行大规模的应用。
2.3塑料封装
相对而言，塑料封装发展迅猛，已占据了90%(封装数量)以上的封装市场份额⑤，且还在不断上升。在80年代以来，随着塑料封装技术和芯片钝化层技术的进步，芯片钝化层质量有了根本的提高，使其因潮气侵入而引起电子器件失效的能力已大大减低了，因此，塑料封装的地位越来越高。
塑料封装主要是热固性塑料，包括有机硅类聚酯类、酚醛类和环氧类，其中以环氧树脂应用最为广泛。
塑料封装具有绝缘性能好、价格低、质量轻等优点，性价比最诱人。
塑料封装的缺点气密性差，对湿度敏感，容易膨胀爆裂。
3封装形式的发展
3.1SIP
SIP是单列直插式封装，一般是通孔式的，从封装体的一边引出管脚，引脚只有一排，管脚插入印刷电路板的金属孔内，封装的形式多样。SIP的引脚数从2到23不等。
SIP具有设计周期短、开发成本低、灵活性高等特点，更适用在低成本、小面积、高速高频的电子产品中。
SIP的吸引人之处在于它们占据最少的电路板空间，且在高频器件中占有独特的优势，在高频器件中得到广泛的应用，但是，封闭式的电路板限制了SIP的高度和应用。
3.2DIP
双列直插式封装DIP封装的管脚从封装体的两端直线式引出，是插装型封装之一。DIP封装材料有陶瓷和塑料两种，其外形通常是长方形的，管脚从长的一边伸出。绝大部分的DIP是通孔式，少部分是表面贴装式，主要应用在存贮器LSI，标准逻辑IC，微机电路等。对DIP来说，其管脚数通常在6至64(6，8、14、16、18、20、22、24、28、40、48、52和64)之间，封装宽度通常是15.2mm，其中，24至40管脚数的器件最常用于逻辑器件和处理器，而14至20管脚的多用于记忆器件。当器件的管脚数超过48时，芯片面积/封装面积一般都在1:1.9，说明，封装效率很低，DIP结构变得不实用并且浪费电路板空间。
3.3PLCC
PLCC是指带有引线的塑料芯片载体，引脚从四个侧面引出，是表面贴装型封装之一，对高引脚数器件来说，是较好的选择。其它一些缩写字可以区分是否有引脚或焊盘的互连，或是塑料封装还是陶瓷封装体。诸如LLC(leadchipcarrier)有引脚，LLCC(leadlesschipcarrier)无引脚。PLCC的管脚间距是0.050英寸，与DIP管脚间距2.54mm相比，其优势是显而易见的。PLCC的引脚形状为J型，不容易变形，但外观检测困难，引脚数通常在18至84之间(18、20、28、32、44、52、68和84)。
3.4QFP
四方扁平封装(QFP)其实是微细间距、薄体LCC，引脚从四个侧面引出。引脚呈欧翅型，管脚间距比PLCC的0.050英寸还要细。QFP可以是塑料封装，可以是金属封装，可以是陶瓷封装。塑料QFP通常称为PQFP，PQFP有二种工业标准，PQFP角上有凸缘的封装，以便在运输和处理过程中保护引脚，其引脚间距是相同的，都为0.025英寸；另一种就是PQFP没有凸缘，其引脚间距有1.0mm，0.8mm和0.65mm三种。同一模块尺寸可以有不同的引脚数目，这意味着同一模具、同一切筋打弯工具可用于一系列引脚数的封装。引脚经常被弯曲，常见于28mm以上的器件。PQFP最常见的引脚数是84、100、132、164和196。为了提高其有效互连面积，在正方形结构中，并非所有模块下的通孔均可以插入，必须有一些芯片的连接要转换到模块外形的外面。长方形结构可以使短边引脚数少于64个、引脚间距不大于0.025英寸(1mm)的引脚都插入模块底下的通孔中。
3.5BGA
球栅阵列封装BGA是20世纪90年代开始应用，现主要应用于高端器件的封装，发展空间还相当大。
BGA封装技术是在模块底部或上表面焊有按阵列形式分布的许多球状凸点，通过焊料凸点实现封装体与基板之间互连的一种封装技术。
BGA具有很多优点：成品率高、寄生参数减小、可靠性高、传输延迟小、散热性能好、芯片面积/封装面积为1:1.14，更接近1，封装效率高。BGA缺点就是功耗大。
广义的BGA封装还包括矩栅阵列(LGA)和柱栅阵列(CGA)。BGA目前主要应用于高性能、高密度领域，如PC芯片组、ASIC、DSP、PLD等。BGA的节距有1.5mm、1.27mm、1.0mm、0.65mm、0.5mm。其发展趋势是细节距、高I/O数。
3.6CSP
芯片级封装CSP⑥是芯片尺寸与封装尺寸相当的封装形式，其芯片面积/封装面积超过1:1.15。与BGA相比，同等面积下，CSP封装存储容量是BAG的3倍。
CSP有引线框架CSP、硬质基片CSP、柔性基片CSP、圆片级CSP和叠层CSP五种。
CSP的特点是：电气性能好、可靠性高、热效应良好、体积相当较小。
CSP主要应用于高性能的存储器中，并逐步向ASIC、DSP、网络等领域进军。
圆片级封装WLP(WaferLevelPackage)将是CSP发展的主流。
4封装面临的问题
封装在全国和全世界发展来看，发展不平衡，标准也不同，工艺也有差异，导致现状封装面临了一系列的问题。为了加速封装产业的发展，推动微电子产业的加速，对封装的问题必须进行讨论，并统一标准。封装主要要统一如下问题：统一的名词术语标准⑦、机械尺寸标准、测试方法标准、考核鉴定标准等。
4.1名词术语的统一
名词术语太多，每个企业都有自己的标准，其他企业与其交流的时候，理解就会遇到不一致的情况，不便于交流和发展。如SOP，有的认为是SmallOutlinePackage(小外形封装)，有的人认为是SystemonPackage(系统封装)。BGA就有“焊球阵列”、“球栅阵列”、“焊球格状阵列”、“焊球网格阵列”等。WLP的名称有“圆片级封装”、“晶片级封装”、“晶圆级封装”等。所以封装名词术语急待统一。
4.2外形尺寸标准的统一
截止到2000年，JEDEC已注册的BGA共分为7类，其中CBGA的尺寸就有102种，PBGA为150种，还有TBGA若干种。
现在封装加工的自动化程度高、速度快，如引线键合速度已达到每秒14线，封装关键尺寸的不统一、工艺就容易出问题，一旦失控都将导致大量的废品，或生产效率下降。所以封装工艺，封装尺寸必须统一，封装产业才能可靠，高速的运转。
4.3封装测试方法标准的统一
在BGA封装测试中，翘曲、共面性、球直径等测试方法都是百花齐放。在JEDEC和SEMI封装测试中，也有一系列封装测试方法，如机械尺寸测试、引线电阻、电容、电感、热阻的测试等。
4.4封装性能考核鉴定标准的统一
对CSP性能的考核，尚没有统一的标准。如温度循环，有的是65℃~+150℃，600次循环；有的65℃~＋125℃，300次循环。有的在150℃高温贮存，有的在125℃做高温贮存。
所以，封装的考核标准问题也要统一，以便加速封装产业的发展。
5结论
伴随着集成电路的封装，封装技术的发展正在日新月异的变化，封装种类繁多，为了加速封装产业的发展，开发新型的封装材料，封装形式日益重要，同时，统一封装标准更是当务之急。
(基金项目：贵州大学2010年实验室建设项目基金（黔科计[2010]4006）；贵州大学研究生创新基金（校研理工2011003）)
注释：
①方明,王爱琴,谢敬佩,等.电子封装材料的研究现状及发展[J].材料处理技术,2011,40(3):84-85.
②杨会娟,王志法.电子封装材料的研究现状及发展[J].材料导报,2004,18(6):87-90.
③聂存珠,赵乃勤.金属基电子封装复合材料的研究进展[J].金属热处理,2003,28(6):1-5.
④蔡辉,王亚平,宋晓平,等.铜基封装材料的研究进展[J].材料导报,2009,23(8):24-27.
⑤张蜀平,郑宏.电子封装技术的新进展[J].电子与封装,2004,4(1).
关键词：硅酸盐工程玻璃技术应用
中图分类号：O741+.4文献标识码：A
引言：
硅酸盐工程中在玻璃材料按照常用分类，可分为传统玻璃和现代技术玻璃两类。传统玻璃是用天然硅酸盐粉末为原料生产出的玻璃产品。但是由于此类玻璃成分中含有粘土、高岭土之类的原材料，成分比较混杂，如果对原材料的控制有一些疏忽，就会直接导致玻璃产品的的性能出现波动，所以此类玻璃产品适合用于民用，如果日常一些民用玻璃制品；现代功能玻璃是根据用户提出的玻璃产品的性能和用途，对其原材料进行极为严格的控制，采用最先进的生产工艺，通过高温制造出来的一种高性能玻璃制品，也是现在玻璃行业中科技发展不断进步的一个领域之一。下面根据本人多年的一线工作经验，对硅酸盐工程中现代功能玻璃技术应用进行一些探讨。
一、现代功能玻璃
1、现代功能玻璃的磁学性能
现代功能玻璃相比于磁学性能金属和合金磁性材料具有损耗低、电阻率高、磁性范围广泛等特性。玻璃磁性材料的代表为铁氧体,它是一种含铁的复合氧化物，通过对其成份的严格控制,我们可以制造出软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。在这三种材料中，软磁材料的磁导率高,饱和磁感应强度大,磁损耗低；硬磁材料的特性是剩磁大、矫顽力大、不易退磁；矩磁材料的特性是剩余磁感应强度非常接近于饱和磁感应强度,它是因磁滞回线呈矩形而得名。
2、现代功能玻璃的导电性
现代功能玻璃的导电性具有非常广泛的导电区间，从绝缘体到半导体、超导体。大多数玻璃制品具有优异的电绝缘性,因此被广泛用于电绝缘体。半导体分为离子型半导体和电子型半导体。离子型半导体仅对某些特殊的带电离子具有传导作用，电子型半导体是以晶体管集成电路为代表的。超导体是近十年才刚刚发展起来的一种新技术材料,它的临界超导转化温度在所有类超导体中最高,这种技术已经在计算机和精密仪器领域得到广泛应用。
3、现代功能玻璃的介电性
现在功能玻璃大多都具有非常优异的介电性能，它常常表现在其低介电损耗和较高的介电常数。现代电容器介电玻璃主要是以钛酸钡为基体的材料。当钛或钡离子被其他金属原子置换后,会得到具有不同介电性能的电介质。钛酸钡基电介质的介电常数高达10000以上,而过去使用的云母小于10,所以用钛酸钡制成的电容器具有体积小、电储存能力高等特点。钛酸钡基电介质还具有优异的正电效应。当温度低于某一临界值时呈半导体导电状态,但当温度超过这一临界值时,电阻率突然增加到百倍成为绝缘体。
4、现代功能玻璃的光学性能
现代功能玻璃的光学性能的应用主要包括光吸收玻璃、透光玻璃、玻璃光信号发生器和光导纤维。利用玻璃光吸收特性在日常生活中随处可见,玻璃也可被制造用来透过不同波长的光线,其中最重要的就是红外线透射玻璃,它仅允许红外光线透过,被用来制造红外窗口,在武器、航空航天领域和高技术设备上得到广泛应用。这种玻璃还是固体激光发生器的重要材料。光导纤维是现代通讯信号的主要传输媒介,它是用高纯二氧化硅制成的,具有信号损耗低、高保真性、容量大等特性,是金属信号传输线无法比拟的。
二、玻璃陶瓷玻璃和陶瓷的区别
它们的主要区别在于结晶度,玻璃是非晶态而陶瓷指的是多晶材料。玻璃在远低于熔点以前存在明显的软化,而陶瓷的软化温度同熔点很接近,因而陶瓷的机械性能和使用温度要比玻璃高得多。玻璃的突出优点是可在玻璃软化温度和熔点之间进行各种成型,工艺简单而且成本低。玻璃陶瓷兼具玻璃的工艺性能和陶瓷的机械性能,它利用玻璃成型技术制造产品,然后高温结晶化处理获得陶瓷。工业玻璃陶瓷体系有镁-铝-硅酸盐、锂-镁-铝-硅酸盐和钙-镁-铝-硅酸盐系列,它们常被用来制造耐高温和热冲击产品。此外它们作为建筑装饰材料正得到越来越广泛的应用。
三、现代技术玻璃的符合材料
现代技术玻璃的符合材料是为了达到某些性能指标将两种或两种以上不同材料混合在一起制成的多相材料,它具有其中任何一相所不具备的综合性能。玻璃材料的最大缺点是韧性低,使用时会产生不可预测的突然性断裂,玻璃复合材料主要是为了改善玻璃制品的韧性。而此类提高韧性的玻璃复合材料主要有两类：一是氧化锆相变增韧和玻璃纤维强化复合材料。氧化锆相变增韧复合材料是把部分稳定的氧化锆粉末同其他陶瓷粉末混合后制成的高韧性材料,其断裂韧性可以达到10Mpam1/2以上,而一般玻璃的韧性仅有3Mpam1/2左右。这类材料在玻璃切削刀具方面得到了非常广泛的应用。纤维强化被认为是提高陶瓷韧性最有效和最有前途的方法。纤维强度一般比基体高得多,所以它对基体具有强化作用;同时纤维具有显著阻碍裂纹扩展的能力,从而提高材料的韧性。目前韧性最高的玻璃就是纤维强化的复合材料,例如碳化硅长纤维强化的碳化硅基复合材料韧性高达30Mpam1/2以上,比烧结碳化硅的韧性提高十倍。但因为这类材料价格昂贵,目前民用领域几乎没有，仅在军械和航空航天领域得到应用。
结束语：
现代功能玻璃在现在的社会中应用是越来越广泛，它是具有光、电、热或者磁特性的玻璃产品，目前具有非常高的产业化程度。根据现代技术玻璃的符合材料的不同，玻璃的特性也有很大的区别，通过在生产过程中对其原材料的严格控制，先进生产工艺的采用，高性能玻璃制品也会根据各种需要而生产出来，通过本文的一些探讨，现代功能玻璃制品也在不断进步和发展。相信在不久的将来，越来越多的优质的玻璃制品能够为我们老百姓所应用。
参考文献：
[1]西北轻工业学院等，陶瓷工艺学，轻工业出版社：1985
航天、弹载电子设备在工作中面临着诸多限制，如空间密闭狭小、无法供风供液冷却、体积重量限制、热沉容量不够、外部气动加热导入等多种苛刻条件。尤其是中段和末段工作的电子设备，其本身面临着较高的工作环境初始温度。随着大规模集成电路和功率电子的日益普遍应用，弹载电子设备的散热难题日益突出。
目前，弹载电子设备大多依靠自身的金属结构件来进行散热,即利用金属结构件的热容，被动地蓄纳电子模块工作时耗散的热量。在重量体积强限制条件下，有限的结构材料热沉容量往往难以有效吸纳电子设备的热耗。近年来，弹载电子设备功耗增加,在工作末段散热不足和温度超限的情况愈发突出。
相变材料（PhaseChangeMaterials,PCM)是指在特定温度下，从一种聚集态转变到另一种聚集态的物质，这一过程同时伴随着大量储热或放热的现象。本文采用固-液相变材料为填料设计弹载电子设备热沉装置,主要介绍相变热沉装置的设计要点、仿真分析与试验结论。
1相变热沉装置设计
弹载电子设备散热的常用热沉材料物性参数如表1所示，这几种材料比热容都较小,密度较高相对而言，如图I'3所示，某相变材料处在相变温度区间(图中40尤?44T)时，具有极大的焓值，从而可以吸纳或释放大量热量以相变材料为主体的电子设备热沉装置，主要有以下作用：1)以相变潜热吸纳电子设备废热,从而延缓器件工作发热引起的温度升高过程;2)相变过程屮温度较为稳定，极大地缓解了电子器件的热应力和热冲击)重td：轻、吸热it大，费效比得到提升。
11相变材料的选择
用于电子设备温控的相变材料必须具备相变温度区间与设备工作温度区间匹配、相变潜热高、相变可逆性好、热稳定性好、体积变化小、不易燃、安全性好等特点「如石蜡等烷枝类相变材料，相变潜热可达160-250W/kg,远高于铝合金和铜，密度仅约为0.8-0.9能很好地满足电子设备温控需求,
是相变热沉装置设计的常用选择4-61。表2列出厂常用商用相变材料的物性参数
SSSSSSSSSSSSSS
粗炼石蜡和工业石蜡本身含有少量杂质，具有杂质带来的弱酸碱性。本文选取的相变材料暂命名为PCM60、PCM44，名义相变温度点在60尤、44t,基于二十二烷系和二十四烷系等组份的精炼石蜡辅以改性添加剂能规避以上弱点其物性参数：密度为800kg/m3,导热系数为0.2W/(m.K)，固态比热容为1760J/(kg?K)，液态比热容为2730J/(kg?K)，相变潜热值分别为176kj/kg和230kj/kg,
11相变热沉装置结构设计
相变热沉装置以中空的壳体结构装填相变材料封装而成，结构外形可以按需设计或共形设计，如图2所示出于热容量最大化和轻量化的考虑，通常结构设计屮会尽可能减小封装体壁厚、增大相变材料填充敁
相变热沉装置结构设计的要点在于:1)相变过程屮的抗膨胀力学设计;2)导热增强设计。相变材料在固体-液体转换过程中，会发生一定的体枳膨胀或收缩,尤其是体积膨胀力巨大，封装结构支撑不住就会发生胀裂、变形、泄露等问题，造成相变热沉装置失效如何有效化解这种膨胀力，关键在于设计思路的转变:控制相变材料的填充量，即以高于工作最高温度的融化态完成填充和真空封装同时，针对封装体的薄?结构，减小跨距、辅以力学强度仿真进行校核计算,相变材料有相变潜热丨:大的优点，但丨时存在导热系数极低的问题，这极大地制约着相变热沉装置的故热效率,提商相变热沉装置的名义导热系数显得非常必要。常见的导热增强设计手段有：在相变材料中掺杂打墨、铜粉、铝粉，或在封装壳体内设置金属翅片作为异热增强筋4,或采用泡沫铜、泡沫铝、膨胀厶墨基体吸附相变材料等措施。本文基于后期批产稳定性和经济忭的考虑,采用精细优化设计的导热增强筋，既稳步提尚了相变热沉装置整体的名义导热系数,乂能兼顾抗膨胀力学性能要求，同时简化:艺工序，结构形式如图3所示。
2试验设计
2.1边界条件
以一个功放电子模块为工作对象，本文设计了如图4所示的热沉装置。分别以实心铝合金块、填充PCM44和填充PCM60制作结构外形完全相同的热沉装置，命名为HS00、HS44和HS60:,表3为试验热沉样本相关参数。
电子模块的温控要求是在工作保持关键热源器件的壳温不超过85t,本文评估各种热沉装置在室温环境下(25T)启动工作的温控性能和延时性能,以定性辅导后续E程设计热沉装置与电子模块采用螺钉螺接方式,接触面有一定的平面度和粗糙度要求，均勻涂抹一层导热硅脂|整体外表包菹保温棉’隔离试验环境和空气对流的影响。采用OMEGA0.127mn.的K型热电偶测温，传送至N14353温度采集模块记录，对电子模块和热沉均采用多点多面测温取均值。
2.2理论蓄热量计算
以热源器件温升至85X,为限，考虑一定的传热温度梯度，假设此时试验件达到名义温度80°C的均温体，可以按下式计算各类热沉装置的理论蓄热
式中为热沉装置及电子模块绀合体中各组分的质量;c,.为各组分的比热容,包括金属盒体、固态PCM和液态PCM等;A7；是各组分在相变前后各阶段的温升区间;为填充相变材料的质量;A/m为相变焓值经理论计算，HS00、HS44和I1S60各热沉装置主体温升至80t所能吸收的热量分别为30.7kj,49.5k.|和的.9k.|，对应于30W电子模块的"了支持工作时间大约为17min,27.5min和26min,实际工作屮，还受到热传导速率、温度梯度不均匀、相变材料内部传热和熔化的迟滞性等影响112，因此以上推论可用于定性分析参考。
3结果探讨
3.1设计仿真分析
相变散热装置的仿真分析有两个H的:一方可以以热沉装置的总热容敁和名义导热系数为n标w数，优化相变热沉装置的内部增强筋设计;另一方面以针对相变热沉装置的温控可行性进行初步评估与传统仿真分析的不同之处在于相变材料的焓值分布[冬丨决定r需要设置材料的热物性参数为非定常参数表本文主要通过仿真优化分析优化r相变热沉装贯内部的导热增强筋设计。根据热源器件的分布，导热增强筋设定为非均匀的井字形隔筋，厚度0.8mm,乱开设各方向缺Ii以使各个隔筋小腔体K相联通,，
3.2相变热沉性能验证试验
电子模块工作在30W热耗下吋，使用不同热沉装置,从热源器件测得的温度曲线如阁5所示?r以看出，无热沉、采用铝块热沉HS00和采用HS44相变热沉装置条件下，电子模块热源器件的温度升高到80尤的时间分别为9min、18min和45min,HS44相变热沉表现出明显的温控性能。
由图i'I见,无热沉条件下，器件的温度变化曲线呈
快速近似线性的增长趋势。在铝块热沉HSOO的作用下，器件的温度曲线是较大斜率的凸形曲线。在相变热沉HS44的作用下，温度曲线的15min前和40min后均表现为凸形曲线形态，中间段在15min至40min呈现出一段温升速率降低、斜率减小的凹形形态,温度平缓上升，可以理解为该时间段内相变过程正在发生。
3.3不同相变填料的对比试验
使用相变熔点不同的PCM44和PCM60两种材料制作了结构相同的相变热沉装置HS44和HS60,在相同的电子模块热负载工作条件下，热源器件的工作温度曲线如图6所示。
图中可以看出明显的相变过程差异，即曲线的平缓段（假定此刻相变过程正在发生）热源器件的温度分别处于70t~90t和45尤~65t，高于相变材料熔点10^-30，这个温度梯度反映的是电子模块内部和相变热沉装置内的传热温差。同时可以看出，该电子模块在30W热耗下，若工作时长要求较短，则使用HS44能获得更好的控温效果;在工作时长超过50min后,二者作用下的器件升温趋势接近，温控性能基本一致。
3.4不同加热功率的影响
图7为在电子模块加载20~100W不同热功率条件下,使用相变热沉装置HS44的电子模块中热源器件温度曲线图。从该图可以看出，随着热源功率的增大，热流密度升高，模块升温逐渐加快，温度曲线中的平缓段逐渐消失，相变材料的蓄热与温控功效明显削弱。当热源功率达到100W时,使用该相变热沉装置相比无热沉的情况,器件升温到达80t的时间仅延长约6min,并且其温控散热性能还不如纯铝块热沉HSOO，如图8所示。该现象主要是因为相变材料及相变热沉装置的导热率过低所致，热传导迟滞,热源器件表面热量累积。因此，相变热沉装置在超大热耗、超大热流密度的场景下具有较大的局限性。实际工程设计和使用中，应通过分析和测试，掌握相变热沉装置的应用边界。
3.5高温工作
图9为电子模块加载30W热功率条件下，HS60相变热沉装置分别在25t和45T环境中开始工作的器件温度曲线。从中可以看出，在25尤环境下工作,温度曲线明显有一个平缓段，大约在70t~90t区间，持续时间约40min。在平缓段前，温度曲线斜率较大，在平缓段后，温度曲线的斜率再次增大，这两端都是因纯粹依靠材料的定比热容吸热、热容不足而引起的温升近乎线性趋势。当在45T环境下启动工作时，全程的温度曲线斜率都没有25t环境启动阶段的斜率大，并且看不出明显的相变发生平缓段。结合试验数据和观察HS60材料的焓值分布图可知，在电子模块启动工作5min内，热沉装置温度巳部分达到55t以上，已经进人了HS60材料的相变发生区间(55°C~62T)，可以理解为此后几乎全程相变熔化都在各个局部逐步发生。结合3.3节试验结论分析表明，相变材料的相变温度区间与电子模块的启动温度和许可最高工作温度均应当保持一定的差距，设计中应权衡选取。
4结束语
本文阐述了采用相变材料制作热沉装置解决弹载电子设备温控需求的可行性，详细介绍了设计要点和试验过程。
试验结论表明，在一般热耗下,相变热沉装置对比铝块热沉或无热沉装置，均能使弹载电子设备获得更优异的散热温控效果和减重效果。而相变热沉装置的应用中，对相变材料的相变温度区间选取尤其重要。相变温度区间应处于启动环境温度和器件工作最高许可温度之间，建议均保持20t左右的温度差，这样才可获得较好的温控效果。
关键词：超级电容器；电极材料；复合材料
随着全球资源匮乏、生态环境遭到破坏和气候变暖等问题的出现，人类将更加关注太阳能等可再生能源的应用。但是可再生能源本身的特点决定了这些发电形式和电能输出常常受到季节、气侯和地域的影响，具有明显的不稳定性和不连续性。要解决这一缺陷必须要发展与之配套的高效储能装置，而超级电容器是一种介于二次电池和常规电容器之间的新型储能装置。同时兼有常规电容器大功率密度和二次电池高能量密度的优点，且超级电容器还具有无污染、使用温度范围广、安全性高等特点，故超级电容器在新能源发电等领域中具有广泛的应用前景。近年来，科研人员先后开发使用了多种电极材料，大致可将其分为三大类，即碳基电极、金属氧化物、导电聚合物。
1碳基电极
在目前使用的超级电容器中，应用最广泛的电极材料就是具有高比表面积和多孔结构的碳材料。至今报道过的碳材料有碳纤维、碳纳米管以及石墨烯等。碳基材料是利用双电层储能原理，即在电解液中的电极表面与溶液两侧分布电荷数量相等，但是符号相反的离子层，在电极上和溶液中形成了两个电荷层，即常说的双电层，于是相间产生了电位差，故可通过这个原理，通过增大碳材料的比表面积来提高超级电容器的比电容。
炭纤维在性能方面较活性炭材料相比，具有更大的优势，其孔道畅通，不同孔径间连接比较紧密，有利于电荷的吸附和电解液的传输，同时耐热性优良、膨胀性低并且具有良好的化学稳定性，故是优良的电极材料。2014年5月Hsu等[1]通过静电纺丝技术由N、N-二甲基甲酰胺、聚丙烯晴（PAN）和聚丙烯晴-丁二烯（PAN-co-PB）制备了相互连接的碳纳米级纤维，其制备的碳纳米纤维经电化学测试显示出高比电容量和良好的循环寿命，证实了相互连接的碳纳米纤维在超级电容器应用中的优势。另一种碳基材料石墨烯在超级电容器应用领域具有巨大的潜力，其具有超大比表面积、高电导率和化学稳定性等优异的特性[2]。但在实际应用中，石墨烯自身还是存在着一定缺陷，例如其表面难以被电解液润湿，亦或石墨烯片层之间较强的范德华力造成的团聚现象，因此对石墨烯的研究还在进一步探索。目前解决办法一是非共价键的表面改性，二是利用过渡金属氧化物对石墨烯进行表面改性从而提高其应用范围。
2属氧化物
以金属氧化物作为电极材料的超级电容器属于法拉第赝电容，赝电容不仅在电极表面上产生，也可以产生于整个电极内部，故可得到比双电层电容更高的电容量。金属氧化物电极材料的电容量通常可达到双电层电容的10～100倍，由此可见金属氧化物具有很好的应用前景。用于超级电容器的金属氧化物以氧化钌为代表，虽然其具有较高的比电容量和导电性，但由于成本过高限制了其商业化应用。因此，近几年研究的重心主要集中在氧化i、氧化钴等较便宜的金属材料上。
二氧化锰材料具有对环境友好、价格低廉以及电化学工作窗口宽的特点，并且二氧化锰电极材料的超级电容器可采用中性电解质溶液，如Na2SO4的水溶液，而不像其他金属氧化物超级电容器必须采用强碱或强酸的电解质，这就使二氧化锰基超级电容器更加环保，并且组装及使用更加方便和安全。此外将纳米技术应用于超级电容器电极材料领域，可利用纳米级二氧化锰电极材料高的比表面积、较短的电子输运距离，来大大提高其电化学活性。1999年Goodenough等人首次研究了无定型二氧化锰电极材料在超级电容器中的应用，其利用共沉淀法制备二氧化锰电极材料的超级电容器，在2mol/L的KCL电解液中，比电容可达203F/g[3]。自此，还有很多类型的二氧化锰电极材料得以发展。另外Kuang等[4]合成了蒲公英形态的NiCo2O4介孔微球，研究表明用这种材料作为超级电容器的电极，拥有很好的大电流放电能力和优秀的循环放电寿命，具有良好的应用前景。
3导电聚合物
相比与前两种电极，导电聚合物是一种新型的电极材料，其比电容通常是碳基材料的2～3倍，并兼有成本低、充放电时间短等优势。导电聚合物是通过充放电过程的氧化还原作用，在聚合物膜上产生快速n型或p型掺杂、脱掺杂来储存高密度电荷从而产生大法拉第电容。目前，常用的材料有聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）等具有共轭结构的聚合物及其衍生物。
Yue等[5]将聚吡咯包裹在棉纤物表面上，制作成了一种可长短伸缩的电极，其原理是利用乙腈和对甲苯磺酸的混合液通过电化学聚合法将聚吡咯涂于棉纤物表面。在1.0mol/L的NaCl电解液中该材料的电极表现出很好的应张力，并且能够保持良好的循环稳定性和伸缩性。
目前，复合材料展现出优异的高比电容和稳定性的特点，利用不同材料间的协同作用，通过复合、掺杂等方式来实现材料的复合化；以及实现电极材料的纳米化，来改善电子、离子传输扩散路径，从而提高电极性能，是未来研究的主要方向。
参考文献
[1]HSUYH，LAICC，HOCL，etal.Preparationofinterconnectedcarbonnanofibersaselectrodesforsupercapacitors[J].ElectrochimActa，2014，127（1）：369-376.
[2]滕牧.石墨烯基材料在超级电容器中的应用[J].电子元件与材料，2014，33（9）：11-13.
[3]LeeHY，GoodenoughJB.[J].Solidstatechem，1999，144：220.
关键词：驻极体空气过滤材料静电作用静电驻极方法过滤性能
0前言
目前，全球的环境日益恶化，与人类息息相关的空气环境更是如此，已经严重地危及到人类的健康。与此同时。高的某些关键部分对环境的净化要求极高。因此，现代需要具有高效、低阻等优点的空气过滤器。传统的空气过滤材料不是过滤性能不理想，就是价格（成本）太贵。而驻极体空气过滤材料具有众多优点，其发展十分迅速，在20世纪90年代已实现了产业化。但是，由于目前驻极体相对于应用滞后，这就使得驻极体空气过滤材料的发展还很不成熟，现在的驻极体空气过滤材料的静电驻极方法（工艺）各有优缺点，有必要进一步探讨。
1空气过滤材料静电驻极机理的对比与
1.1驻极体
驻极体是指那些能够长期储存空间电荷和偶极电荷的电介质材料，即从时间跨度上来看，它们的电荷衰减时间常数比驻极体形成的周期长得多。驻极体的电荷可以是真实电荷（或称空间电荷），也可以是偶极电荷，或者两者都有之[1]。驻极体空气过滤材料就是利用电荷的静电力作用捕集尘粒。
1.2驻极体空气过滤材料的静电驻极机理对比
自从20世纪70年代以来，各种荷电技术以及通过混合不同纤维的带电技术等各具特色的带静电过滤器得到了开发和利用[2]。其直接的结果是导致了现在的静电驻极方法（工艺）。这些方法（工艺）的静电驻极机理等见表1。
由表1可见，驻极体空气过滤材料的静电驻极方法中，就其静电驻极机理及特性而言，电晕放电法和摩擦起电法由自身的特性仍然是当前的重点；而热极化法易受温湿度，故它限制了其广泛应用；静电纺丝法和低能电子束轰击法由于它们的静电驻极机理较复杂，就目前的技术而言，要达到广泛应用困难还很大，如果它们的静电驻极机理十分清楚和技术成熟的话，它们可能比电晕放电法和摩擦起电法更有生命力。
驻极方法
驻极机理
特性
电荷类型
静电纺丝
带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动与变形，
再经溶剂蒸发或熔体冷却而固化。
机理复杂，技术不成
不成熟。
尚不清楚
电晕放电
利用非均匀电场引起空气的局部击穿的电晕放电产生
的离子束轰击电介质并使它带电。
驻极体生产中
应用最广泛。
空间电荷
摩擦起电
两物体摩擦接触距离足够小时，产生热激发作用，这
种作用使对电子吸引力不同的物体的电子发生相互间
转移而使物体带电。
起电简单，只适合纺
织中的梳理工序。
尚不清楚
热极化
高温电场下，电介质材料热活化的分子偶极子沿电场
方向取向，低温相同电场下冻结取向的偶极子。
温湿度的影响较大，
最早制造的驻极体。
偶极电荷
低能电子
束轰击
利用低能电子束轰击电介质，被电介质捕获并储存而
带电。
机理较复杂，不易实
现工艺化。
空间电荷
2空气过滤材料静电驻极体性质的对比与分析
由于材料的静电驻极方法（工艺）不同，所形成的驻极体的性质亦大不相同。具体情况见表2。
驻极体空气过滤材料要求材料的储存电荷密度大，其电荷密度的储存寿命长及储存电荷稳定性强等等。而储存电荷的稳定性主要取决于材料性质、充电方法、电荷分布状态、储存的环境条件等。根据上述要求，就静电驻极体的性质而言，从表2中可得，电晕放电法是目前最佳的静电驻极方法；热极化法在环境相对稳定时也是一种较好的静电驻极方法；摩擦起电法要在试验中进一步完善；静电纺丝法需要科技的进一步发展；低能电子束轰击法需要改进和简化静电驻极的工艺。
近年来，报道了直流增加频率的低脉冲电晕充电比直流电晕充电或仅有脉冲电晕充电能获得更大的表面电荷密度[9]。这也许就意味着这种电晕充电的空气过滤材料的过滤效率更高，但是相关理论和实践有待于进一步完善。
3驻极体空气过滤材料的性能对比与分析
驻极体用作过滤材料，最初在1976年由于J·VanTurnhout等人将切割成小条状的聚丙烯薄膜制成，将这种带电小条加工折皱状态形成驻极体纤维。随后，各种荷电技术以及通过混合不同纤维带电技术等各具特色的带静电过滤器得到了开发和利用[5]。与此同时，驻极体空气过滤材料也获得了进一步的发展。尤其是2001年美国“9·11”事件以后，采用集中空调系统的建筑物不断面临安全性的考验，其中包括恐怖主义分子的生化武器袭击；2003年的“非典”疫情给全世界造成巨大损失和影响。引起“非典”的SARS冠状病毒的主要传播途径之一就是空气，这就使集中空调系统有可能直接成为SARS病毒和细菌的主要渠道。因此，“致病建筑物”又一次引起人们的普遍关注。集中空调系统再一次面临严峻的挑战[2]。这又迫切需要空气净化材料的更进一步发展，而驻极体空气过滤材料具有高效、低阻、抗菌（病毒）、节能等优点，故它是适应这一发展的迫切需要。
表2静电驻极体的性质[1,3,4]
静电驻极体
控制参数
特点
存在
静电纺丝
纺丝液体的黏度、表面张力和电导率；操作条件的电压、流体速度、温度等等。
静电纺丝纤维形成的无纺布是一种有纳米微孔的多孔材料；射流具有不稳定性。
只能得到无纺布；产量很低（1mg/h～1g/h）；多数条件下，静电纺丝纤维的强度很低。
电晕放电
极化电压、极化温度、极化时间等。
实现高储存电荷密度（1.4×10-3C/m2）；沉积电荷的密度出现明显的离散性；设备简单，操作方便，充电效率高等。
充电电荷仅能沉积于样品的表面与近表面；电荷密度的横向均匀性和充电电荷的稳定性均比低能电子束轰击的差。
摩擦起电
摩擦形式、表面平滑度、摩擦速度、摩擦力等。
摩擦起电机理复杂；两种材料需要接触和分离；对材料的电性能有要求等。
摩擦起电的产生机理至今还不完全清楚；相对湿度、纤维的吸水率、温度对纤维材料的静电性能有明显的影响。
热极化
极化电场、极化温度、极化时间等
极化电场直接影响热驻极体内捕获电荷的活化能，热极化后出现异号电荷，储存（或老化）过程中异号电荷向同号电荷转化；热驻极体的电荷密度为3×10-6～1×10-4C/m2。
热驻极体受存放温度的影响；最大电荷密度依赖于气压和相对湿度。
低能电子束轰击
电子束电流密度、轰击时间等
通过控制电子束能量和注入的束电流能精确地控制注入沿厚度的电荷层平均深度及电荷密度，从而可能研究在受控条件下空间电荷的分布及其衰减。
操作过程较为复杂等。
由于驻极体空气过滤材料的静电驻极工艺大多数属于技术保密，目前所见的其具体内容报道不详或根本无报道。就常见的驻极体空气过滤材料的性能列于表3。
表3驻极体空气过滤材料的性能[6,8]
材料
驻极方法（工艺）
定量
（g/m2）
过滤效率（％）
压强
（Pa）
标准过滤效率(10g/m2)
应用状况
聚丙烯
纺粘电晕放电
34
26
0.98
8.5
一般
聚丙烯
熔喷电晕放电
34
84
28.4
41.7
多
聚丙烯
针刺电晕放电
100
48.1
1.96
6.3
较多
聚丙烯＋聚丙烯腈
针刺摩擦起电
100
66.3
2.94
10.3
一般
聚丙烯＋聚丙烯腈
摩擦起电
130
97.8
25.4
一般
聚环氧乙烷
静电纺丝（未充电）
10
97.2
40.2
97.2
较少
从表3中可以看出，聚丙烯的电晕放电的三种静电驻极工艺中，熔喷聚丙烯电晕放电的过滤效率最好，就是压降较大；而聚丙烯和聚丙烯腈混合物摩擦起电的两种静电驻极工艺中，一般摩擦起电的过滤效率较针刺摩擦起电的过滤效率要好；聚环氧乙烷的静电纺丝（未充电）过滤效率极高，如果对其充电，其过滤效率可能会更理想。在同一标准定量（10g/m2）下的过滤效率比较可知，聚环氧乙烷静电纺丝（未充电）的过滤效率最高，但生产速度慢，难以在短时间内大规模生产和推广应用，聚丙烯熔喷电晕放电的过滤效率次之，但实际应用比较多，聚丙烯和聚丙烯腈的针刺摩擦起电的过滤效率最差，且实际应用一般。
另外，有报道；驻极体空气过滤材料还有聚碳酸酯和聚氨酯，它们在静电纺丝过程中保留电荷，其初始过滤效率都很高，但容尘后其过滤效率下降[8]。
4静电驻极材料的选择
近年来，高分子化学纤维生产技术的使得用驻极体纤维能生产出HEPA及ULPA过滤器[5]。用作驻极体空气过滤器的材料需要优异的介电性能，如高体电阻和表面电阻，高介电击穿强度，低吸湿性和透气率等。这类材料主要以高聚物为主的有机驻极体材料，如非极性材料：聚丙烯、聚四氟乙烯、六氟乙烯/聚四氟乙烯共聚物等；极性材料或弱极性材料：聚三氟乙烯、聚丙烯（共混）及聚酯等[2]。
超细纤维和卷曲（羊毛状）纤维作为新结构的驻极体滤材能大大地改善集尘效率，其平均效率比传统结构的驻极体纤维从93％上升至99％（精细纤维），和从93％上升至99.4％（卷曲纤维）；与此同时，卷曲纤维的使用还大大地改善了滤材的容尘能力，即从0.48g粉尘/g过滤器到0.83g粉尘/g过滤器（卷曲纤维）和从0.48到0.51（精细纤维）。这些改善可能源于纤维间空间电荷随机分布率的上升，导致容尘场所和过滤机构更加完善；另外，精细驻极体纤维所形成的新结构空气过滤器性能的改善是因为滤材空间结构上表现出较大的容尘空间和较强的电场散度。改性的聚丙烯和聚碳酸酯PC纤维的研制成功为高效长寿命和低成本驻极体过滤器的商品化提供了较完善的驻极体储电结构[7]。
近年来报道，由降冰片和乙烯单体经催化共聚形成的环烯共聚物COC(CycloolefinCopoplymer)是一种典型的非极性的完全非晶态驻极体材料，由于其优异的力学特性及突出的储电能力和疏水特性，如用作驻极体空气过滤器的高效滤材，则明显地优于上述的传统驻极体纤维滤材PP，可能成为新一代驻极体过滤纤维[7]。
5结论
经过对比与，可以得出：既能很好地满足空气过滤要求又符合我国技术条件的驻极（工艺）是熔喷电晕放电法，但静电纺丝（带电）法可能是最有前途的驻极方法（工艺）。静电驻极材料的选择主要是具有优异的介电性能，目前最适用的材料是聚丙烯及其和其它高聚物形成的混合物，但由降冰片和乙烯单体经催化共聚形成的环烯共聚物COC(CycloolefinCopolymer)可能成为新一代驻极体空气过滤材料。
[1]夏钟福.驻极体.北京：出版社，2001
[2]黄翔，顾群，吴生.洁净与空调技术，2003，5（40）：38－42
[3]吴大诚，杜仲良，高绪珊.北京：化学出版社，2003
[4]高绪珊，童俨.北京：纺织工业出版社，1991
[5]魏学孟，叶海.通风除尘，1998，4：1－4
[6]PeterP.Tsai.产业用纺织品，2002，9（20）：16－18
[7]夏钟福.材料导报，2001，8（15）：57－58
现阶段微电子技术在社会生产生活中具有重要的地位，软件和集成电路已经成为21世纪社会发展的基础。微电子技术作为高新技术的组成部分之一，逐渐成为电子信息技术的核心部分，深入到社会生产生活的每一个角落。电子器件的小型化和微型化是现代微电子技术的重要特征之一，其核心是系统集成（SOC）和集成电路（IC）。
1微电子技术的发展历史和现状
微电子技术一门以集成电路为核心的各种半导体器件基础上的高新电子技术，其具有工作速度快、重量轻、体积小、可靠性高等诸多优点。微电子技术是一项起源于19世纪末20世纪初的新兴技术，微电子技术的发展史从某种意义上说是集成电路的发展史。
现阶段大规模集成电力的集成度代表这微电子技术的发展水平。从集成电路在1958年被发明以来，集成电路的发展规律依然遵循着“摩尔定律”，即DRAM的储存量每隔3年就变为原来的4倍，集成电路芯片上的元件数量每18个月增加1倍（具体见表1）。微电子技术的发展历程如下，美国贝尔实验室于1947年制造出第一个晶体管，这为制造体积更小的集成电路奠定了相关的技术基础。1958年美国德克萨斯仪器公司的基比尔于研究员制造出第一个集成电路模型，并与次年该公司宣布发明了第一个集成电路。1959年美国仙童公司将微型晶体管的制造工艺—“平面工艺”经过一定的技术改进后用于集成电路的制造过程中，实现了集成电路由实验阶段向工业生产阶段的过渡。1964年相关的技术人员又研制出PMOS集成电路，大大减小了集成电路的体积，其与分立元件相比较PMOS集成电路具有可靠性高、功耗低、制造工艺简单和适于大量生产等诸多优点。到目前为止，与第一块集成电路相比集成电路的集成度的尺寸缩小了200多倍，集成度提高了550多万倍，元件成本降低了100多万倍。
在当今社会中微电子元件可以说是无处不在，每个人都在享受这微电子技术带来的方便快捷。集成电路被广泛应用于社会的各个行业，比如计算机技术、环境工程、交通医疗等领域。微电子技术对各种传统产业具有强有力的带动作用，几乎所有的传统产业与微电子技术结合，利用芯片更新技术，都可给传统产业注入活力。例如，像汽车的电子化使传统的汽车工业渗透进了微电子技术，采用微电子技术的电子引擎监控系统“汽车安全防盗系统”出租车的计价器等已得到广泛应用，现代汽车上有时甚至要有十几个到几十个微处理器又如，印刷工业采用了微电子技术排版不再采用铅字，文字的增添“删除“编排，字体的选取等都在计算机上进行，在很短的时间内就可以全部按需要设置完成，与传统印刷工业改动一字就要涉及全局已不可同日而语。
微电子技术不仅在工业制造中应用广泛，同时为商业的发展提供了巨大的方便。随着微电子技术的不断发展和计算机的应用，商场超市传统的记账方式发生了巨大的变化，账目的记录、查询、统计和存储方式发生了巨大的变化。另外，随着其他技术和微电子技术的相互融合渗透逐渐发展出新的技术。比如微电子技术和信息技术融合创造出数字地图，其通过无线电传输等方式能够为人们提供所在地区的天气状况、地理状况等所有信息，为人们的出行和野外作业等提供便利。
2微电子技术发展展望
微电子技术作为一门随着集成电路发展起来的新兴技术，其只要包括器件物理、工艺技术、材料研制、系统电路设计和封装组装等技术，简单而言主要包括材料、系统和器件三部分
2.1新型半导体材料的研制
其中，材料作为微电子技术发展的基础，对于先进材料的研制一直是微电子技术研发的重点领域。在未来的一段时间对于对新型半导体材、化合物和纳米材料的研发是重点。
新的碳化硅（SiC）材料具有禁带宽、高热导率、漂移速度快、高击穿电压等诸多优点。这些优点能够保证元件在高温高压下进行工作，同时元件的功率比较大，能够进行高频工作并且集成度高。现阶段，新型研制出的氧化硅晶体管能够在520℃下进行工作并且击穿电压能够达到800℃。另外和其他宽紧带的材料相比较，碳化硅材料能够通过热氧化的方式生成二氧化硅（SiO2）。
氮化铝（AlN）是一种举要抗辐射性能高、高击穿电压和宽禁带的材料，并且绝缘体上的硅具有低功耗、高速、抗辐射、无栓锁等诸多优点。另外，铟磷化合物也是一种新型的半导体材料，它能够很好的将数字功能和射频集中在同一个芯片上，它的运行功耗更加低，运行速度比硅型芯片的更加快。
虽然上面有很多的新型材料但是晶体管的尺寸受到热效应、磁场效应和量子效应的影响，传统的微电子发展正面临严重的瓶颈。现在对纳米尺度下新的量子现象和效应的研究成为国际上近年来的研究热点，新型纳电子器件得以迅速发展。碳纳米管（CNT）是其中的一员，它（CNT）是人工合成的天然纳米线，由于是一维输运，所以它的电子迁移率比体硅高很多，特别是可能实现弹道输运。另外由于CNT具有非常高的击穿电场（最高可达108V/cm），所以CNT中的电子漂移速度可以远远超过硅反型层中的电子，故被业界一直认为最有可能成为硅材料的未来最终继承者。因为它既可承担导线的功能，又可承担半导体（即晶体管开关）的功能，但其技术走向市场还有待成熟。如IBM公司于2002年宣布开发出性能优异的碳纳米晶体管，但同时宣称从硅电子时代过渡到碳纳米为代表的纳米电子时代可能要10年左右。在芯片集成方面的重要发展方向是SOC和SIP。
2.2工艺手段越来越先进
随着集成电路集成度的不断提高，技术人员不断缩短光刻波长并且改进透镜的孔径，通过各种手段改进光刻技术。光刻技术现阶段主要研究的是深紫外线光刻技术和沉浸光刻技术。沉浸光刻技术是指在原来的光刻设备的透镜和晶圆之间灌满水，从而达到提高孔径数值和透镜分辨率的目的。沉浸光刻技术是下一代光刻技术的主要发展方向。比如荷兰的ASXN公司采用190nm的深紫外光源并且采用沉浸透镜技术其应用极限达到30nm，很有希望突破遇到的光刻障碍。现在除了业界看好的沉浸光刻技术外，正在研究的其他新工艺也比较多。别如电子束技术、微型电子束阵列和X射线等等。
3结论
21世纪社会将成为一个信息化的社会，微电子技术在信息化社会发展中将占有及其重要的位置，同时也将成为本世纪最为活跃的科技领域。本文对微电子技术的发展状况进行了分析，同时展望了微电子技术未来的发展方向。
参看文献
[1]李冰，张立辉，李岩.微电子技术发展与展望[J].山西科技，2009，（4）：53
[2]李辉，王子滨.多量子阱红外焦平面阵列研制进展[J].现代防御技术，2011，34（1）：56-60
[3]张志国，杨瑞霞，李丽等.GaN基HFET中极化诱导二维电子气和电流崩塌效应[J].2013，30（7）：50-55
[4]王阳元.历史机遇和我国微电子发展之路[J].中国集成电路，2010，（3）：30-38
[5]肖德元，夏青，陈国庆.MOSFET器件回顾与展望[J].半导体技术，2011，31（11）：805-809
[6]许居衍.半导体技术发展限制及其逻辑发展趋势[J].世界科技研究与发展，2012，21（5）：15-18
[7]宋奇.浅谈微电子技术的应用[J]数字电子技术与应用，2011（3）：153-155