上海劲孚化工科技有限公司

     www.shjinfu.com.cn（上海劲孚化工科技  021-57629631）--亚太地区(氟)化工原料与特种新材料专业供应商。

     公司致力于氟树脂工业与其他特种新材料产业的前沿技术与销售，目前主要经营氟塑料（PTFE/FEP/PFA/ETFE/PVDF等）、色母、氟涂料、PEEK、芳纶、碳纤维、玻璃纤维、功能性化学品及其他特种新材料。  

  【劲孚说明】本文讲解电子氟化液、高纯含氟电子化学品及含氟聚合物(PTFE/FEP/PFA/ETFE/PVDF)、含氟电子特气等材料在半导体先进制造的应用。劲孚小编一起与大家分享、共同学习。

  目前含氟材料在半导体制造中发挥着重要的作用，这些含氟材料主要包括高纯含氟湿化学品、电子特气、电子氟化液、新能源电池电解质、含氟电子涂层材料等等，是太阳能、液晶面板、集成电路等相关半导体行业制作过程中的关键性基础化工材料之一。

  今天，已经离国家行动纲领《中国制造2025》马上就剧终了，但至今中国目前的氟化工还是比较弱的。比如氟素离型剂，目前只有陶氏（前道康宁）和信越可以供应；苹果用的Iwatch手表表带只能用科慕的氟橡胶；PTFE基础材料做得好的也就是科慕(杜邦)、大金等国际大厂，更不说高纯度电子级PFA啦；而氟化液是科慕、大金、3M[2025年还停产]、以及索尔维等外资企业。以下由我们上海劲孚化工简单聊聊在半导体先进制造中含氟材料的种类与应用。

1. 1：电子氟化液的种类与特点

  电子氟化液是一类高稳定性的全氟或接近全氟液体，是一种无色、透明、低粘度、不可燃、安全性高的液体。主要用作清洗剂、干燥剂和溶剂；因其具有优异的性能、稳定的化学惰性、良好的导热性能，极低的表面张力，以及系统相容性，广泛应用于：（1）半导体制造封装测试；（2）导热、冷却介质，计算机服务器及电子元器件系统散热介质；（3）溶媒稀释剂、润滑稀释剂等其他用途溶剂；（4）冷热冲击测试液。

  近年来，电子产品的规模扩大与集成度越来越高，为保证电子产品质量，电子产品清洗工业也随之快速发展，早期电子行业通常使用CFC进行清洗，但由于其会造成臭氧层破坏而被禁用，而CFC替代品例如三氯乙烯（TCE）、氢氯氟烃（HCFC）、正溴丙烷（nPB）等仍容易造成环境污染，因此只能作为过渡性替代清洗溶剂，急需采用更加环保的清洗方案。电子氟化液主要是开发低GWP、零ODP的解决方案，包括在发泡剂、清洗剂、冷却液等领域。目前，电子氟化液主要方案为氢氟醚、氢氟碳及其与碳氢等化学品的组合物。

◆ 电子氟化液主要的特点如下图：

  ◆ 环保：首先它是一个液体，而且是一个环保的液体，完全符合当今社会对环保的要求，不破坏臭氧层，ODP值是指臭氧消耗值，GWP是全球气候变暖潜能值；极低的毒性，低于酒精；绝缘不燃；

     ◆ 安全稳定：用作精密清洗剂的氟化液产品，具有较高的溶解力、低表面张力、不易燃性和流体稳定性等优势。一般可以用来洗一些精密或者光学部件，如硬盘，摄像头模组，医疗器械，OLED掩膜板，半导体晶圆芯片，精密马达等等。

1. 2：电子氟化液的应用：在半导体行业发挥着独特作用

  利用其某几项特征，就能开发出一些独特的应用。

  ◆ 用作控温冷却液的氟化液产品：运用于半导体冷媒，服务器浸没式冷却，随着电子设备对数据安全性的需求以及解决日益增加的发热量的问题，氟化液是一个很好的选择，电子设备可以在氟化液里带电工作。杭州阿里的服务器就是用这个冷却方案。而最近高发热的电子币的矿机，高端游戏机等，日益青睐这个方案。

  含氟冷却液具有化学稳定性、不燃、不爆、低介电常数等特点，主要用于半导体、数据中心、化学工业、航天航空等领域，其中比较热门的是用于浸没式冷却液降温技术。浸没式冷却是利用氟化液的高绝缘性特点，将服务器发热器件完全浸没于氟化液中，通过氟化液直接接触和循环传热，来给服务器高效散热，可以不再依赖风扇、空调这些低效方式散热，节能70%以上，使得数据中心的PUE值达到1.07，逼近了理论极限值1.0，大大提升了能源使用效率。在当前“碳达峰、碳中和”的大背景下，未来“能耗指标”和“碳排放指标”将会成为大数据中心核心竞争力所在。浸没式冷却液降温技术不仅可以大幅度降低数据中心用能，同时也可以进一步节约空间，满足大数据中心未来发展趋势。

  ◆ 用作灭火剂的氟化液产品：能对起火现场的数据和设备起到最好的保护。

  ◆ 用作防水涂层的氟化液产品：防水防尘效果可以到IPX45左右，虽然比起一些蒸镀镀层的方案，它也有自己的特点。

  ◆ 用作含氟电子涂层材料：以氟化液当溶剂，配合PPG的原液，可以配成防指纹液产品；作为一个安全的工业液体的稀释。含氟电子涂层材料主要用于电子产品的抗指纹涂层、防污涂层、电子防潮涂层剂等微米或纳米涂层领域。其成分主要为含氟硅氧烷、含氟丙烯酸酯、氟硅油。其中含氟抗指纹液主要是采用全氟聚醚为主要原料进行合成，是主流的电子屏幕的含氟抗指纹液。含氟电子涂层材料在我国电子行业具有广泛的应用，是发展高端电子器件不可或缺的材料。

   以上，只是氟化液应用的一部分，还有很多很多。

   以氟化液当检漏液体，浸入一些精密的电线盒，可以安全检测漏油情况；

   深入电路板细小间隙，有效清洗灰尘等，而不会有短路风险；

   添加入发泡剂，可以使发泡效果更好，空隙均匀，一致性好；

   类似的还可以作为注塑的流平剂，使熟料体系内物料共混效果更佳；

   防静电剂类型的氟化液，高透明，稳定，以及大量使用在高端的光学膜产品，如偏光片等产品。

1. 1：湿电子化学品与半导体制造的超净高纯

   湿电子化学品，是指主体成分纯度大于99.99%、杂质离子含量低于ppm级和尘埃颗粒粒径在0.5微米以下的化学试剂。湿电子化学品是电子化学品领域的分支，是下游制造的关键性基础化工材料，位于产业偏中上游的材料领域，其上游是硫酸、盐酸、氢氟酸、氨水、氢氧化钠、有机物等基本工业原料。半导体制造领域对湿电子化学品要求最高，平板显示领域要求其次，太阳能电池领域要求再次。

  ◆ 湿电子化学品的分类：

  ◆ ①产品分类照组成成分和应用工艺不同，湿电子化学品可分为通用湿电子化学品和功能湿电子化学品。

  ◆ ②纯度分类随着对集成电路线宽的要求越来越密集，其对湿电子化学品的要求越来越高，例如有害离子含量已经从 10^-6（ppm）向 10^-9（ppb）、10^-12（ppt）发展。国际半导体设备和材料组织（SEMI）在 1975 年制定了国际统一的超净高纯试剂标标准。

  SEMI 关于湿电子化学品的产品标准以及有关规格为了能够规范世界电子化学品的标准，国际半导体设备和材料协会(Semiconductor Equipment and Materials International，简称SEMI)于1975年成立了SEMI化学试剂标准化委员会，专门制定、规范了电子化学品的国际标准具体见表；国内含氟超净高纯化学试剂生产企业不多、品种单一没有统一的行业标准，目前主要以全球电子化学品龙头企业-德国巴斯夫的企业标准为主具体见表作为氟聚合物经销行业的领军者，上海劲孚化工科技有限公司一直关注半导体工业前沿信息，了解产业不断发展和创新。

1. 2：氟聚合物在半导体行业的市场与应用

 氟聚物在半导体市场的应用：

▼

   硅片是半导体行业的核心材料，是制造芯片的基本衬底材料，它的生产加工涉及精密抛光、研磨、蚀刻、清洗等工序。晶圆制造过程中会形成强酸强碱、腐蚀性电子气体和化学品，以及局部高温高压的工艺环境，同时集成电路芯片制造生产过程金属离子、有机物颗粒等对芯片制造都有影响，是ppt、纳米级别控制，要求严控任何污染物。氟聚合物高纯度和高稳定性，以及易加工塑形的诸多特性，使其成为某些半导体加工过程中的唯一可用材料，也是唯一的选择。

   氟聚合物在半导体硅片生产过程中的应用，主要分为两部分：

◆ 1、晶圆加工过程中的配件及封装材料：包括晶片花篮、化学品清洗槽、加热器、发泡薄片、过滤器滤芯、离型膜等。

◆ 清洗花篮

  清洗是贯穿半导体产业链的重要工艺环节，用于去除半导体硅片制造、晶圆制造和封装测试每个步骤中可能存在的杂质，提高芯片良率和产品性能，约占所有芯片制造工序的30%以上。其中清洗花篮作为晶片清洗工艺的重要工具，起到承载运输晶片的作用。

◆ 化学品清洗槽

  将晶圆放置于清洗花篮内，再将装有晶圆花篮置于清洗槽中，通过清洗剂和超声波发生装置，在保证不损伤晶片的前提下，达到清洗目的。

◆ 加热器

在半导体清洗工艺中，化学品的加热、保温需要用到半导体专用加热设备，其中除了发热体之外，其余部位材料均使用氟聚合物制成，以满足清洗过程的洁净和稳定要求。

◆ 2、加工所需化学品的储存和输送环节：包括管路、接头、泵、阀门衬套、密封圈，排气装置的防火涂层、贮藏罐等容器内衬，用于电子化学品、特种气体输送等。

半导体电子化学品输送系统（CDS系统）

气体输送系统（HOOKUP系统）

  综上所述，总结：

  氟聚合物在Fab中常被应用于：

-◆高纯度化学品的制造、运输和储存

- ◆ 大宗化学品分销（BCD）

- ◆ 湿法蚀刻、剥离和清洁

- ◆ 化学机械平坦化（CMP）

- ◆ 晶片处理和运输

- ◆ 通信传输线护套绝缘

   PFA、 FEP和PTFE等产品还用于制造适用于高纯度流体处理系统的各种产品，包括从管道到过滤器、传感器以及储存容器等。

1.    

2.   含氟特气是半导体制程的必需品，是电子特种气体的重要组成部分，约占总量的30%左右，在半导体领域主要用于制作清洗剂、蚀刻剂，也可用于制作掺杂剂、成膜材料等。高纯度含氟电子特气作为极大规模集成电路行业必需的清洗和蚀刻气体，可以在芯片制作过程中保障极大规模集成电路的生成，确保电路能够有效发挥作用。含氟电子气体的细分品类众多，主要包括CF4、C2F6、C3F8、C4F8、C4F6、CHF3、SF6、NF3等传统含氟电子气体，以及COF2、ClF3、F2等新型低GWP含氟气体。

3. 
   

   目前全球电子特气市场中含氟电子特气约占其总量的30%左右，含氟电子特气是电子信息材料领域特种电子气体的重要组成部分，主要用作清洗剂、蚀刻剂，也可用于掺杂剂、成膜材料等。由于传统含氟气体大气寿命和GWP (Global Warming Potential)，全球变暖潜能值，指在100年的时间框架内，各种温室气体的温室效应对应于相同效应的二氧化碳的质量)较高，对臭氧层破坏较大，在《京都议定书》框架内面临逐步减量甚至禁用，因此开发新型、安全、环保的含氟电子气体已成为近年来国内外研究和产业化热点。

  传统含氟电子特气有CF4、C2F6、C3F8、C4F8、C4F6、CHF3、SF6、NF3等，新型含氟电子特气有COF2、ClF3、F2等。

  含氟电子特气不但用于半导体工业还用于 LCD分离器件、非晶硅太阳能电池和光导纤维的制造。因高纯单晶硅是一种本征半导体，其导电性能很不理想必须有控制地掺入微量的杂质元素，才能具有所需的电性能。因掺杂剂是有控制地加入，用量极小一般在万分之几到一万分之几，且直接加于硅片内因此质量品质要求甚高，必须是高纯化学品。

  ◆ 电子特气：电子特气在全球晶圆制造材料细分市场中占比约15%，是第三大晶圆制造材料。我国电子特气市场规模约196亿元，2025年达到316.6亿元，2016-2025年CAGR为14.2%。电子特气行业规模的高增速主要系国家政策大力支持与下游行业需求旺盛所致。我国应用于集成电路的电子特气占比约为43%，显示面板、LED、光伏占比分别为21%、13%与6%。此外，ChatGPT及AIGC算力需求增加也将会促使相关企业加大对算力设备的采购，而近年来国内晶圆厂也处于密集扩产的周期，以上诸多因素均会有力带动上游原材料电子特气需求强劲增长。目前，国内电子特气自给率不足15%，但在部分技术上已实现突破。此前制约国内电子特气企业发展的主要因素是认证壁垒和市场壁垒，而在限制政策下国内下游厂商优先选择国内电子特气企业进行配套，认证周期有望缩短。未来，凭借产能扩张速度快、人工及原材料成本低等本土化优势，国产电子特气的渗透率将不断提升。

  ◆ 湿电子化学品：中国电子材料行业协会数据显示，2021年度，全球湿电子化学品使用总量达到458.3万吨，未来全球湿化学品需求增长的主要驱动力来源于多座晶圆厂的建成投产及OLED面板产业的发展，预计到2025年全球湿电子化学品总需求量则将达到697.2万吨。目前全球湿电子化学品市场中欧美传统老牌企业市场份额约为31%，日本企业市场份额约为29%，韩国、中国的市场份额合计约为39%。近年来，国内湿电子化学品企业的生产能力、技术水平及市场规模都得到快速发展，替代欧美、日本同类产品趋势明显。主要产品电子级氢氟酸方面，国内在建及规划的电子级氢氟酸产能较大，但主要为低等级产品，目前国内能够生产UPSSS级（G5级）电子氢氟酸的企业仅5家左右。

  ◆ 氟化液：AIGC及ChatGPT算力液冷服务器进入起步阶段，半导体氟化液清洗剂国产化进程空间广阔。氟化液液冷方面，据我们测算，40kW/柜的机柜单台需氟化液用量约500L。据“大话IDC”测算，液冷服务器迈入规模应用的时间是2026～2027年。从性能上看，氟化冷却液是目前较适合用于数据中心液冷系统的冷却液，浸没式液冷数据中心的加速扩张有望同步带动冷却液（尤其是氟化液）的需求。除冷却液外，氟化液还可用于半导体清洗剂、作为半导体蚀刻工艺中晶圆表面控温的关键供应链原料等。我们认为，电子氟化液中长期国产替代空间广阔，叠加受益于3M计划于2025年全面退出PFAS业务，我国氟化液企业将迎来广阔市场机会。

  过去几年是中国电子工业最迅猛的时期，含氟材料也取得了一定的进步，但是，我们也应该看到，自己国内的高端点的电子化学品的国产化率仅25%左右，这其中有三方面的原因：其一是用户产品评价技术难度大、周期长、费用高；其二是生产企业存在生产过程管控不严格、培训不到位、供应商管理缺失、物流管理较弱、安全环保意识不强，导致产品质量不稳定、供货不及时、在下游用户中信任度不高；其三是研发投入不足，难以突破国际大公司的专利限制和技术壁垒。未来，国内企业上升的空间仍然很大。

   含氟材料大多单品用量较小，市场容量并不大，而国内企业喜欢一哄而上（不管是疫情材料物资还是资本风投疯狂的锂电锂矿？甚至我们国内的半导体？消停的5G？都可以体会现象与教训），容易造成产能过剩，产品价格波动大，不利于行业的稳定持续发展。企业需立足自身优势，做好行业定位，提供个性化产品和服务，并通过持续的研发提升产品质量和供货的稳定性，树立品牌。避免盲目跟风扩产能，在满足我国半导体行业快速发展的同时，实现企业自身的良性发展。

    “一代材料，一代工业”---材料强，则工业强；工业强，则国强。上海劲孚化工科技有限公司，真诚期待与天下人分享交流各种特种新材料。（识别下图中二维码，微信关注“上海劲孚化工科技有限公司”微信公众号吧）