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新知丨日韩之争被作“杀手锏”,氟化氢、光刻胶、氟聚酰亚胺是什么宝贝东西?
2019/07/23 22:02  新华报业网  

  7月初,日本宣布对韩加强出口管制,集中在三类化工品:用于制造智能手机及电脑显示屏所必须的“氟聚酰亚胺”、制造半导体所必须的“光刻胶”和用于半导体清洗等的“高纯度氟化氢”。

  日本为何精心挑选这三种材料?手机半导体产业还有哪些关键材料?

  氟化氢到是什么材料?

  氟化氢是一种化学制剂,其有毒性,极易挥发,氟化氢用途非常广泛,其中高纯度的氟化氢对半导体材料的生产至关重要,氟化氢主要用来切割半导体基板,在半导体产品制造的600多道工序中,使用氟化氢的次数有时多达十多次。

  氟化氢在半导体制造中是如何应用的呢?首先半导体行业使用的氢氟酸是指高纯度的电子级氟化氢,电子级就是金属杂质含量小于100ppb(十亿分之一)的中小规模集成电路及电子元件加工工艺。

  在半导体制造工艺中,氟化氢主要用于去除不必要化学物质、等离子刻蚀、光刻胶图案等。目前半导体制造主流的两种蚀刻技术分别是“干式蚀刻”和“湿式蚀刻”。

  干式蚀刻通常称为反应离子刻蚀,使用通常含有卤素原子的等离子体活化的刻蚀气体,选择性地去除一部分材料。优点在于精度高,安全。缺点是产能低,成本高。湿式蚀刻则使用酸或碱的水溶液来快速除去大量材料或完全去除特定材料。优点是便宜,产能高。缺点则是精度低,危险性高,蚀刻用化学品不宜长期储存。高纯度氟化氢在半导体制造中最主要的用途,就是湿式蚀刻。

  颇为关键的是,氟化氢腐蚀性极强,只能保存于铅制容器和某些有机材料,没办法长期保存,此前韩国半导体企业都是小批量从日本进口的。据公开报道,科技巨头三星还剩大约一个月的氟化氢用量,如果到时候还不能解决氟化氢的供应问题,只能采取减产、甚至停产,那就会造成巨额损失。

  电子级氟化氢是在氢氟酸的基础上加工生产的,制造技术难度更大。目前,我国所用的电子级氟化氢几乎完全依赖日本、美欧等地。包括氟化聚酰亚胺和光刻胶在内的三种材料,其中日本企业占据的份额高达90%、少的也有70%,因此这三种材料日本企业处于垄断地位。

  三重壁垒,小小光刻胶成“难中之难”

  除氟化氢之外,氟化聚酰亚胺和光刻胶可用于OLED(有机发光二极管)面板生产,其中氟化聚酰亚胺是透明CPI(折叠屏手机盖板)膜的原材料。随着5G时代的到来,功能强大、显示面广、便于携带的折叠屏成为手机行业发展的新趋势。而氟聚酰亚胺是手机折叠屏成败的关键。聚酰亚胺具有耐温性强、热膨胀系数低、水氧阻隔性强等优点,是目前常见的柔性电路板基板材料。而普通聚酰亚胺薄膜是棕黄色的,透光率小于70%,无法作为显示器盖板使用。而如果在其聚合单体中引入含氟基团,破坏联苯单元的共平面性,使材料吸光范围蓝移,得到99%以上透光的含氟聚酰亚胺材料,才能制造出满足折叠屏盖板要求的透明聚酰亚胺薄膜,也就是氟聚酰亚胺。

  光刻胶也是制造半导体必需材料;相比氟化氢和氟聚酰亚胺,光刻胶更为关键,且要有所突破也更难。光刻胶的主要应用场景有半导体、显示面板、PCB(印制线路板)。光刻胶在集成电路产业的应用都是在制造环节,未来硅晶圆厂数量的增多也意味着光刻胶的使用量增加,随着产业转移进程的深化,未来国内也将成为集成电路光刻胶的主要使用国。

  但国内光刻胶的供应,仍然状况堪忧。2015年,中国本土光刻胶产品,主要还集中在低端印制线路板光刻胶,印制线路板光刻胶市场份额高达 94.4%;排名第二的LCD (液晶显示器)光刻胶,市场份额仅为 2.7%;半导体光刻胶市场,更是只有1.6%,目前依然没有太大的改观。

  小小的光刻胶为我国何不能自给自足,其根本原因在于,制造合格光刻胶的多重壁垒——技术壁垒、资金壁垒、客户壁垒。

  光刻胶及其专用化学品的化学结构特殊、品质要求高、微粒子及金属离子含量极低、生产工艺复杂,因此技术门槛不是一般的高。

  光刻胶研发需要有配套的光刻机、掩膜板及其他工艺。全球最先进的光刻机是EUV(极紫外光刻)光刻机,这台机器以波长为10-14纳米的极紫外光作为光源的光刻技术。国际上只有荷兰阿斯麦公司可以制造,一台极紫外光刻机价值1亿美元,且供不应求。

  虽然国内还达不到研究极紫外光刻的研制能力,但想要研制更先进的光刻胶,那后续投入的资金规模将相当的大。除了配套设备需要花钱,人才的聘请也需要大量的资金。这两样都有共同的特点,先进的光刻设备价钱极高、高端人才的薪资也非常高,但都是供不应求,市场稀缺的。

  当光刻胶达到要求的技术水平后,需要与下游客户联系,客户同意后要进行测试,这个检测、验证的过程一般长达2-3年,在这么长时间内,需要安排人员跟踪、产线配合,验证成本太高。因此,光刻胶技术难度大,开发需要较大的资金成本、时间成本、人力成本。

  国内光刻胶企业虽然数量不多,但规模基本上都能达到一定水平。业内人士表示,随着国产原材料企业的研发突破以及国内下游企业一致性支持国产,光刻胶被国外垄断的情况不会维持太久。

  5G时代将至,手机产业链还有7大关键材料

  截至2019年4月底,已经诸多终端厂商发布了5G原型机。5G智能手机将会在2年内爆发一波换机潮。5G时代下哪些材料将会成为智能手机的关键核心?统计发现,有高频基板、导热散热材料、3D玻璃等7大材料其关键因素。

  手机屏幕折叠需要用到OLED材料,但发光材料单体升华技术的技术壁垒最高,单体材料主要被国外企业所垄断,国内只能生产OLED材料的中间体和粗单体等低端材料。

  5G时代即将到来,传统基材会使信号的传输损耗较大而产生“失真”现象,需要使用电磁频率较高的特种线路板,即高频基板。国内在高频基板产业主要集中在中低端高频材料,高端材料还依赖进口。

  5G时代智能手机集成度、信号传输密度不断提升,内部芯片间距越来越小,导致手机内部的电磁干扰越来越严重,因此电磁屏蔽材料也是5G智能手机的刚需。

  导热散热材料主要用于发热源和散热器的接触界面之间,通过使用导热系数远高于空气的热界面材料,提高电子元器件的散热效率。5G智能手机功能越来越复杂,芯片和模组的集成度和零部件密集程度积聚提升,导致设备功耗和发热密度也不断提升,因此手机散热材料的需求也会大幅增长。

  3D玻璃作为手机外壳材料具有轻薄、透明洁净、抗指纹、防眩光、耐候性佳的优点,目前主流品牌的高端机型大多采用3D玻璃作为前后盖材质。

  陶瓷作为手机外壳材料具有良好的质感,其耐磨性好、散热性能好,能够很好的满足5G通信和无线充电技术对机身材料的要求。

  现在广为人知的手机无线充电技术依靠的是磁性材料,其作用主要有两个:制作成隔磁片防止金属电视中形成涡流损耗发热,避免产生安全隐患;增加线圈之间磁通量,提高充电效率和有效充电距离。

  交汇点记者 张宣

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责编:周莉娜

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