半导体领域高性能聚合物的机遇
时间 : 2021-11-15

芯片短缺是暂时的,但对高性能聚合物的需求将会扩大,尤其是在涉及高温和化学清洗工艺时。

COVID-19 引发的商品替代服务需求,加上供应链中断,导致芯片短缺,预计将持续到明年。可以预见的是,这种供需失衡导致包括台积电和英特尔在内的半导体制造商提高了价格。一些公司甚至开始投资新工厂,新的参与者已经进入该领域以利用商机。所有这些对于高性能塑料 (HPP) 来说都是好消息,包括 PI、PEEK/PEKK、PEI、PAI、PPSU、PESU、PPS、LCP 和 PFA。这些材料在半导体行业有着广泛的应用,尤其是在涉及高温和化学清洗工艺时。这些聚合物在极其恶劣的条件下表现良好,但与陶瓷或石英等材料相比,它们的成本相对较低。

高性能聚合物的多种应用

半导体生产是一个复杂且具有挑战性的三阶段过程——制造、测试和组装——HPP 在其中扮演多种角色。例如,聚合物用于制造湿工作台的部件,即在高温下化学清洁、冲洗和干燥晶圆的机器。HPP 是许多组件的首选材料,例如 CMP 环、晶圆载具、晶圆导向器/梳子、老化测试插座、探针卡和紧固件。此外,由于工艺变化,高温 HPP 在 IC 处理托盘、旋转卡盘和其他产品的生产中越来越受欢迎。HPP 几乎满足所有要求的标准,其中包括:

  • 抵抗恶劣条件(化学、磨损、热等);

  • 低导热性和导电性;

  • 无排气;

  • 耐高温能力;

  • 材料纯度——低粒子生成和离子迁移;

  • 阻燃性;

  • 可加工性;

  • 低吸湿性;

  • 尺寸稳定性。

最近,英国芯片设计公司 ARM Ltd. (Nvidia) 宣布,它已经在聚酰亚胺基板上而不是硅上构建了处理器。如果实施和商业化成功,这可能是另一个有前途的 HPP 应用,因为它具有低成本和大规模生产的潜力。柔性或塑料 CPU 可能在智能设备、实时健康监测设备以及许多其他产品中具有潜在应用。在低功耗自主和连接设备中,它也将是非常受欢迎的。一个可能的挑战是其可用的保质期,这尚未在实际条件下得到证明。

挑战
与某些 HPP 组件相关的主要挑战包括不同聚合物之间的等级选择和价格差异。PPS、PESU、PSU 和 PEI 比 PEAK/PEKK 便宜;然而,后者提供了一些理想的特性。

数量要求不一致且有限;因此,在许多情况下,注塑成型可能不是合适的制造工艺。

此外,新材料的引入很复杂,因为它涉及多个利益相关者。

晶圆尺寸——<150、200、300 和 450 毫米——也是一个复杂的因素。450 毫米晶圆因其尺寸和重量大而已停产。300 毫米晶圆似乎拥有主要的市场份额,预计这种情况将持续下去。

制造设施的规模是一个重要方面,因为这会影响维护和生产周期,并可能影响材料选择。此外,芯片设计的创新——衬底变化(Si 到 SiC 或 GaN)和间距距离的减小以实现更高的引脚密度——可能会推动对材料的偏爱而不是现有产品。在少数情况下,它还可以将温度额定值从 150 - 200°C 提高到 200 - 250°C。

相对便宜的含氟聚合物(PTFE、PVDF 和 ECTFE)在耐化学性至关重要的应用中越来越受欢迎,尽管这些材料存在可加工性问题。PEEK 似乎在市场上占据主导地位,其中高耐热性是材料选择的主要标准,但材料相当昂贵。

发展趋势

随着消费的突然增长,地缘政治活动是造成芯片短缺的原因。对印度、印度尼西亚、菲律宾和越南等发展中国家的新投资将缓解芯片短缺。最初,这些国家将积极参与测试和组装,而不是芯片生产,因为这需要大量的技术知识和广泛的投资。然而,从长远来看,这些新兴经济体将演变为芯片生产商。

美国、西欧、日本和韩国正在加大芯片的区域生产以应对短缺,这肯定会推动对 HPP 的需求。这在测试和组装现场可能比在制造现场更为明显,在制造现场,公司可能会选择坚持使用现有材料以避免与质量相关的不确定性。芯片处理和可持续性方面的高温烘烤过程将推动回收 HPP 的使用,因为使用原生树脂的成本会很高。此外,预计增材制造和新等级开发的出现将生产具有类似性能水平的更好拥有成本的组件。