孙卫东 黄萍 朱道峰 刘哲伟 刘秋晨
北京市塑料研究所
一、前言
我国信息产业规模目前仅次于美国、日本，位居世界第三。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，担负着安全承载（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（Makizaki Mfg）、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，FLU
OROWARE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-Etsu polymer）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，而包装容器体积在不断加大，而允许存在的固体颗粒物直径越小（理论上允许最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，它的最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。
图1：硅片承载器
目前我国硅片包装容器还需要进口，但已经有了一些专业生产硅片包装盒、承载器的企业，可提供部分尺寸包装容器（小规格尺寸如3英寸、4英寸和5英寸），但均未达到洁净测试要求，所以大部分包装容器都需要进口，特别是大直径（6、8、12英寸）的包装容器。
图2： 硅片包装容器
2.用于集成电路封装用承载器（IC TRAY）：
集成电路封装用承载器（IC TRAY 托盘）是封装、测试、发货的导电或防静电的专用容器， 随着集成电路和芯片封装技术的快速发展，对其材料的性能、质量等都提出了更高的要求。要求材料具有相当高的稳定性，不会因为收缩率、线膨胀系数和受热等发生尺寸上的微小变化；同时根据导电性的要求，加入导电碳黑或导电碳纤维及材料改性剂、稳定剂等其他添加剂；需要进行后处理工艺，以消除注射成型加工过程中产生的内应力，保证严格的尺寸稳定性及翘曲度低，其外型尺寸应符合国际通用标准。使用较为普遍的JEDEC标准规定，承载器外型尺寸长×宽×高为322.6×135.9×7.62mm，其中承载IC的穴位尺寸根据不同集成电路的封装尺寸而定。
国外集成电路封装用承载器发展速度较快，美国、日本、韩国以及台湾地区的研究、专利及产品报道较多，美国ITW、日本DIC、SHINON，台湾的日月封装公司、华塑、安靠公司等用量较大。目前国内生产封装用承载器刚刚起步，国内市场需求量在5000万片/年，3-4亿人民币的需求。
图3. 集成电路封装专用承载器
3.超净高纯试剂的大小包装：
超净高纯化学试剂是半导体分立器件和集成电路制造所需的关键材料之一，主要作用是清洗、氧化、腐蚀，其质量的优劣对半导体元器件和集成电路的成品率、电性能和可靠性等起着举足轻重的作用。主要品种有：过氧化氢、硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、、氟化铵、氨水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮等二十多个品种。随着IC集成度的不断提高，对超净高纯试剂中的可溶性杂质和固体颗粒的控制越来越严，同时对生产环境、包装方式及包装材质等提出了更高的要求。
国际上6英寸、5英寸以下生产线设计安装使用1加仑、20L和200L HDPE瓶/桶，通过供药分配装置输送高纯化学品。其生产单项金属杂质＜10ppb，甚至达到ppq级别。生产厂家拥有包装容器生产的超净生产厂房保证产品的生产质量，同时拥有质量控制分析检测手段，如颗粒物检测仪、ICP-MS等高精度仪器进行产品质量管理和控制。
据预测，“十五”期间国内对于超净高纯试剂的总体需求水平大约在5万吨/年左右，“十一五”期间，对于超净高纯试剂总需求量将突破10万吨/年的规模。因此试剂包装容器用量需求巨大，而我国超净高纯试剂包装容器大全部需要进口，不具备生产高洁、桶的生产技术及能力，成为其发展的瓶颈。国内生产厂家大多采用回收容器和进口容器，前者需要进行清洗，质量不确定因素较大；后者成本较高。这意味着我国超净高纯试剂包装容器领域亟待开发并具有潜力。
4.硅片生产过程中装载试剂的运输、贮存槽罐：
目前国外半导体工业中使用的清洗、运输、贮存槽罐设备几乎全部使用高纯度PFA、PTFE氟塑料制造。国际上8英寸以上生产线设计安装使用SUS TANK LORRY/ISO CONTAINER 和PTFE、PFA内衬槽车、运输槽罐来输送高纯化学品。世界知名企业如日本AICELLO、欧美RIKUTEC、ENTEGRIS、NOWPAK等生产高纯化学品包装容器。随着韩国、台湾等地区电子工业的蓬勃发展，也相继出现了如AIMI-ALCELLO、台湾上品等高纯化学品包装生产商。容积为1M3-20 M3 。
