半导体人学习系列——氟树脂&主要厂商:PTFE/FEP/PFA/PVDF/ETFE/PCTFE/THV/PVF
氟树脂(如聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF等)因其超强耐腐蚀性、高纯度、绝缘性及耐高温性,广泛用于半导体制造中的晶圆加工设备、蚀刻腔体、管道、密封件等关键部件,是保障芯片生产良率和设备稳定性的核心材料。 2023年全球半导体级氟树脂市场规模约为8亿美元,预计到2030年将达18亿美元,CAGR约10%。 增长主要点在于:全球半导体行业扩张,先进制程(3nm以下)、第三代半导体(SiC/GaN)及AI芯片需求激增。
什么是氟树脂
氟树脂:是指主链或侧链的碳链上含有氟原子的合成高分子化合物,可以加工成塑料制品、增强塑料和涂料等产品。
氟树脂根据其加工特性可划分为两大类别:非熔融加工氟树脂与可熔融加工氟树脂。前者以聚四氟乙烯(PTFE)为代表,而后者则涵盖了FEP、ETFE、PVDF等多种类型。
一、非熔融加工氟树脂
1.聚四氟乙烯(PTFE)
PTFE,俗称“特氟龙”,是一种完全氟化的高分子材料,其分子结构中所有氢原子均被氟原子取代,赋予其独特的物理化学性能。
PTFE具有极高的结晶度,即使在熔点(约327℃)仍保持高黏度,使其无法采用常规熔融加工方式成型,而需通过压制烧结或分散液加工等方法制备。
主要特性:
超低表面能:优异的防粘性和自润滑性
卓越的化学惰性:耐强酸、强碱及几乎所有有机溶剂
优异的热稳定性:长期使用温度可达260℃
出色的介电性能:介电常数低(2.1),适合高频电子应用
耐辐射性:可承受高能射线照射而不显著降解
PTFE广泛应用于化工防腐衬里、密封材料、不粘涂层、高频电路基板等领域。
二、可熔融加工氟树脂
可熔融加工氟树脂可通过注塑、挤出等常规热塑性加工方式成型,主要包括以下几种类型:
1.聚全氟乙丙烯(FEP)
FEP是四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP)的共聚物,其中HFP的引入降低了PTFE的结晶度,使其可在熔融状态下加工,同时保留了PTFE的大部分优异性能。
主要特性:
耐温范围广:190℃至205℃
优异的电绝缘性(介电常数2.1)
低烟、低火焰蔓延性,符合阻燃要求
良好的化学稳定性
主要应用:电线电缆绝缘层、高频传输线、化工管道衬里等。
2.可熔性聚四氟乙烯(PFA)
PFA是四氟乙烯(TFE)与少量全氟烷氧基乙烯基醚(PPVE)的共聚物,其分子链中的醚键赋予其更高的柔韧性和热稳定性。
主要特性:
长期使用温度达260℃(与PTFE相当)
机械强度优于PTFE,耐应力开裂
优异的化学惰性和电性能
主要应用:半导体设备部件、高纯化学品储罐、医疗级管路等。
3.聚偏氟乙烯(PVDF)
PVDF是偏氟乙烯(VDF)的均聚物,具有部分结晶结构(结晶度45%~70%),兼具氟树脂的耐化学性和工程塑料的机械性能。
主要特性:
耐温范围:60℃至150℃
优异的耐候性,抗紫外线老化
压电性、热电性,适用于传感器材料
良好的介电性能
主要应用:锂电池隔膜、光伏背板、化工防腐涂料、压电薄膜等。
4.乙烯四氟乙烯共聚树脂(ETFE)
ETFE是乙烯(E)和四氟乙烯(TFE)的交替共聚物,兼具氟树脂的耐化学性和聚乙烯的力学性能。
主要特性:
高机械强度,抗冲击、耐磨损
透光率高达95%,可用于建筑膜材
长期使用温度150℃,短期可耐240℃
主要应用:“水立方”等建筑膜结构、航空航天线缆护套、太阳能电池封装材料等。
5.聚三氟氯乙烯(PCTFE)
PCTFE是三氟氯乙烯(CTFE)的均聚物,具有极高的结晶度(85%~90%)和出色的阻隔性能。
主要特性:
优异的水汽阻隔性,适用于高密封环境
耐低温性能突出,可在200℃下使用
透明度高,可制成光学级材料
主要应用:药品包装、航天器密封件、光学窗口材料等。
6.无定形氟树脂(透明氟树脂)
无定形氟树脂由四氟乙烯(TFE)与特定含氟单体共聚而成,具有完全非晶态结构,兼具高透明性和氟树脂的耐化学性。
主要特性:
透光率接近玻璃,适用于光学器件
低折射率,可用于光纤涂层
耐高温(Tg可达240℃)
主要应用:光通信元件、微电子封装、防污光学涂层等。
7.THV三元共聚树脂
THV是四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP)和偏氟乙烯(VDF)的三元共聚物,具有极佳的柔韧性和加工性。
主要特性:
加工温度低(230~250℃),易于成型
高透明度,可制成柔性薄膜
可与其他材料粘接,适合复合应用
主要应用:医疗导管、柔性电子封装、复合膜材料等。
8.聚氟乙烯(PVF)
PVF是氟乙烯(VF)的均聚物,具有优异的耐候性和防腐蚀性能。
主要特性:
超强耐候性,户外使用寿命可达30年
耐化学腐蚀,适用于恶劣环境
良好的机械强度
主要应用:光伏背板保护膜、建筑防腐涂层、高端包装材料等。