含氟專用化學品在電子領域和5G 技術中的應用

劉杰

（天津渤?；ぜ瘓F有限責任公司，天津300040）

含氟專用化學品，特別是電子化學品，廣泛應用于電子產品產業(yè)鏈，如清洗劑、刻蝕劑和泠卻液等。國內含氟專用化學品與美國和歐洲等發(fā)達國家相比，基礎研究較弱、研發(fā)轉化實力不足、市場產品種類和質量都有較大差距。目前，5G 技術日益成熟、飛速發(fā)展，對高端芯片和大型數(shù)據(jù)中心的需求日益加大，用作高端清洗劑和冷卻液等用途的含氟專用化學品的應用將迎來爆發(fā)式的增長。

1 氫氟醚（HFE）

氫氟醚是第三代氯氟烴（CFCs）替代品，ODP為零，GWP 低，大氣停留時間短，具有無毒、無腐蝕性、不燃、不產生煙塵、材料兼容性好等特點。

近年來，全球氫氟醚產業(yè)近年以每年10%的速度持續(xù)增長，中國氫氟醚產業(yè)以每年20%的速度持續(xù)增長。從市場消費來看，氫氟醚主要用于半導體、芯片和液晶制造等行業(yè)，市場份額占比超過64%，在醫(yī)療、精密器械及航空航天等諸多領域也有應用。目前，氫氟醚主要用作清洗劑和冷媒，含氟醚類清洗劑是目前國際上最環(huán)保、綠色，且對臭氧層無破壞，美國環(huán)境保護局EPA 確定的氟利昂替代物清單中被指定為可無限制使用。此外，氫氟醚還可用作數(shù)據(jù)中心沉浸式冷卻的冷卻液，測試結果表明使用氫氟醚冷卻液能大幅降低能源使用，并縮小數(shù)據(jù)中心空間規(guī)模，優(yōu)化服務器硬件性能。目前，含氟化學品類清洗劑的競爭企業(yè)和產品主要有3M 的氫氟醚（HFE-7100 和HFE-7200）、科慕的十氟戊烷（HFC-4310mee）、索爾維的五氟丁烷（HFC-365mfc）、日本旭硝子的HFE-S7 以及部分國產氫氟醚等。其中，3M 公司的氫氟醚占據(jù)了較大的市場，國內3M 公司氫氟醚系列產品消費量約1500t。目前，3M 公司氫氟醚系列產品全球產量約5000t，市場規(guī)模達10 億元，預計2025 年將達到16 億元。

氫氟醚的合成工藝有多種[1]，如：1)金屬氟化物或氟單質對醚類化合物進行氟化；2）醚化合物進行電化學氟化；3）含氟醇與鹵代烴催化反應；4）含氟醇與含氟烯烴的加成反應等。以上工藝均有不足之處，如：1）工藝腐蝕性大、設備損耗快；2）工藝耗能高且收率低；3）工藝反應溫度高、時間長且收率較低；4）工藝原材料價格昂貴、經濟性差。天津渤海化工集團所屬天津長蘆新材料研究院有限公司自主開發(fā)了一種新型生產工藝，產品關鍵核心技術實現(xiàn)突破，原料轉化率接近100%，產品選擇性超過90%。工藝具備副產物少、產率高、成本低、綠色環(huán)保的特點，打破了3M 公司長達20 年的獨家產品壟斷。

2 全氟聚醚

2.1 全氟聚醚油

全氟聚醚油（簡寫PFPE Oils），僅含有C、F、O三種元素，常溫下為無色、無味、透明液體，具有耐高溫、耐氧化、耐輻射、耐腐蝕、低揮發(fā)、不燃燒等特性。在苛刻環(huán)境能夠保持質量穩(wěn)定，被廣泛應用于化工、機械、電子、醫(yī)藥、航空航天等眾多領域。

目前，全球全氟聚醚油產量1870t，市場規(guī)模達27 億元，預計2025 年將達到35 億元。從市場消費來看，產品主要應用于航空工業(yè)、電子工業(yè)和化工工業(yè)，市場份額分別約占36%、28%和21%。全球全氟聚醚油產業(yè)近年平均增長率達5%。電子工業(yè)方面，全氟聚醚油廣泛應用于等離子蝕刻，化學蒸汽沉積和離子值入等各種半導體集成塊生產工藝中機械真空泵的潤滑等。

目前，國內全氟聚醚油消費量約為500t，主要依賴進口。其中，索爾維公司供應量最大，占國內總需求量60%左右，科慕公司占比約16.67%。

2.2 全氟聚醚流體

全氟聚醚流體是聚合度低、相對分子質量低、沸點低且粘度低的全氟聚醚產品。與市場上其它氟流體（氫氟醚、氫氟烴、全氟烴、全氟酮）相比，全氟聚醚氟流體沸點分布范圍更廣，性質更穩(wěn)定，相對于全氟烴更環(huán)保。

氟流體無色、無味、無毒，表面張力低，滲透性好，對于細小及頑固污物清洗效果極佳；具有化學惰性、疏水性強、密度高（低于發(fā)煙硫酸）、不燃性等特點。從市場消費來看，全氟聚醚流體主要用作電子測試液、電子清洗液和導熱液。目前，主流科技公司在探索將全氟聚醚流體用作大型服務器循環(huán)絕緣冷卻液，如成功運用將大幅提高此類產品的市場需求。

目前，國內氟流體幾乎全部為進口，消費量約1050t，主要供應來自3M 公司、索爾維公司和德國瑞立博公司。其中，3M 公司產品占國內總需求量75%以上，索爾維公司約占20%，德國瑞立博公司約占5%。

2.3 全氟聚醚的合成

目前，全氟聚醚的合成方法主要有全氟環(huán)氧化物的陰離子聚合法和全氟烯烴直接光氧化法[2]。其中，索爾維公司的系列產品采用六氟丙烯的光氧化法生產。

全球范圍內，具有全氟聚醚成熟技術和規(guī)模制造能力的廠家有限，主要為國際跨國公司，在技術成熟度、上下游配套、工藝優(yōu)化、產品質量、應用技術及服務水平等方面具有壟斷地位。國內全氟聚醚油產品未來國內企業(yè)如能開發(fā)出優(yōu)質產品，可降低產品的進口依存度，并在國內供應商中占據(jù)主要位置。天津渤?；ぜ瘓F所屬天津長蘆新材料研究院有限公司采用六氟環(huán)氧丙烷陰離子聚合生產工藝，自主開發(fā)成套生產設備，已突破全部核心關鍵技術，實現(xiàn)聚合度可控，平均分子量最高超過16000，核心工藝均已經過放大驗證。產品經第三方機構檢測，各項指標達到杜邦同類產品水平。

3 其他含氟專用化學品

除上述兩大類含氟專用化學品外，其他如含氟液晶材料、含氟特種電子氣體、含氟超凈高純化學試劑（如電子級氫氟酸等）和含氟封裝材料（如PVDF 等）也在電子工業(yè)領域和5G 技術中有廣泛應用，這類產品國內生產技術相對成熟，有一定市場占有率，此處不再贅述。

4 發(fā)展趨勢及建議

產品方面，隨著電子技術快速發(fā)展，含氟專用化學品應用領域將不斷細分，這對產品牌號數(shù)量和質量都將有更高的需求，針對不同應用領域定向開發(fā)產品將成為必然趨勢。市場方面，我國電子化學品2005～2020 年的年復合增長率在16%以上，而含氟專用化學品作為電子化學品的新貴才剛起步，發(fā)展?jié)摿薮?。隨著5G 時代的到來，高端電子化學品特別是含氟專用化學品也將迎來快速發(fā)展。政策方面，產業(yè)結構調整指導目錄（2019年本）中明確指出，對消耗臭氧潛能值（ODP）為零、全球變暖潛能值（GWP）低的消耗臭氧層物質（ODS）替代品和含氟精細化學品列入鼓勵類。國內外環(huán)境方面，中美貿易戰(zhàn)和新冠疫情對國外經濟影響較大，國內經濟形勢雖受到一定程度影響，整體保持平穩(wěn)。2020 年7 月30 日中共中央政治局會議指出，加快形成以國內大循環(huán)為主體、國內國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局。此種形勢下，未來國外消費產業(yè)，尤其是電子產業(yè)仍會向國內進行轉移，勢必會加速電子化學品特別是含氟專用化學品產業(yè)的發(fā)展。

隨著5G 技術的日益成熟和廣泛應用，含氟專用化學品將迎來快速發(fā)展。國內含氟專用化學品與美國和歐洲等發(fā)達國家相比，基礎研究較弱、研發(fā)轉化實力不足、部分市場產品種類和質量都有較大差距。面對此種局勢，政府、科研機構和企業(yè)應共同推動含氟專用化學品產業(yè)發(fā)展，制定鼓勵政策，加快研發(fā)和轉化力度，盡早推出高質量的含氟專用化學品滿足市場需求。