中国粉体网讯 近日，晶盛机电子公司宁夏鑫晶年产16万只的石英坩埚生产基地，一期年产4.8万只大尺寸石英坩埚项目正式投产，二期正式签约。此次石英坩埚项目的投产，将解决国内光伏和半导体产业高品质关键耗材紧缺的现状，极大满足市场需求。
图片来源：晶盛机电
一、认识石英坩埚
石英坩埚实际上就是一种容器，是由高纯石英砂通过模具定型，使用电弧法高温制作而成。具有耐高温、使用时间长、高纯度等特点，主要使用于半导体与太阳能拉制单晶硅棒的辅助性耗材。
石英坩埚可在1450℃以下使用，分为透明和不透明两种。最早期的石英坩埚是全部透明的，这种透明的构造容易导致不均匀的热传输条件，增加晶棒生长的困难度，所以这种坩埚被淘汰使用。
不透明石英坩埚（图片来源：Est官网）
目前，半透明石英坩埚是拉制大直径单晶硅、发展大规模集成电路必不可少的基础材料。当今，世界半导体工业发达国家已用此坩埚取代了小的透明石英坩埚。半透明石英坩埚具有高纯度、耐温性强、尺寸大精度高、保温性好、节约能源、质量稳定等优点。
二、石英坩埚的生产工艺
根据配方工艺的不同，石英坩埚生产成型一般采用注浆或注凝两种方法。这两种生产工艺大体相同。但由于生产方法存在一定的差异性，两种工艺流程对配套设备选型还是有所不同。
（1）注浆法生产工艺
注浆法成型在陶瓷的生产工艺中历史悠久，较为传统，掌握起来相对容易，是目前较普遍采用的生产成型方法。注浆法在石英坩埚生产中得到普遍应用。
注浆法一般生产工艺流程：注浆成型——脱模——翻转——固化——初检——修坯——干燥——煅烧——修边——终检——包装
注浆法生产主要配套生产设备： 不锈钢模具——悬臂吸盘吊装机——脱模翻坯机——脱模平台——固化炉——初检线——悬臂吸盘吊装机——少空气干燥器——悬臂吸盘吊装机——煅烧炉——悬臂吸盘吊装机——修边机——悬臂吸盘吊装机——终检进坯台——终检翻坯机——灯光检测旋转台——灯光终检台——终检出坯线——悬臂吸盘吊装机——包装
由于注浆成型脱模时间一般为8小时，成型效率相对较低，产量不宜过大。
（2）注凝法生产工艺
注凝法成型在石英坩埚生产中刚刚兴起，工艺难度相对较大，不太容易掌握，在石英坩埚的生产工艺中使用相对较少。但这种方法相对于注浆法能大大缩短脱模时间，提高脱模效率，在大规模生产中具有一定优势。
注凝法在石英坩埚生产中不易掌握，目前在国内有少数几家公司在使用该方法。由于在大规模生产中具有一定优势，它是未来生产工艺的发展方向。
注凝法一般生产工艺流程：注浆成型——脱模——翻转——初检——修坯——干燥——煅烧——修边——终检——包装
注凝法生产主要配套生产设备：不锈钢模具——悬臂吸盘吊装机——脱模翻坯机——脱模平台——初检线——悬臂吸盘吊装机——少空气干燥器——悬臂吸盘吊装机——煅烧炉——悬臂吸盘吊装机——修边机——悬臂吸盘吊装机——终检进坯台——终检翻坯机——灯光检测旋转台——灯光终检台——终检出坯线——悬臂吸盘吊装机——包装
（3）工艺对比
由于注浆法成型是靠石膏模吸水来干燥，脱模时间较长，生产效率较低。注凝法成型是采用钢模，但在产品配料中配有添加济，坯体在生产过程中能快速凝固成型，提高强度，易于快速脱模，且脱模后坯体强度较高，不需要通过固化炉进行固化。但这样产品在煅烧过程中，这些有机物添加剂会分解挥发，从而降低产品的密度与强度。目前国内提高成品密度与强度的方法基本得到了解决。由以上对比分析知，两种生产工艺使用配套设备基本相同，仅仅是注凝法不需要固化炉对坯体进行固化，工艺流程及其他配套设备基本相同。
三、石英坩埚的使用及维护
石英坩埚主要化学成分是二氧化硅，除氢氟酸外不与其它酸作用，易与苛性碱及碱金属碳酸盐作用；
石英坩埚对热的稳定性很好，可直接放在火焰上加热；
石英坩埚容易破碎，使用时要特别小心；
石英坩埚可以用硫酸氢钾（钠），硫代硫酸钠（在212℃烘干）等作为熔剂，熔融温度不许超过800℃。
四、石英坩埚需求量分析
从使用寿命上看，石英坩埚寿命理想状态400小时+，较差情况为300小时左右。(备注：N型硅片对应石英坩埚的使用寿命比P型低50-100小时，即P型硅片的石英坩埚寿命约400小时，N型硅片的石英坩埚寿命为300-350小时)。
一台单晶炉的石英坩埚用量：目前P型硅片一台单晶炉平均一个月使用2个石英坩埚(720小时)，一年使用24个石英坩埚。1GW硅片的石英坩埚用量：1GW182硅片产能对应100台单晶炉，则1GW硅片出货对应使用约2400个石英坩埚。
五、小结
石英坩埚主要应用于半导体、光伏等领域。光伏行业由于产品精密度程度高、技术发展快，对石英坩埚的纯度、精度要求日益严格。我国的石英制品行业起步较晚，只有少数规模化企业的石英坩埚技术方面达到先进水平。在技术更迭方面，随着下游行业技术不断迭代，石英坩埚制造企业需与时俱进，及时开发生产出满足下游领域需求的产品，满足下游客户降本增效的要求，才能保持竞争优势。
参考来源：投资快报、百度文库、证券时报、
【1】张大虎，等.单晶硅生长用石英坩埚的组成与结构特征.矿物岩石.2016.
【2】莫宇，等.石英坩埚对大直径直拉硅单晶生长的影响.电子工艺技术.2021.
【3】晶盛机电2021年年度报告.
（中国粉体网编辑整理/星耀）
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