近年來,金剛石因其耐高溫及高導熱率等材料特性在半導體圈備受追捧,眾多企業紛紛貼上“新材料”、“半導體材料”等標簽。然而,金剛石作為半導體材料的應用卻仍處于探索階段。同時,金剛石作為光學材料、航天材料等領域的應用也正在被發掘。
無論何種應用,培育金剛石的市場需求都指向了更大尺寸的成品。目前,高溫高壓法(以下簡稱HPHT法)已經實現了制備3Ct金剛石,1Ct金剛石的技術則已經非常成熟并規;慨a。在1Ct培育金剛石的賽道,HPHT法在成本和產能方面都完全碾壓化學氣相沉積法(以下簡稱MPCVD法)。MPCVD法培育金剛石,目前只在凈度、更大尺寸方面有優勢。
實驗室培育金剛石作為飾品的銷售仍然是企業*快變現的途徑。2024年春天,培育成品鉆的售價略有回升,似乎稍微呈現出一絲“回春”現象。但回看毛胚鉆的出貨市場,培育鉆石企業卻仍然哀鴻遍野,富貴“卷”中求。
當前,1ct培育裸鉆(D色,VVS)在各大電商、直播平臺的售價約為2000元左右,由此可推測7*7mm毛胚鉆的價格約為1000元以內。以一臺6KW的微波等離子體化學氣相沉積設備(簡稱MPCVD設備)的產能來估算,有效沉積直徑為50-60mm,每批次32顆7*7*0.3mm晶種,平均沉積速率以10um/h為計,沉積時間約530小時,成品良率(D\E色以上)80%以上,電費0.9元/KWH,則每批次產值約為:32顆*80%*1000元=25600元,每批次耗電成本約為:530小時*12KW*0.9元/kwh=5724元,再加上場地租金、設備折舊、人工、運營、晶種等成本,企業幾乎無利可圖。
即便如此,中國培育鉆石企業卻仍然增長。根據Statista預測,2023年至2025年,中國培育鉆石毛坯鉆市場規模將由255萬克拉增長至400萬克拉;年復合增速為25.24%。根據前瞻產業研究院預計,到2028年,中國培育鉆石毛坯鉆市場規模將達745.61萬克拉。
當然,行業洗牌也正在悄無聲息地開始,一些企業逐漸退出市場,有的因為建廠初期規劃不完善運營成本高,有的因為工藝不理想,良率低、產能低。
那么,還在堅持MPCVD法的企業,究竟路在何方?答案有且只有一個:降本增效。
一、提高產能
提高產能不是一句空話,*直接的是增加有效沉積面積、提高成品良率,也就是設備改造、工藝改善。改造設備,尤其是改造MPCVD的腔體,對企業來說或許是超綱題。問題似乎無解?放心,已經有作業可抄了,并且是高性價比的改造方案。
改造設備,對企業來說是*省成本的做法就是:只更換腔體,即可獲得更大有效生長面積,原有設備的電控、氣路、水路、機架均無需改動。深圳超磁機器人科技有限公司去年就推出了6KW/10KW通用的圓柱型腔體,企業使用的是6KW電源(一般生長臺φ50-60mm),直接更換10KW電源繼續使用(生長臺φ80mm),6KW磁控頭成功升級為10KW進口磁控頭。
采購新設備也必須考慮將來技術迭代設備的延展性、產能。深圳超磁今年推出的蝶形腔6KW/10KW/15KW均通用,將來工藝升級到15KW時(生長臺φ*大120mm),也只需更換微波源即可。
提高等離子球的能量密度, 沉積速度也能顯著提高產能, 腔體的氣密性和品質有密切影響。沉積臺上方的等離子球是沉積過程的能量來源,同時保證鉬臺上晶種的溫度均勻性,確保腔體內所有晶種快速、均勻生長。一個腔體不單要做氦檢、同時保壓測試也是非常關鍵的。
二、規范現場管理,降低輔助設備能耗
MPCVD車間的輔助設備有:冷卻循環系統、各種工藝氣體制備及純化系統、空壓機組等。MPCVD車間的配套輔助設備能耗與生產設備能耗相當,能耗比約為1:1。輔助設備的配套方案及運行維護不當導致的支出,常常以難以察覺的方式“抵消”企業的利潤。
三、提高自動化水平,降低人力成本
人力成本高昂是當下每個行業都存在的共同點,不少行業都推行了自動化,實驗室培育鉆石也不例外。超磁將機器人與MPCVD設備相結合,組成MPCVD自動化產線。該產線應用雙臂機器人完成自動上下料、清洗腔體等工作。在后臺軟件平臺的調度下,每臺機器人*多可“管理”30臺MPCVD設備,實現24小時不間斷作業。
降本增效是企業轉變管理模式的開始,也是持續進行的過程,更是企業應對市場變化的需要。生產力提升、管理提升、成本控制,是企業發展的永恒主題。培育鉆石企業也一定能在市場的教育和洗禮中走出來,逐漸實現規;、精細化、智能化的高質量的發展,期待在半導體、光學等領域的規;瘧。
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