商品介绍

太阳能长晶用石英坩锅(quartz crucible) Lab. 技术

结晶矽太阳电池使用之矽晶材料,因晶体结构的差异,可分为单晶矽(mono-crystalline)与多晶矽(multi-crystalline)两种,前者将矽原料熔融后再以拉晶方式制作出单晶晶棒,后者是将矽原料熔融后以较低温凝固成形的多晶晶锭,目前在使用上约有60%是以价格较低多晶矽片为主。

 

从长晶(crystal growth)技术趋势来看,仍是以多晶矽(Multi-Si)为最多,其次则是单晶矽,薄膜(Thin Films)Ribbon Si则合占不足10%。要生产单晶矽(mono-Si)的技术有Float Zone(FZ)Czochralski(CZ),而多晶矽则有IngotRibbon法,其中除了Ribbon法外,其余的都需要切片(Slice)。现今CZ法以直径125 mm为常见,未来则以直径156 mm为目标,而Ingot未来则朝向208mmRibbon所制成的较小,未来应朝向125mm

 

至於多晶铸造技术方面,则是加大铸晶炉与缩短cycle time般对於250~300 kg的多晶铸造而言,晶体成长速度为0.1~0.2 mm/min,其晶体生长时间为35~45 hr。石英坩锅(quartz crucible)在晶体成长(1400)前不可发生有破裂现象,否则会产生漏汤现象,故石英坩锅为多晶铸造制程的重要耗材,兴美材料(MeiTEK)目前已建立采用高纯度石英粉末,透过精密陶瓷成形制程,经高温烧结(sintering)得到合适的结晶度(crystalline)的实验技术,可以与相关业者进行合作开发大尺寸石英坩锅。

无机材料粉末脱脂及烧结代工服务(debinding and sintering OEM)

 

粉末烧结(powder sintering)是指:将粉末原料(raw powder) 经过成型(forming)、加热到低於熔点的温度,产生固结(solidification),同时产生气孔率(porosity) 下降、收缩率及密度提高的(1)致密化(densification)(2)晶粒增大的晶粒成长(grain growth)两项过程,进而形成坚固的烧结体(sintered body)

在一般机械五金应用的陶瓷零件与低温共烧(low temperature co-fired)的电子陶瓷基板上,其经过干压(die pressing)或射出(injection molding)与刮刀成型(tape casting)制程所得到的生胚(green body)都要经过500~600的脱脂(debinding)与高温1200~1500的烧结,才得到致密的烧结元件。

兴美材料(MeiTEK)可以提供少量多样的脱脂烧结代工服务,协助客户在开发新产品,研发最佳化烧结曲线(sintering profile),建构适当的烧结产能与设备。

 

LED 散热氮化铝基板(AlN substrate)烧结代工服务

由於LED模组在电子产品的应用体积缩小,以及照明用高功率化的持续发展趋势,使得散热问题越趋严重,因此散热基板成为许多厂家争相开发与投入生产的项目。照明使用的高功率LED其每颗晶片的功率都达到1Wヽ3Wヽ5W,甚至更高;因此封装基板的材质就成为关键因素。传统PCB基板的材质为玻璃纤维与环氧树脂,其导热性质不佳,亦即不适合用於高功率LED的封装,因此金属基板与陶瓷基板就逐渐发展,并成为主流。 氮化铝具有高热传导率(170~230 w/m.k),与矽相接近的热膨胀系数(3.5~5.7 ppm/℃),因此被广泛应用在微电子电路基板的封装材料,高功率电子元件散热材料,未来将取代其他陶瓷基板材料。
氮化铝 (AlN) 粉末极易受到环境水解而反应形成氢氧化铝,Al(OH)3,并放出氨气(NH3);其会使得含氧量(oxygen content)增加,进而造成热传导系数下降,因此AlN 粉末需要作抗湿或改质,以改善水解之问题。

 若要得到高热传导率 (>180 w/m.k) 之AlN 基板需要控制以下事项:
(1) 提高致密性>98%理论密度(3.26 g/cc),其可以藉由添加过渡金属氧化物或稀土金属(rare earth)之氧化物作为烧结助剂,如氧化钇 (Y2O3 ),在高温形成液相烧结(liquid phase sintering),在晶界形成二次相 (secondary phase)

(2) 降低含氧量 (小於0.2 wt%),可以控制在一高富含氮气氛下,同时采用BN 载具将AlN 基板放置其中,以减少晶格氧 (lattice oxygen) 之产生,同时降低石墨热场所造成的碳污染,

氮化铝(AlN)具有六方晶系Wurtzite 结构,为一共价键陶瓷材料,熔点极高.极难烧结,因此要提高其烧结温度 (大於1800℃),才能烧结致密,此种气氛烧结炉通常为日本或德国进口,而目前兴美材料(MEITEK)整合国内、外资源,可以提供以下AlN 烧结解决方案(total solution)
(1) AlN 粉末抗湿处理 (hydrolysis) 技术
(2) AlN 烧结用稀土金属氧化物粉末助烧结剂
(3) AlN 烧结用binder free 氮化硼 (boron nitride) 载具 (可依客户需求订制)
(4) AlN 基板高温气氛烧结代工

如需了解氮化铝基板与其他封装材料基板物理性质,请点选click here

粉末射出成形(powder injection molding,PIM)技术 Total Soultion

金属(陶瓷)粉末射出成形技术(MIM/CIM) 是将塑料成形、高分子流变学(rheology)、粉末冶金(powder metallurgy)等多项技术整合而成的一种新净成形(net near shape)技术,其透过
(1)金属或陶瓷粉末与高分子材料混练(kneading)成胚料(feedstocks)
(2)然后在模具中射出成形胚件(green parts)
(3)再进行脱脂(debinding)
(4)最后以真空烧结(vacuum sintering)或常压烧结
得到各种形状复杂且致密之元件。                             
兴美材料目前整合金属与陶瓷粉末射出相关技术团队与制程设备(射出机、烧结炉),已成功开发出(1)    金属纺织机零件、针车零件、气电动工具零件
(2)    生物医疗器材(如腹腔镜手术器械、外科手术器械)
(3)    精密陶瓷手工具、刀具、表壳表链、高尔夫打击片、发剪片、3C结构陶瓷、防弹片
(4)    高级色泽氧化锆陶瓷表带
 等相关产品,同时可以提供客户开发相关金属(Fe-Ni alloy, Stainless steel, High speed steel, SKD11, WC)或陶瓷(ZrO2, Al2O3)粉末射出成形技术之total solution

如需了解粉末射出成形技术与其他制程技术之比较,请点选cilck here

 

技术服务(Technical Support)

兴美材料(MEITEK)可以提供以下之技术服务方式与内容
(a) 合作开发案例
(1) 太阳电池(solar cell)长晶铸造用石英坩锅(quartz crucible)开发制作
(2) LED 散热用氮化铝(Aluminum Nitride)基板烧结技术开发制作
(b) 委托开发案例
(1) 真空吸盘(vacuum chuck)用多孔陶瓷(porous ceramics)设计与制作
(2) 黑色氧化锆粉末(Black zirconia powder)合成与元件制作
(3) 氢氧基磷灰石-氧化锆(Hydroxyapatite-Zirconia)生医复合材料成形与烧结制作
(c) 技术移转案例
(1) 陶瓷粉末干燥(spray drying)与造粒(granule)技术
(2) 陶瓷粉末研磨分散(dispersion)技术
(3) 陶瓷粉末胶体成形(colloidal process)技术
(4) 陶瓷粉末品管(quality control)与分析技术
(5) 陶瓷刀(ceramic knives)设计开发与制作技术
(6) 氧化锆陶瓷元件研磨抛光(polishing)配方技术
(7) 熔融氧化矽(fused silica)元件成形与烧结(sintering)技术