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七大技术平台(四)丨无机非金属技术平台:后来居上,掌握业界领先核心技术

七大技术平台(四)丨无机非金属技术平台:后来居上,掌握业界领先核心技术 鼎龙控股集团
2021-12-14
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导读:无机非金属技术平台。


无机非金属技术平台


2006年,鼎龙开始研发彩色聚合碳粉。历时6年一次在碳粉领域打破国际,实现了国内彩色碳粉工业化,被称为“国内第一大彩色碳粉生产商”此后,鼎龙承载着这份头衔的使命,随着技术的演进相继更迭了7代碳粉,对于研发来说技术只有起点,每一次的更迭都是一次新的打破。
9年前,碳粉从“单组分系”演进为“双组分系”,日本厂商用载体筑起了“技术护城河”,又一次卡住了中国打印复印耗材的脖子。鼎龙无机非金属材料研发团队用了两年时间,打通了载体芯材到包覆整段工艺实现了量产,成为“世界唯一完全掌握从芯材烧结到载体包覆技术的企业”
9年后,历史的车轮又碾了回来,国外公司利用 CMP抛光液中的主要原材料“研磨粒子”,又一次卡住了国产CMP抛光液材料的脖子。鼎龙无机非金属材料研发团队仅用半年,就追平了国外第六代研磨粒子,成为“国内首个研发出研磨粒子的企业”,新的头衔又将赋予鼎龙新的使命。
01
全球领先的
无机非金属烧结技术

载体是一种内核为铁氧体磁性材料,表面包覆一层高分子树脂的复合材料,是一种涉及多学科,多背景技术的新型材料,国内很多企业因为研发难度大、周期长而放弃。

当时全球能够制造载体的除了OEM厂商,还有日本两家小规模的兼容制造商能够做载体的包覆,而核心材料芯材的制作技术掌握在另外两家日本厂商手里,并且只供应给日本OEM厂商和日本包覆厂商形成高度垄断,这也正是载体被称为“技术护城河”的原因。湖北鼎龙是世界上唯一一家完全掌握从芯材烧结到载体包覆技术的公司。


图丨鼎龙载体电镜图


载体是双组分显影剂中重要的成份之一,既要带电性还要带磁性,借助载体的磁性,碳粉能更好的附着在显影器上,得到更好的印刷效果。而制备载体最核心的芯材所涉及的最重要的技术是无机非金属材料的烧结技术,磁性粉体材料传热慢、温区窄的特点对钟罩炉温度的控制要求极高,1300℃的炉内温度只允许有1℃的偏差。当年,鼎龙高层对无机非金属材料研发团队只有一个要求:“鼎龙不仅要生产出和日本原厂一样品质的载体材料,而且不能购买一台进口设备。”

由于载体硬度高、密度大,国内的设备厂商也从未涉足相关领域,因此设备磨损问题极难处理,由三名博士带领的鼎龙无机非金属材料研发团队开始亲自画设备图,然后送到工厂制样试用,中间经历了无数次失败和推倒重来,有的设备耗时超过一年才基本成型。


图丨鼎龙芯材电镜图


鼎龙制造的“中国载体”掌握了从芯材制备、高分子树脂到芯材包覆的全部技术,产品覆盖了四大复印机品牌的主流黑白机和彩机系列。并且能根据碳粉的不同特性,调整配方,制造兼容性更好、更加适配的载体,甚至能够让打印质量优于原装载体。载体不仅是鼎龙第一个从工艺到设备实现100%国产化的项目,也缔造了全球领先的无机非金属烧结技术。

2014年,建成了国内第一个静电图像显影剂用磁性载体的产业化车间,实现了国产载体工业化。鼎龙的载体班组更是在今年荣获了全国工人先锋号荣誉称号。

鼎龙的载体团队工程师们利用无机非金属材料技术平台在研发载体时积累的晶种制备技术、高硬度材料粉碎技术、纳米粒子分散技术以及将近10年的全球领先烧结技术又进入了CMP抛光液的研发和工业化。



02
研磨粒子
将在第七代实现赶超

二十年多年来鼎龙重视技术,更重视技术整合。鼎龙在CMP领域迄今已经有了10年的技术积累,其中抛光液作为重要的CMP材料,由于核心原材料研磨粒子没有突破而一直没有实现国产化。研磨粒子是典型的无机非金属材料,鼎龙无机非金属团队半年的时间追平了国外30年的研发成果。


图丨鼎龙研磨粒子


抛光液由研磨粒子、添加剂和水组成,其中研磨粒子跟载体中的芯材一样,占据了产品的核心,同样是世界公认的“技术护城河”。根据成分不同,研磨粒子分为氧化硅、氧化铝、氧化铈三大类,其中硅研磨粒子根据生产工艺的不同,又分为高纯硅和水玻璃两种。

高纯硅研磨粒子目前广泛应用于各成熟和先进制程中,只有日本企业能做好,但只对国外抛光液生产企业供应。铝研磨粒子全世界只有美国一家工厂有,而且独家销售给美国抛光液生产企业,应用在28nm HKMG Al制程和14nm W制程等关键制程上。

国外将关键制程磨料进行捆绑销售,导致国内抛光液生产企业普通型号高价买,特殊型号买都买不到,从而达到“卡脖子”的目的。如果不打破这种垄断,国产28nm芯片制程的材料随时可能被断供,14nm及以下先进制程的材料国产化无从谈起。想要真正地打破垄断,只有从抛光液的上游研磨粒子抓起。


图丨鼎龙抛光液


抛光液有超高纯度的要求,金属不纯物控制在PPM级别,也就是百万分之一的级别。水玻璃硅磨料要想稳定,钠离子含量必须控制在10个PPM以内。而高纯硅磨料金属离子含量要做到小于1个PPM,粒径、形貌、表面电荷、聚集度也要达到相应的要求。

铝磨料是世界公认的技术最难攻克的无机非金属材料,也是世界上最高端的磨料。铝磨料的生产制造很困难,不仅工艺流程长,从投料到出产品要十五天时间,而且难点非常多。生产过程中固液相转换多达到六次,而且条件都不一样,需要针对性处理,必须在保证纯度的前提下全部实现。ɑ氧化铝硬度是9,接近世界上最硬的物质金刚石。制备的铝磨料需要使用研磨机,研磨机既要达到纳米尺度的研磨效果,又要保证纯度,其内衬材料和结构的选择是个超级难题,鼎龙无机非金属技术平台用了三个月完成了研磨机定型。

国内一些企业因为技术和资源问题,一直没有研发成功。鼎龙在这款磨料上的突破至少可以在国内磨料领域领先10年。

国外厂商率先掌握了研磨粒子的核心技术,并且已经更迭到了第6代,鼎龙在无机非金属技术材料方面虽然已经有了近10年的技术积累,但技术追赶仍然很困难。研磨粒子作为典型的无机非金属材料,和鼎龙的化学碳粉和载体有很多相似之处。晶种制备技术、烧结形貌控制技术、高硬度材料粉碎技术、纳米粒子分散技术等关键节点都可以从载体和碳粉生产工艺中得到启发。也正是因为鼎龙在材料制备领域长期的经验积累,才能在研磨粒子领域取得快速突破。

在今年年初,鼎龙无机非金属平台核心研发成员在确认了研磨粒子和化学碳粉、载体之间的相关性后,开始驻厂研发,24小时倒班做实验,用平均每天20多个实验创造了一个追平的奇迹,并且极有信心将在第七代实现赶超。经历了上千次实验,鼎龙突破了研磨粒子的所有核心技术实现了产业化,生产出了中国人自己的半导体领域抛光液用磨料,从原材料到设备实现了100%去美化、去日化。

目前鼎龙研磨粒子已经可以做到定制化,在高纯硅磨料为例,已经完全吃透了高纯硅磨料的制备工艺,在形貌、电势、粒径等方面可以根据实际需要调节。



鼎龙无机非金属技术平台目前拥有包括3名博士在内的30多人研发团队,强大的技术水平加上国内大量的市场需求,让国外既没有同等市场需求和同等技术研发能力的企业,几乎无法实现再次超越鼎龙的成就。

20多年来,鼎龙依靠自身强大的技术平台打破了无数核心技术,成功量产了很多“卡脖子”材料。面对国外企业筑成的“技术护城河”,鼎龙全力以赴用最快的速度实现了追平甚至赶超。

鼎龙的七大技术平台就是中国材料行业的“技术护城河”,二十多年来源源不断的技术积累和研发团队不分昼夜刻苦钻研,让这道护城河越发牢固。未来,在关键材料研发之路上,鼎龙会越走越远,越走越稳。


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鼎龙控股集团
鼎龙控股集团,专业从事集成电路芯片及制程工艺材料、光电显示材料、打印复印耗材等研发、生产及服务的国家高新技术企业、国家创新型企业、创业板上市公司(股票代码:300054),旗下拥有10多家全资及参控股子公司。
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