一、前言
我国信息产业规模目前仅次于美国、日本,位居世界弟三。我国现已成为基于半导体技术的电子产品的全球生产基地。到2003年底,我国已建成集成电路生产线总数达33条(其中8吋线6条、6吋线5条、5吋线7条、4吋线15条),总生产能力超过60万片/月,全行业销售收入达1.88万亿元人民币,比2000年翻了一番。预计到2005年末,国内将建成46条集成电路生产线,其中包括1条12吋生产线(生产能力2万片/月),总生产能力将超过80万片/月,即年生产能力将达到1000万片。近期内中芯还要建设2条12英寸的集成电路生产线。此外,和舰计划于2005年在苏州建设一条12英寸的集成电路生产线,华虹NEC、宏力等也有建设12英寸的集成电路生产线的意图。预计“十一五”期间我国将会建设5~8条12英寸的集成电路生产线,年产量将达到180万片。
信息产业的发展取决于半导体集成电路设计、工艺和装备技术的先进性,取决于制造产品的超净高纯、超微细、超精度,以及对微加工、微缺陷、微含量、微沾污的控制能力和检测手段。而其加工、运输过程包装容器的超净高纯是产品质量的根本保证。虽然我国半导体产业发展迅猛,超净高纯包装及运输材料市场巨大需求也已形成,但始终缺乏专项系统研究,难以形成产业化规模,产品长期依耐进口,成为进一步发展降低成本的瓶颈。因此,要解决半导体行业包装容器等的问题,需要在较高的起点上,通过引进消化吸收,集合制造业、加工工艺研究、检测技术等多方面的优势,进行工程化技术体系的研究,建立生产环境控制、应用测试与分析测试体系等,以便形成专业化和规模化生产。
二、集成电路产业所需塑料材料
在集成电路产业中使用较为广泛的塑料制品有以下几个方面:
1.硅片生产过程中使用的清洗容器、硅片运输与储存容器:主要应用在以下几方面:
① 用于生产线上的清洗(承载器、托架、花篮 Cassette):此类包装容器大多采用PFA、PVDF等可热熔融加工的含氟材料及PEEK材料制造,注射成型加工,使用条件为强酸、强碱、高温;
②用于生产线上的传递(承载器、传递架):较多采用PP、PEEK等材料制造,要求尺寸稳定性好,有的有抗静电要求,注射成型生产,使用条件为常温;
③ 用于运输、储存包装(包装盒Wafer box):采用PP、PBT、PC等材料制造。有的生产线上传递架与运输包装盒内的托架可通用。使用特点是要求材料有一定的机械强度、较高的化学纯净度,在使用过程中不造成被包装物的二次污染,使用温度为-20~70℃。注射成型工艺加工生产。包装硅片用的片盒在集成电路芯片及硅片制造中属于易耗品,使用多数都是一次性的,每25片硅片一个包装。
2.用于集成电路封装、测试和发货的导电、防热或抗静电专用承载器(IC TRAY托盘):
采用聚苯醚(MPPE)、聚醚醚酮(PEEK)等材料注射成型加工生产,是各种新型集成电路如BGA、
PQFP、PGA等封装必用的包装材料,担负着可靠承载(防静电)和转运昂贵集成电路的功能。使用特点为耐受125℃甚至于150℃不变形,外型尺寸精度为1/1000数量级。
3.超净高纯试剂的大小包装:
PP、PE、PVDF及PFA等材料加工的塑料瓶及桶。常规塑料试剂包装容器生产工艺包括吹塑法、挤出-吹塑法、注射-吹塑法、挤出-拉伸-吹塑法、注射-拉伸-吹塑法。用于超净高纯试剂的包装及运输,使用特点是要求材料有一定的机械强度、较高的化学纯净度,在使用过程中不造成被包装物的二次污染。
4.硅片生产过程中装载超净高纯试剂的运输、贮存槽罐:
材料大都采用PTFE、PFA、材料。常规塑料槽罐生产工艺包括板材焊接、旋转成型及在金属容器中粘接耐腐蚀板材制作的防腐内衬
5.超净高纯试剂的外部配套装备(高纯水、试剂输送管道及阀门):
材料大都采用PFA、PVDF及PP、PE材料。采用挤出、注射成型等工艺生产。
对这些常规的塑料加工而言,注射、挤出、吹塑等加工工艺都较为成熟。但对能够满足半导体工业的超净高纯包装运输材料的生产,需要在传统的塑料工艺的基础上,对直接相关的技术进行系统的研究,以满足超净高纯包装材料的生产需要。这些技术包括以下几个方面:
①高纯树脂材料的合成技术;
②高纯度包装运输容器的制备技术(高精度加工设备、规模化的生产工艺控制);
③高洁净的生产环境控制技术;
④应用测试与分析检测技术等。
即生产包装运输材料的生产环境不仅要求达到较高的净化程度,而且制作包装容器的树脂应具有较高的化学纯度,不会有残留的聚合物单体及催化剂、添加的抗氧剂、稳定剂、润滑剂、成核剂及其它杂质在储存存放过程中析出,造成有超净高纯要求的产品二次污染。
三、国内外发展现状开发应用前景
1.硅片生产过程中使用的清洗容器、硅片运输与储存容器:
上个世纪八十年代美国氟器皿(FLUOROWARE)、EMPAK公司、日本柿崎(MakizakiMfg)、华尔卡等公司制成各种规格的PFA硅片承载器、PP等包装盒、PFA量杯、管子、管件等,成为集成电路制造行业清洗工具、量具及其它器件的专业供货商。1999年,FLUOROWARE公司和EMPAK公司合并,成立了英特格公司(ENTEGRIS),发展成为硅片承载器及包装盒行业的垄断企业,几乎囊阔了2~12英寸硅片生产线的承载器和包装容器市场。随着国际上大尺寸硅片的开发、研制和生产,12英寸硅片标准的制订,大尺寸硅片包装容器的设计及加工现已由英特格、柿崎、信越(Shin-Etsupolymer)等公司完成,并已形成规模。所提供的产品均达到“开盒即用”,不需要使用者二次清洗。
硅片包装材料的市场空间随着电子信息技术的发展,目前正在逐渐增大,并发育成熟。它是集成电路配套材料中市场用量较大的一个品种。由于集成电路线宽的不断减小,而包装容器���积在不断加大,而允许存在的固体颗粒物直径越小(理论上允许济大颗粒直径是线宽的1/3),这就对包装容器的高纯性能要求越高,加工生产难度更大。
我国目前硅片主要生产厂家超过10家,集成电路制造超过35家,元器件生产厂家数千家。随着硅片产量的提高,其硅片承载器及包装容器、超净高纯试剂及清洗槽罐的使用量也逐年提高。这些厂家的硅片承载器年用量达到数万件,硅片运输的包装容器年用量近40万套,而这些现大多使用进口产品。预计我国2005年硅片市场需求将扩大到1.3亿至2亿平方英寸,即产量增加了2~3倍,因此硅片承载器和包装容器的用量也将成倍增长,同时大尺寸产品所占比例将越来越大,且需要满足单晶硅抛光片对洁净度的要求。包装材料不同于其他材料,它的济大特点是需要占用较大的空间,这给运输搬运带来较大的问题,造成费用上涨。