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01、認(rèn)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(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)。

02、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——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——終檢翻坯機(jī)——燈光檢測旋轉(zhuǎn)臺——燈光終檢臺——終檢出坯線——懸臂吸盤吊裝機(jī)——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(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——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——終檢翻坯機(jī)——燈光檢測旋轉(zhuǎn)臺——燈光終檢臺——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。

03、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℃。

04、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+，較差情況為300小時左右。(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，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(chǎn)能對應(yīng)100臺單晶爐，則1GW硅片出貨對應(yīng)使用約2400個石英坩堝。