今年 7 月，日本宣布限制高純氟化氫、氟聚酰亞胺和光刻膠向韓國出口。這三種材料都是高精尖半導體行業(yè)使用的，掐中了韓國半導體行業(yè)的命脈。今天我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)，這個(gè)高純氟化氫，生產(chǎn)起來(lái)有多難。

　　一、氟化氫和氫氟酸

　　氟化氫是一種有毒氣體，溶于水形成氫氟酸。氫氟酸是一種弱酸，具有特殊腐蝕性，所謂特殊腐蝕性，是指它能腐蝕其他強酸所不能腐蝕的玻璃、單晶硅等半導體材料。在半導體生產(chǎn)工藝中有重要應用。

　　氫氟酸的生產(chǎn)并不困難，其主要原料是螢石，而我國螢石的探明儲量與南非并列世界第一位，按說(shuō)是具有得天獨厚優(yōu)勢的。但應用于半導體生產(chǎn)的氫氟酸可不是普通的氫氟酸，是超凈高純的電子級氫氟酸。普通工業(yè)級氫氟酸，洗個(gè)玻璃還行，用來(lái)洗半導體，基本上只能生產(chǎn)出廢品來(lái)。因為普通工業(yè)級氫氟酸，含有大量雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對芯片生產(chǎn)是致命的。

　　那高純氟化氫有多純呢?以前我們都聽(tīng)說(shuō)過(guò)千足金的說(shuō)法，也就是純度為 99.9%，含有 0.1% 的雜質(zhì)，后來(lái)又有人提出萬(wàn)足金，就是 99.99%，含有 0.01% 的雜質(zhì)。而日本產(chǎn)的最高純度的氫氟酸純度為 99.9999999999% 甚至更高，這個(gè)在目前最先進(jìn)的芯片生產(chǎn)工藝中都可以放心使用。而中國目前能生產(chǎn)的最高純度也比這個(gè)純度低十倍左右，而這只是其中一個(gè)指標，此外還有控制粒徑、顆粒個(gè)數等指標。

　　二、生產(chǎn)工藝

　　如前所說(shuō)，氟化氫的生產(chǎn)并不困難，只需要讓螢石跟硫酸進(jìn)行反應，就可以制得氟化氫。再用水溶解掉氟化氫，就變成了氫氟酸。這個(gè)生產(chǎn)過(guò)程技術(shù)含量并不高，工藝也不復雜。但生產(chǎn)出來(lái)的只是工業(yè)級的氫氟酸，要想應用到電子行業(yè)，必須做非常精密的提純。難就難在了提純上。

　　嚴格來(lái)說(shuō)，提純的工藝流程也不是很復雜。主要是利用氟化氫的揮發(fā)性以及不同物質(zhì)沸點(diǎn)不同，采用精餾、蒸餾、亞沸蒸餾、減壓蒸餾、氣體吸收等技術(shù)對氟化氫進(jìn)行純化。在此過(guò)程中，要把三價(jià)砷的氟化物氧化成五價(jià)，以免它跟著(zhù)氟化氫一起蒸餾出來(lái)。然后用高純水溶解氟化氫，再過(guò)超濾膜過(guò)濾雜質(zhì)，最后進(jìn)行檢驗和無(wú)塵灌裝。我們國家相關(guān)的純化工藝專(zhuān)利有很多。隨著(zhù)我國化學(xué)工藝研究水平的提高，一套合格的生產(chǎn)工藝設計并不難，難就難在生產(chǎn)廠(chǎng)房和設備上了。

　　先說(shuō)生產(chǎn)廠(chǎng)房，雖說(shuō)我國已經(jīng)發(fā)展成為基建強國，但對于超凈高純氫氟酸廠(chǎng)房這樣的特殊基建還沒(méi)有成熟經(jīng)驗。這樣的廠(chǎng)房要求與外界嚴密隔離，要設置多重的過(guò)濾系統，爭取不讓任何灰塵進(jìn)入生產(chǎn)區。廠(chǎng)房不僅要有雙層的門(mén)窗和多重的通風(fēng)過(guò)濾系統，而且要精打細算到每個(gè)工作區都用小的隔斷隔開(kāi)，設置獨立的過(guò)濾系統，保證外來(lái)的“新鮮空氣”，經(jīng)過(guò)多重過(guò)濾和殺菌以后達到萬(wàn)級以上的凈化度(具體標準指標參考百度百科)，灌裝車(chē)間甚至要求達到百級以上。

　　由于氟化氫的腐蝕性，對廠(chǎng)房裝修也提出了很高的要求，要使用完整的幾乎沒(méi)有拼接的裝修材料，表面光滑整潔，邊角要易于清潔。所有的裝修材料包括工作臺、隔層、器皿等都要使用防靜電的材質(zhì)。因為靜電吸附灰塵，會(huì )給生產(chǎn)帶來(lái)干擾。目前國內生產(chǎn)的高純氟化氫，往往會(huì )出錢(qián)顆粒不達標的情況，正是生產(chǎn)車(chē)間建設不達標帶來(lái)的問(wèn)題。穿著(zhù)乞丐服生產(chǎn)高檔美食，其結果可想而知。

超凈室

　　然后再說(shuō)設備問(wèn)題。其實(shí)設備的設計不存在太大的困難，難就難在設備的制作材料和生產(chǎn)工藝。由于氟化氫和氫氟酸的腐蝕性，一般的金屬設備是不能用來(lái)生產(chǎn)高純氟化氫的。要么使用鉑、金等貴金屬材質(zhì)，要么使用增加防腐蝕內襯的不銹鋼設備。內襯材料往往是氟塑料，如聚四氟乙烯、PFA 等塑料材質(zhì)。

　　但國內生產(chǎn)的氟塑料，往往摻入碳酸鈣、二氧化硅、滑石粉等材料，這些物質(zhì)對氟化氫生產(chǎn)工藝帶來(lái)新的污染。還有就是塑料表面的光滑整潔度，也影響產(chǎn)品的質(zhì)量，這些往往是我國材料生產(chǎn)和加工的薄弱環(huán)節。再有，國外能夠生產(chǎn)噸級方桶和儲罐，方便儲運氫氟酸，而國內只能生產(chǎn)幾十升的容器。

　　此外，高純氟化氫所用的分析測試儀器往往很貴，一般生產(chǎn)車(chē)間難以承擔。同時(shí)，制備過(guò)程中的原料質(zhì)量、人為因素、膜過(guò)濾、分析測試和灌裝等環(huán)節都會(huì )影響高純氟化氫的純度。因此要想提高我國高純氟化氫的生產(chǎn)水平和質(zhì)量，要求全產(chǎn)業(yè)鏈的提升，而不是每一個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)自己努力就能解決的問(wèn)題。

　　最后，補充一點(diǎn)，即使我國克服了所有困難生產(chǎn)出符合要求的高純氟化氫，想替代日本公司也是很難的，因為芯片生產(chǎn)企業(yè)需要重新調試生產(chǎn)工藝，以便測試新原料對產(chǎn)品生產(chǎn)的影響。據估算調試工藝的時(shí)限大概是兩個(gè)月的時(shí)間。一般的芯片企業(yè)不被逼到一定程度，不會(huì )下定決心更換原料的。

　　三、氟化氫的其他用途

　　1. 中低端電子產(chǎn)品

　　我國也是氟化氫的銷(xiāo)售大國，雖然暫時(shí)不能搶占高端芯片領(lǐng)域的氟化氫市場(chǎng)。但我們在中低端電子產(chǎn)品用高純氟化氫領(lǐng)域占有很大的市場(chǎng)份額，未來(lái)還有擴大的趨勢。需要努力的是高端領(lǐng)域，目前日本公司的份額接近 90%，這是利潤很高的一塊大蛋糕。

　　2. 氟碳化合物生產(chǎn)

　　氟化工產(chǎn)業(yè)，是利用氟化氫很重要的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。用氟化氫可以生產(chǎn)各類(lèi)氟碳化合物，比如其溶解、冷凍劑、發(fā)泡劑等。這些工業(yè)需要消耗大量氟化氫，至少在十萬(wàn)噸級以上。

　　3. 冶金工業(yè)

　　像煉鋁工業(yè)，還有特殊金屬，如鈮、鉭、鎢、鈾、釔等金屬，甚至不銹鋼行業(yè)，也都需要氟化氫。當然這些工業(yè)對氟化氫的純度要求并不像電子工業(yè)那樣高。

　　4. 石油化工

　　石油烷基化工業(yè)，也會(huì )用到一些氟化氫作催化劑。
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