隨著技術(shù)人員操作機(jī)械臂，裝載著一摞摞高純鉭靶材的巨型料架從設(shè)備缸體內(nèi)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(yè)川西機(jī)器有限責(zé)任公司(以下簡稱川西機(jī)器)聯(lián)合研制的超大規(guī)格熱等靜壓設(shè)備投產(chǎn)。

“這是目前國內(nèi)有效熱區(qū)容積最大的熱等靜壓設(shè)備，可制備長度4米的超長規(guī)格高純?yōu)R射靶材。” 江豐電子董事長兼首席技術(shù)官姚力軍博士介紹，該設(shè)備完全國產(chǎn)化，相關(guān)技術(shù)參數(shù)均達(dá)到國際先進(jìn)水平，可為我國戰(zhàn)略性新興材料的自主可控提供關(guān)鍵的工藝裝備。

超大規(guī)格設(shè)備應(yīng)需而生

高純?yōu)R射靶材是國家中長期發(fā)展規(guī)劃中明確重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興材料，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片、平面顯示器、太陽能電池、信息存儲(chǔ)和光學(xué)應(yīng)用等行業(yè)。

近年來，國內(nèi)開始出現(xiàn)少量專業(yè)從事高純?yōu)R射靶材研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)，突破靶材專業(yè)技術(shù)門檻，已在國內(nèi)靶材市場占據(jù)一定份額。

“一些知名品牌智能手機(jī)芯片的制造，用的就是江豐電子生產(chǎn)的高純度濺射靶材。” 姚力軍介紹，江豐電子陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了鋁、鈦、鉭、銅、鎢等超高純金屬濺射靶材的研發(fā)生產(chǎn)，成為諸多國內(nèi)外知名廠商的高純?yōu)R射靶材供應(yīng)商。

據(jù)介紹，超高純材料的致密化是制備電子信息產(chǎn)業(yè)靶材的基礎(chǔ)。熱等靜壓設(shè)備可實(shí)現(xiàn)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(kuò)散焊接，可對超高純原材料的制備提供消除缺陷、達(dá)到完美致密工藝要求的設(shè)備保障。

“不妨將靶材和熱等靜壓設(shè)備比作食材和高壓鍋，現(xiàn)有技術(shù)條件下，燒制時(shí)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(guī)格的高純?yōu)R射靶材、還是小尺寸靶材，都能提高單位時(shí)間的產(chǎn)量。” 寧波江豐熱等靜壓技術(shù)有限公司總經(jīng)理曹歡歡介紹，目前全球芯片處于短缺的狀態(tài)，江豐電子作為芯片制造領(lǐng)域上游企業(yè)，力求保障供應(yīng)鏈穩(wěn)定。

2018年，江豐電子與川西機(jī)器就超大規(guī)格熱等靜壓設(shè)備進(jìn)行簽約，其有效熱區(qū)工作高度4.5米、直徑1.25米，最高加熱溫度可達(dá)1500℃，最大壓力可達(dá)2000個(gè)大氣壓。

技術(shù)攻堅(jiān)創(chuàng)造極端條件

作為國內(nèi)靜壓設(shè)備研制領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，川西機(jī)器針對該設(shè)備在研制過程中可能存在的熱區(qū)均勻性、氣體壓力曲線比例控制、加熱部件運(yùn)輸?shù)热箫L(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，制定了相應(yīng)的技術(shù)路線和處置措施，確保該臺(tái)超大規(guī)格設(shè)備研制順利進(jìn)行。

“這臺(tái)設(shè)備有效熱區(qū)高度為目前國內(nèi)同類設(shè)備熱區(qū)最高。”川西機(jī)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(qū)均勻性±10攝氏度的溫度極難保障。

據(jù)介紹，技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過采用加熱爐分區(qū)控制、變徑協(xié)調(diào)和螺旋繞絲等技術(shù)措施，解決了這項(xiàng)技術(shù)難題。

“有效熱區(qū)是在圓柱形的缸體內(nèi)，外側(cè)用保溫棉纏繞、加裝不銹鋼隔熱桶。其中底座實(shí)現(xiàn)單獨(dú)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(nèi)被劃分為5個(gè)溫區(qū)，為確保對內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，每區(qū)配有兩個(gè)同時(shí)運(yùn)作的溫度傳感器。

此外，由于高純?yōu)R射靶材特殊的工藝需求，要求熱等靜壓設(shè)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(jī)器技術(shù)團(tuán)隊(duì)專門研制了一臺(tái)具有高精度比例控制功能的氣體壓縮機(jī)以滿足其工藝要求。

“能自主研發(fā)這一超大規(guī)格熱等靜壓設(shè)備，自己以往‘做夢都不敢想’。”姚力軍表示，它實(shí)現(xiàn)了對控制、壓力、機(jī)械、溫度等多方面技術(shù)的整合，補(bǔ)齊了我國在電子材料產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備短板，將為保障全球半導(dǎo)體產(chǎn)能提供技術(shù)支撐。(洪恒飛 徐添怡 記者 江 耘)