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超大規格熱等靜壓設備投產將為保障全球半導體產能提供技術支撐

2021-07-07 10:26:44 來源：科技日報

隨著技術人員操作機械臂，裝載著一摞摞高純鉭靶材的巨型料架從設備缸體內緩緩升起……6月30日，位于浙江省余姚市，由寧波江豐電子材料股份有限公司（以下簡稱江豐電子）與四川航空工業川西機器有限責任公司（以下簡稱川西機器）聯合研制的超大規格熱等靜壓設備投產。

“這是目前國內有效熱區容積最大的熱等靜壓設備，可制備長度4米的超長規格高純濺射靶材。”江豐電子董事長兼首席技術官姚力軍博士介紹，該設備完全國產化，相關技術參數均達到國際先進水平，可為我國戰略性新興材料的自主可控提供關鍵的工藝裝備。

超大規格設備應需而生

高純濺射靶材是國家中長期發展規劃中明確重點發展的戰略性新興材料，廣泛應用于半導體芯片、平面顯示器、太陽能電池、信息存儲和光學應用等行業。

近年來，國內開始出現少量專業從事高純濺射靶材研發和生產的企業，突破靶材專業技術門檻，已在國內靶材市場占據一定份額。

“一些知名品牌智能手機芯片的制造，用的就是江豐電子生產的高純度濺射靶材。”姚力軍介紹，江豐電子陸續實現了鋁、鈦、鉭、銅、鎢等超高純金屬濺射靶材的研發生產，成為諸多國內外知名廠商的高純濺射靶材供應商。

據介紹，超高純材料的致密化是制備電子信息產業靶材的基礎。熱等靜壓設備可實現高純粉末冶金濺射靶材有效致密化、靶材基板異種金屬大面積擴散焊接，可對超高純原材料的制備提供消除缺陷、達到完美致密工藝要求的設備保障。

“不妨將靶材和熱等靜壓設備比作食材和高壓鍋，現有技術條件下，燒制時間變化不大。為提高制備效率，我們需要更大的‘高壓鍋’，無論制備超長規格的高純濺射靶材、還是小尺寸靶材，都能提高單位時間的產量。”寧波江豐熱等靜壓技術有限公司總經理曹歡歡介紹，目前全球芯片處于短缺的狀態，江豐電子作為芯片制造領域上游企業，力求保障供應鏈穩定。

2018年，江豐電子與川西機器就超大規格熱等靜壓設備進行簽約，其有效熱區工作高度4.5米、直徑1.25米，最高加熱溫度可達1500℃，最大壓力可達2000個大氣壓。

技術攻堅創造極端條件

作為國內靜壓設備研制領域的龍頭企業，川西機器針對該設備在研制過程中可能存在的熱區均勻性、氣體壓力曲線比例控制、加熱部件運輸等三大風險進行分析，制定了相應的技術路線和處置措施，確保該臺超大規格設備研制順利進行。

“這臺設備有效熱區高度為目前國內同類設備熱區最高。”川西機器總工程師吳小平告訴記者，4.5米的高度，使得垂直方向上有效熱區均勻性±10攝氏度的溫度極難保障。

據介紹，技術團隊通過采用加熱爐分區控制、變徑協調和螺旋繞絲等技術措施，解決了這項技術難題。

“有效熱區是在圓柱形的缸體內，外側用保溫棉纏繞、加裝不銹鋼隔熱桶。其中底座實現單獨控溫，加熱方式可參考電水壺底部的電爐絲。”吳小平介紹道，缸體內被劃分為5個溫區，為確保對內部溫度的實時監測，每區配有兩個同時運作的溫度傳感器。

此外，由于高純濺射靶材特殊的工藝需求，要求熱等靜壓設備具有控制精度為±1兆帕的氣體壓力比例控制功能。川西機器技術團隊專門研制了一臺具有高精度比例控制功能的氣體壓縮機以滿足其工藝要求。

“能自主研發這一超大規格熱等靜壓設備，自己以往‘做夢都不敢想’。”姚力軍表示，它實現了對控制、壓力、機械、溫度等多方面技術的整合，補齊了我國在電子材料產業領域的設備短板，將為保障全球半導體產能提供技術支撐。

標簽：熱等靜壓設備半導體產能高純鉭靶材