中國粉體網(wǎng)訊 近日，晶盛機(jī)電子公司寧夏鑫晶年產(chǎn)16萬只的石英坩堝生產(chǎn)基地，一期年產(chǎn)4.8萬只大尺寸石英坩堝項(xiàng)目正式投產(chǎn)，二期正式簽約。此次石英坩堝項(xiàng)目的投產(chǎn)，將解決國內(nèi)光伏和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高品質(zhì)關(guān)鍵耗材緊缺的現(xiàn)狀，極大滿足市場需求。
圖片來源：晶盛機(jī)電
一、認(rèn)識(shí)石英坩堝
石英坩堝實(shí)際上就是一種容器，是由高純石英砂通過模具定型，使用電弧法高溫制作而成。具有耐高溫、使用時(shí)間長、高純度等特點(diǎn)，主要使用于半導(dǎo)體與太陽能拉制單晶硅棒的輔助性耗材。
石英坩堝可在1450℃以下使用，分為透明和不透明兩種。最早期的石英坩堝是全部透明的，這種透明的構(gòu)造容易導(dǎo)致不均勻的熱傳輸條件，增加晶棒生長的困難度，所以這種坩堝被淘汰使用。
不透明石英坩堝（圖片來源：Est官網(wǎng)）
目前，半透明石英坩堝是拉制大直徑單晶硅、發(fā)展大規(guī)模集成電路必不可少的基礎(chǔ)材料。當(dāng)今，世界半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)達(dá)國家已用此坩堝取代了小的透明石英坩堝。半透明石英坩堝具有高純度、耐溫性強(qiáng)、尺寸大精度高、保溫性好、節(jié)約能源、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
二、石英坩堝的生產(chǎn)工藝
根據(jù)配方工藝的不同，石英坩堝生產(chǎn)成型一般采用注漿或注凝兩種方法。這兩種生產(chǎn)工藝大體相同。但由于生產(chǎn)方法存在一定的差異性，兩種工藝流程對配套設(shè)備選型還是有所不同。
（1）注漿法生產(chǎn)工藝
注漿法成型在陶瓷的生產(chǎn)工藝中歷史悠久，較為傳統(tǒng)，掌握起來相對容易，是目前較普遍采用的生產(chǎn)成型方法。注漿法在石英坩堝生產(chǎn)中得到普遍應(yīng)用。
注漿法一般生產(chǎn)工藝流程：注漿成型——脫�！D(zhuǎn)——固化——初檢——修坯——干燥——煅燒——修邊——終檢——包裝
注漿法生產(chǎn)主要配套生產(chǎn)設(shè)備： 不銹鋼模具——懸臂吸盤吊裝機(jī)——脫模翻坯機(jī)——脫模平臺(tái)——固化爐——初檢線——懸臂吸盤吊裝機(jī)——少空氣干燥器——懸臂吸盤吊裝機(jī)——煅燒爐——懸臂吸盤吊裝機(jī)——修邊機(jī)——懸臂吸盤吊裝機(jī)——終檢進(jìn)坯臺(tái)——終檢翻坯機(jī)——燈光檢測旋轉(zhuǎn)臺(tái)——燈光終檢臺(tái)——終檢出坯線——懸臂吸盤吊裝機(jī)——包裝
由于注漿成型脫模時(shí)間一般為8小時(shí)，成型效率相對較低，產(chǎn)量不宜過大。
（2）注凝法生產(chǎn)工藝
注凝法成型在石英坩堝生產(chǎn)中剛剛興起，工藝難度相對較大，不太容易掌握，在石英坩堝的生產(chǎn)工藝中使用相對較少。但這種方法相對于注漿法能大大縮短脫模時(shí)間，提高脫模效率，在大規(guī)模生產(chǎn)中具有一定優(yōu)勢。
注凝法在石英坩堝生產(chǎn)中不易掌握，目前在國內(nèi)有少數(shù)幾家公司在使用該方法。由于在大規(guī)模生產(chǎn)中具有一定優(yōu)勢，它是未來生產(chǎn)工藝的發(fā)展方向。
注凝法一般生產(chǎn)工藝流程：注漿成型——脫�！D(zhuǎn)——初檢——修坯——干燥——煅燒——修邊——終檢——包裝
注凝法生產(chǎn)主要配套生產(chǎn)設(shè)備：不銹鋼模具——懸臂吸盤吊裝機(jī)——脫模翻坯機(jī)——脫模平臺(tái)——初檢線——懸臂吸盤吊裝機(jī)——少空氣干燥器——懸臂吸盤吊裝機(jī)——煅燒爐——懸臂吸盤吊裝機(jī)——修邊機(jī)——懸臂吸盤吊裝機(jī)——終檢進(jìn)坯臺(tái)——終檢翻坯機(jī)——燈光檢測旋轉(zhuǎn)臺(tái)——燈光終檢臺(tái)——終檢出坯線——懸臂吸盤吊裝機(jī)——包裝
（3）工藝對比
由于注漿法成型是靠石膏模吸水來干燥，脫模時(shí)間較長，生產(chǎn)效率較低。注凝法成型是采用鋼模，但在產(chǎn)品配料中配有添加濟(jì)，坯體在生產(chǎn)過程中能快速凝固成型，提高強(qiáng)度，易于快速脫模，且脫模后坯體強(qiáng)度較高，不需要通過固化爐進(jìn)行固化。但這樣產(chǎn)品在煅燒過程中，這些有機(jī)物添加劑會(huì)分解揮發(fā)，從而降低產(chǎn)品的密度與強(qiáng)度。目前國內(nèi)提高成品密度與強(qiáng)度的方法基本得到了解決。由以上對比分析知，兩種生產(chǎn)工藝使用配套設(shè)備基本相同，僅僅是注凝法不需要固化爐對坯體進(jìn)行固化，工藝流程及其他配套設(shè)備基本相同。
三、石英坩堝的使用及維護(hù)
石英坩堝主要化學(xué)成分是二氧化硅，除氫氟酸外不與其它酸作用，易與苛性堿及堿金屬碳酸鹽作用；
石英坩堝對熱的穩(wěn)定性很好，可直接放在火焰上加熱；
石英坩堝容易破碎，使用時(shí)要特別小心；
石英坩堝可以用硫酸氫鉀（鈉），硫代硫酸鈉（在212℃烘干）等作為熔劑，熔融溫度不許超過800℃。
四、石英坩堝需求量分析
從使用壽命上看，石英坩堝壽命理想狀態(tài)400小時(shí)+，較差情況為300小時(shí)左右。(備注：N型硅片對應(yīng)石英坩堝的使用壽命比P型低50-100小時(shí)，即P型硅片的石英坩堝壽命約400小時(shí)，N型硅片的石英坩堝壽命為300-350小時(shí))。
一臺(tái)單晶爐的石英坩堝用量：目前P型硅片一臺(tái)單晶爐平均一個(gè)月使用2個(gè)石英坩堝(720小時(shí))，一年使用24個(gè)石英坩堝。1GW硅片的石英坩堝用量：1GW182硅片產(chǎn)能對應(yīng)100臺(tái)單晶爐，則1GW硅片出貨對應(yīng)使用約2400個(gè)石英坩堝。
五、小結(jié)
石英坩堝主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、光伏等領(lǐng)域。光伏行業(yè)由于產(chǎn)品精密度程度高、技術(shù)發(fā)展快，對石英坩堝的純度、精度要求日益嚴(yán)格。我國的石英制品行業(yè)起步較晚，只有少數(shù)規(guī)�；髽I(yè)的石英坩堝技術(shù)方面達(dá)到先進(jìn)水平。在技術(shù)更迭方面，隨著下游行業(yè)技術(shù)不斷迭代，石英坩堝制造企業(yè)需與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)開發(fā)生產(chǎn)出滿足下游領(lǐng)域需求的產(chǎn)品，滿足下游客戶降本增效的要求，才能保持競爭優(yōu)勢。
參考來源：投資快報(bào)、百度文庫、證券時(shí)報(bào)、
【1】張大虎，等.單晶硅生長用石英坩堝的組成與結(jié)構(gòu)特征.礦物巖石.2016.
【2】莫宇，等.石英坩堝對大直徑直拉硅單晶生長的影響.電子工藝技術(shù).2021.
【3】晶盛機(jī)電2021年年度報(bào)告.
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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