中國粉體網訊 近日，晶盛機電子公司寧夏鑫晶年產16萬只的石英坩堝生產基地，一期年產4.8萬只大尺寸石英坩堝項目正式投產，二期正式簽約。此次石英坩堝項目的投產，將解決國內光伏和半導體產業高品質關鍵耗材緊缺的現狀，極大滿足市場需求。
圖片來源：晶盛機電
一、認識石英坩堝
石英坩堝實際上就是一種容器，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、使用時間長、高純度等特點，主要使用于半導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，這種透明的構造容易導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）
目前，半透明石英坩堝是拉制大直徑單晶硅、發展大規模集成電路必不可少的基礎材料。當今，世界半導體工業發達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、尺寸大精度高、保溫性好、節約能源、質量穩定等優點。
二、石英坩堝的生產工藝
根據配方工藝的不同，石英坩堝生產成型一般采用注漿或注凝兩種方法。這兩種生產工藝大體相同。但由于生產方法存在一定的差異性，兩種工藝流程對配套設備選型還是有所不同。
（1）注漿法生產工藝
注漿法成型在陶瓷的生產工藝中歷史悠久，較為傳統，掌握起來相對容易，是目前較普遍采用的生產成型方法。注漿法在石英坩堝生產中得到普遍應用。
注漿法一般生產工藝流程：注漿成型——脫模——翻轉——固化——初檢——修坯——干燥——煅燒——修邊——終檢——包裝
注漿法生產主要配套生產設備： 不銹鋼模具——懸臂吸盤吊裝機——脫模翻坯機——脫模平臺——固化爐——初檢線——懸臂吸盤吊裝機——少空氣干燥器——懸臂吸盤吊裝機——煅燒爐——懸臂吸盤吊裝機——修邊機——懸臂吸盤吊裝機——終檢進坯臺——終檢翻坯機——燈光檢測旋轉臺——燈光終檢臺——終檢出坯線——懸臂吸盤吊裝機——包裝
由于注漿成型脫模時間一般為8小時，成型效率相對較低，產量不宜過大。
（2）注凝法生產工藝
注凝法成型在石英坩堝生產中剛剛興起，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間，提高脫模效率，在大規模生產中具有一定優勢。
注凝法在石英坩堝生產中不易掌握，目前在國內有少數幾家公司在使用該方法。由于在大規模生產中具有一定優勢，它是未來生產工藝的發展方向。
注凝法一般生產工藝流程：注漿成型——脫模——翻轉——初檢——修坯——干燥——煅燒——修邊——終檢——包裝
注凝法生產主要配套生產設備：不銹鋼模具——懸臂吸盤吊裝機——脫模翻坯機——脫模平臺——初檢線——懸臂吸盤吊裝機——少空氣干燥器——懸臂吸盤吊裝機——煅燒爐——懸臂吸盤吊裝機——修邊機——懸臂吸盤吊裝機——終檢進坯臺——終檢翻坯機——燈光檢測旋轉臺——燈光終檢臺——終檢出坯線——懸臂吸盤吊裝機——包裝
（3）工藝對比
由于注漿法成型是靠石膏模吸水來干燥，脫模時間較長，生產效率較低。注凝法成型是采用鋼模，但在產品配料中配有添加濟，坯體在生產過程中能快速凝固成型，提高強度，易于快速脫模，且脫模后坯體強度較高，不需要通過固化爐進行固化。但這樣產品在煅燒過程中，這些有機物添加劑會分解揮發，從而降低產品的密度與強度。目前國內提高成品密度與強度的方法基本得到了解決。由以上對比分析知，兩種生產工藝使用配套設備基本相同，僅僅是注凝法不需要固化爐對坯體進行固化，工藝流程及其他配套設備基本相同。
三、石英坩堝的使用及維護
石英坩堝主要化學成分是二氧化硅，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400小時+，較差情況為300小時左右。(備注：N型硅片對應石英坩堝的使用壽命比P型低50-100小時，即P型硅片的石英坩堝壽命約400小時，N型硅片的石英坩堝壽命為300-350小時)。
一臺單晶爐的石英坩堝用量：目前P型硅片一臺單晶爐平均一個月使用2個石英坩堝(720小時)，一年使用24個石英坩堝。1GW硅片的石英坩堝用量：1GW182硅片產能對應100臺單晶爐，則1GW硅片出貨對應使用約2400個石英坩堝。
五、小結
石英坩堝主要應用于半導體、光伏等領域。光伏行業由于產品精密度程度高、技術發展快，對石英坩堝的純度、精度要求日益嚴格。我國的石英制品行業起步較晚，只有少數規模化企業的石英坩堝技術方面達到先進水平。在技術更迭方面，隨著下游行業技術不斷迭代，石英坩堝制造企業需與時俱進，及時開發生產出滿足下游領域需求的產品，滿足下游客戶降本增效的要求，才能保持競爭優勢。
參考來源：投資快報、百度文庫、證券時報、
【1】張大虎，等.單晶硅生長用石英坩堝的組成與結構特征.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.2021.
【3】晶盛機電2021年年度報告.
（中國粉體網編輯整理/星耀）
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