一、前言
我國信息產業規模目前僅次於美國、日本,位居世界弟三。我國現已成為基於半導體技術的電子產品的全球生產基地。到2003年底,我國已建成集成電路生產線總數達33條(其中8吋線6條、6吋線5條、5吋線7條、4吋線15條),總生產能力超過60萬片/月,全行業銷售收入達1.88萬億元人民幣,比2000年翻了一番。預計到2005年末,國內將建成46條集成電路生產線,其中包括1條12吋生產線(生產能力2萬片/月),總生產能力將超過80萬片/月,即年生產能力將達到1000萬片。近期內中芯還要建設2條12英寸的集成電路生產線。此外,和艦計劃於2005年在蘇州建設一條12英寸的集成電路生產線,華虹NEC、宏力等也有建設12英寸的集成電路生產線的意圖。預計“十一五”期間我國將會建設5~8條12英寸的集成電路生產線,年產量將達到180萬片。
信息產業的發展取決於半導體集成電路設計、工藝和裝備技術的先進性,取決於製造產品的超淨高純、超微細、超精度,以及對微加工、微缺陷、微含量、微沾汙的控製能力和檢測手段。而其加工、運輸過程包裝容器的超淨高純是產品質量的根本保證。雖然我國半導體產業發展迅猛,超淨高純包裝及運輸材料市場巨大需求也已形成,但始終缺乏專項係統研究,難以形成產業化規模,產品長期依耐進口,成為進一步發展降低成本的瓶頸。因此,要解決半導體行業包裝容器等的問題,需要在較高的起點上,通過引進消化吸收,集合製造業、加工工藝研究、檢測技術等多方麵的優勢,進行工程化技術體係的研究,建立生產環境控製、應用測試與分析測試體係等,以便形成專業化和規模化生產。
二、集成電路產業所需塑料材料
在集成電路產業中使用較為廣泛的塑料製品有以下幾個方麵:
1.矽片生產過程中使用的清洗容器、矽片運輸與儲存容器:主要應用在以下幾方麵:
① 用於生產線上的清洗(承載器、托架、花籃 Cassette):此類包裝容器大多采用PFA、PVDF等可熱熔融加工的含氟材料及PEEK材料製造,注射成型加工,使用條件為強酸、強堿、高溫;
②用於生產線上的傳遞(承載器、傳遞架):較多采用PP、PEEK等材料製造,要求尺寸穩定性好,有的有抗靜電要求,注射成型生產,使用條件為常溫;
③ 用於運輸、儲存包裝(包裝盒Wafer box):采用PP、PBT、PC等材料製造。有的生產線上傳遞架與運輸包裝盒內的托架可通用。使用特點是要求材料有一定的機械強度、較高的化學純淨度,在使用過程中不造成被包裝物的二次汙染,使用溫度為-20~70℃。注射成型工藝加工生產。包裝矽片用的片盒在集成電路芯片及矽片製造中屬於易耗品,使用多數都是一次性的,每25片矽片一個包裝。
2.用於集成電路封裝、測試和發貨的導電、防熱或抗靜電專用承載器(IC TRAY托盤):
采用聚苯醚(MPPE)、聚醚醚酮(PEEK)等材料注射成型加工生產,是各種新型集成電路如BGA、
PQFP、PGA等封裝必用的包裝材料,擔負著可靠承載(防靜電)和轉運昂貴集成電路的功能。使用特點為耐受125℃甚至於150℃不變形,外型尺寸精度為1/1000數量級。
3.超淨高純試劑的大小包裝:
PP、PE、PVDF及PFA等材料加工的塑料瓶及桶。常規塑料試劑包裝容器生產工藝包括吹塑法、擠出-吹塑法、注射-吹塑法、擠出-拉伸-吹塑法、注射-拉伸-吹塑法。用於超淨高純試劑的包裝及運輸,使用特點是要求材料有一定的機械強度、較高的化學純淨度,在使用過程中不造成被包裝物的二次汙染。
4.矽片生產過程中裝載超淨高純試劑的運輸、貯存槽罐:
材料大都采用PTFE、PFA、材料。常規塑料槽罐生產工藝包括板材焊接、旋轉成型及在金屬容器中粘接耐腐蝕板材製作的防腐內襯
5.超淨高純試劑的外部配套裝備(高純水、試劑輸送管道及閥門):
材料大都采用PFA、PVDF及PP、PE材料。采用擠出、注射成型等工藝生產。
對這些常規的塑料加工而言,注射、擠出、吹塑等加工工藝都較為成熟。但對能夠滿足半導體工業的超淨高純包裝運輸材料的生產,需要在傳統的塑料工藝的基礎上,對直接相關的技術進行係統的研究,以滿足超淨高純包裝材料的生產需要。這些技術包括以下幾個方麵:
①高純樹脂材料的合成技術;
②高純度包裝運輸容器的製備技術(高精度加工設備、規模化的生產工藝控製);
③高潔淨的生產環境控製技術;
④應用測試與分析檢測技術等。
即生產包裝運輸材料的生產環境不僅要求達到較高的淨化程度,而且製作包裝容器的樹脂應具有較高的化學純度,不會有殘留的聚合物單體及催化劑、添加的抗氧劑、穩定劑、潤滑劑、成核劑及其它雜質在儲存存放過程中析出,造成有超淨高純要求的產品二次汙染。
三、國內外發展現狀開發應用前景
1.矽片生產過程中使用的清洗容器、矽片運輸與儲存容器:
上個世紀八十年代美國氟器皿(FLUOROWARE)、EMPAK公司、日本柿崎(MakizakiMfg)、華爾卡等公司製成各種規格的PFA矽片承載器、PP等包裝盒、PFA量杯、管子、管件等,成為集成電路製造行業清洗工具、量具及其它器件的專業供貨商。1999年,FLUOROWARE公司和EMPAK公司合並,成立了英特格公司(ENTEGRIS),發展成為矽片承載器及包裝盒行業的壟斷企業,幾乎囊闊了2~12英寸矽片生產線的承載器和包裝容器市場。隨著國際上大尺寸矽片的開發、研製和生產,12英寸矽片標準的製訂,大尺寸矽片包裝容器的設計及加工現已由英特格、柿崎、信越(Shin-Etsupolymer)等公司完成,並已形成規模。所提供的產品均達到“開盒即用”,不需要使用者二次清洗。
矽片包裝材料的市場空間隨著電子信息技術的發展,目前正在逐漸增大,並發育成熟。它是集成電路配套材料中市場用量較大的一個品種。由於集成電路線寬的不斷減小,而包裝容器體積在不斷加大,而允許存在的固體顆粒物直徑越小(理論上允許濟大顆粒直徑是線寬的1/3),這就對包裝容器的高純性能要求越高,加工生產難度更大。
我國目前矽片主要生產廠家超過10家,集成電路製造超過35家,元器件生產廠家數千家。隨著矽片產量的提高,其矽片承載器及包裝容器、超淨高純試劑及清洗槽罐的使用量也逐年提高。這些廠家的矽片承載器年用量達到數萬件,矽片運輸的包裝容器年用量近40萬套,而這些現大多使用進口產品。預計我國2005年矽片市場需求將擴大到1.3億至2億平方英寸,即產量增加了2~3倍,因此矽片承載器和包裝容器的用量也將成倍增長,同時大尺寸產品所占比例將越來越大,且需要滿足單晶矽拋光片對潔淨度的要求。包裝材料不同於其他材料,它的濟大特點是需要占用較大的空間,這給運輸搬運帶來較大的問題,造成費用上漲。