???在2023全國集成電路及光伏用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會期間，中國粉體網(wǎng)小編注意到石英股份展示了一種名為“高純黑色不透明石英材料”的產(chǎn)品。為什么要把透明漂亮的石英材料做成“黑”的呢？“黑石英”有什么用途？它又是如何制備出來的呢？菲利華2023年報當中為何提到研發(fā)成功了先進半導(dǎo)體制程中的關(guān)鍵材料——“黑石英”呢？

石英股份：“黑石英”在熱管理場合具有獨特的優(yōu)勢

據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局2023年的公告，江蘇太平洋石英股份有限公司申請了一項名為“高純黑色不透明石英玻璃及其制造方法和其使用的染色劑”的專利。

該專利摘要顯示，高純黑色不透明石英玻璃制造方法包括將高純石英玻璃砂進行球磨制漿，以單質(zhì)硅作為染色劑，利用球磨或氣流磨對單質(zhì)硅制漿或加工成粉體，按規(guī)定比例將單質(zhì)硅漿或單質(zhì)硅粉體加入到石英玻璃漿中，在調(diào)漿桶中混合，待均勻化后澆注到石膏模具中實施固化成型，固化后經(jīng)過烘干和煅燒制得高純黑色不透明石英玻璃。

該高純黑色不透明石英玻璃除了具有耐高溫、熱膨脹系數(shù)低、抗熱震性能好、耐腐蝕等特征外，還具有氣孔率低、光學(xué)吸收率高、發(fā)射率高和熱導(dǎo)率低等優(yōu)點。在半導(dǎo)體和光伏硅片制程中的熱管理場合具有獨特的優(yōu)勢，制備成各種部件，可防止熱量泄露，提高工藝過程環(huán)境的熱均勻性。

菲利華：“黑石英”能增加熱管理的自由度

據(jù)湖北菲利華石英玻璃股份有限公司官網(wǎng)產(chǎn)品中心介紹，黑色石英玻璃材料同時具備高純度、高光學(xué)吸收率、高發(fā)射率以及低熱導(dǎo)率，因此可提高工藝環(huán)境的熱均勻性，屏蔽過程中向外輻射熱量，從而增加熱管理的自由度。此外，較其他黑色陶瓷其加工性能更優(yōu)。

東曹石英：尖端科技需要遮光性更高的“黑石英”

東曹石英素材股份有限公司2021年申請了一項名為“黑色石英玻璃及其制造方法”的專利，該專利摘要顯示，黑色石英玻璃包含SiO2為63％～65％（質(zhì)量分數(shù)，下同）、TiO2為18％～24％及Al2O3為12％～17％的組成(SiO2、TiO2及Al2O3合計為100％)，制造方法包括：將SiO2粉體、TiO2粉體及Al2O3粉體混合，將混合粉體填充于模具之后，在無氧氣氛下以最高溫度170℃～1900℃使其熔融，冷卻至室溫而獲得上述黑色石英玻璃。

該技術(shù)的目的是要開發(fā)有效地遮擋紅外線、紅外線熱吸收/蓄熱性優(yōu)異、且能夠制造大型部件、而且不含有導(dǎo)致工序污染的金屬雜質(zhì)的黑色石英玻璃。例如：

1）在半導(dǎo)體制造工藝的熱處理工序中，加熱損失成為問題，在使用了紅外光的加熱工藝中，需要加熱對象物以外的遮擋紅外線照射的遮擋部件、用于對加熱對象物高效加熱的紅外線熱吸收/蓄熱部件；

2）在光纖的連接器中，需要防止由漏光導(dǎo)致的漫反射，但伴隨于光傳輸密度的增加，要求遮光性更高的黑色石英玻璃；

3）在光學(xué)分析用的石英玻璃零件中，隨著零件的微細化/薄型化的發(fā)展，以往的黑色玻璃產(chǎn)生了遮光性不足的情況，要求遮光性更高的黑色石英玻璃。

賀利氏：借助“黑石英”，步入充滿可能性的新世界

據(jù)賀利氏官網(wǎng)產(chǎn)品介紹，其黑石英產(chǎn)品(HBQ?)是一種獨特的黑色不透明石英玻璃復(fù)合材料，具有以下特性：

高光學(xué)吸收率：在從紫外線到可見光，再到中波紅外的廣泛波長范圍內(nèi)，只要3毫米的厚度就能實現(xiàn)95%以上的吸收率。厚度僅為1毫米，吸收率就已超過80%。

高發(fā)射率：在高溫條件下，發(fā)射率值接近黑體發(fā)射器。在很寬的波長范圍內(nèi)，發(fā)射率在80%到90%之間。在2.6微米和2.7微米之間，達到95%。

導(dǎo)熱性：盡管發(fā)射率很高，但HBQ?的導(dǎo)熱率卻很低，這是由材料的二氧化硅特性決定的。導(dǎo)熱系數(shù)低至1.5 W/mK。這提供了獨特的應(yīng)用優(yōu)勢，例如在存在散熱問題的半導(dǎo)體工藝室中，增加了熱管理的自由度。

化學(xué)純度：HBQ?中雜質(zhì)的總含量小于50 ppm，因此批量純度高于99.995%。即使對于最敏感的尖端半導(dǎo)體應(yīng)用，HBQ?也是一種合格可行的材料解決方案。HBQ?不含碳和鐵、鈦、鎢、鉻或鎳等有問題的金屬。

機械加工：與SiC或AlN等其他黑色陶瓷材料相比，HBQ?在加工時間和刀具磨損方面要更快、更經(jīng)濟。這使HBQ?有機會大幅降低總成本。

化學(xué)惰性：與透明熔融石英材料類似，HBQ?對大多數(shù)化學(xué)酸和溶劑具有惰性。例如，與HCl、HNO3或Cl2、H2或O2等氣體不發(fā)生反應(yīng)。在幾乎任何環(huán)境中，HBQ?都能在高達1300°C的溫度下安全可靠地使用。

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