孫福楠
(中昊光明化工研究設(shè)計(jì)院有限公司,遼寧 大連 116031)
中國是世界電子產(chǎn)品的制造中心,全球有過半以上的各類電子產(chǎn)品由中國大陸生產(chǎn)制造,與之不對(duì)稱的是制造這些產(chǎn)品所需要的高檔芯片幾乎全部依賴進(jìn)口,最近幾年其進(jìn)口值已超過原油,高達(dá)2200億美元。為此,中央及地方政府相繼出臺(tái)許多利好政策及資金支持,試圖能盡快縮短差距,扭轉(zhuǎn)這種尷尬局面。2017年全國各地興起了一股全球難以看到的“半導(dǎo)體熱”,通過努力半導(dǎo)體國產(chǎn)化也取得了階段性進(jìn)展和效果,許多大基金競(jìng)相加入,相信中國在未來幾年這種局面不會(huì)停止。特種氣體是半導(dǎo)體制造過程的“血液”、“糧食”,沒有高質(zhì)量的氣體,半導(dǎo)體制造無從談起,受到氣體下游的需求拉動(dòng)和刺激,2017年中國氣體尤其是用于IC制造的各類高純氣體、電子混合氣體發(fā)生了爆發(fā)性的發(fā)展和驚人的進(jìn)步,其發(fā)展方式也同過去迥然不同,許多有影響的外資氣體公司也終于改變過去的運(yùn)行方式,開始搶灘中國,以各種方式在國內(nèi)開展屬地化生產(chǎn)。下面就某些關(guān)鍵氣體進(jìn)行描述。
硅烷在半導(dǎo)體生產(chǎn)過程是極其重要的關(guān)鍵“源”性氣體,無論是光伏太陽能的生產(chǎn),還是LED、TFT-LCD的制造都需要大量的硅烷做原料。我國硅烷產(chǎn)品曾經(jīng)嚴(yán)重依賴進(jìn)口,河南首山硅烷實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化后,徹底改寫和平衡了國內(nèi)硅烷的供給結(jié)構(gòu)和價(jià)格。我國國產(chǎn)硅烷基本上能滿足一般領(lǐng)域的需求,對(duì)于某些要求比較高的領(lǐng)域,國產(chǎn)硅烷仍沒有實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。2017年是硅烷在國內(nèi)遍地開花的一年:
陜西有色天宏瑞科和美國REC硅料公司新加坡公司合資生產(chǎn)硅烷:天宏瑞科股份公司生產(chǎn)硅材料—包括SiH4氣體,中方控股(51%股份),總投資:87.1億人民幣,地址:陜西榆林,硅烷產(chǎn)能:3000 t/a。
內(nèi)蒙古興洋新材料科技有限公司,投資2億人民幣生產(chǎn)硅烷,計(jì)劃產(chǎn)能3000 t/a。
臺(tái)灣實(shí)聯(lián)氣體同江蘇泰興泰錦公司合資,成立“江蘇泰錦實(shí)聯(lián)電子材料公司”,在大陸投資設(shè)廠生產(chǎn)硅烷等電子氣體。
徐州中能硅業(yè)也宣布硅烷量產(chǎn),產(chǎn)能規(guī)模驚人。
從上述數(shù)據(jù)看,這些在建或已建的硅烷生產(chǎn)廠,一旦設(shè)計(jì)產(chǎn)能如期順利量產(chǎn),國產(chǎn)硅烷或許會(huì)出現(xiàn)供過于求的局面,對(duì)于那些沒有將硅烷轉(zhuǎn)化為單晶產(chǎn)品的硅烷廠家,一旦國內(nèi)TFT-LCD發(fā)展變緩,其后果將不堪設(shè)想。
2017年高純笑氣需求量陡然增大,得益于國內(nèi)液晶產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,TFT-LCD對(duì)N2O的需求。同時(shí),笑氣的應(yīng)用領(lǐng)域也在擴(kuò)大,如娛樂、賽車助燃、食品乳化等。回收廢氣提純N2O的工藝同硝銨干法分解相比,盡管在某些領(lǐng)域回收法制造的高純度笑氣不被接受,但回收廢氣法提純的N2O成本優(yōu)勢(shì)十分突出。某回收笑氣的企業(yè)因原料尾氣的供給與需求發(fā)生突變,導(dǎo)致市場(chǎng)N2O供應(yīng)嚴(yán)重不足,價(jià)格飆升。據(jù)了解國內(nèi)已經(jīng)有多家擬開展N2O回收的企業(yè),大都處于在建狀態(tài),據(jù)悉位于重慶涪陵的某企業(yè)回收N2O已經(jīng)達(dá)產(chǎn);這些廠家一旦產(chǎn)能釋放,國產(chǎn)N2O價(jià)格又將一瀉千里。上游己二酸尾氣原料的長期穩(wěn)定供應(yīng)是回收法提純笑氣的關(guān)鍵之一。技術(shù)環(huán)節(jié)上看,各種胺類溶劑脫除尾氣中二氧化碳技術(shù)相對(duì)成熟,精餾法脫除輕組分雜質(zhì)的關(guān)鍵是塔頂制冷循環(huán)的方式及其經(jīng)濟(jì)性??傊?017年國產(chǎn)笑氣供應(yīng)不足,需求陡增,美國笑氣工廠出現(xiàn)意外事故等綜合因素,導(dǎo)致需求不平衡是2017年國內(nèi)笑氣市場(chǎng)供不應(yīng)求、價(jià)格攀升的主因。
圖1 回收法提純電子級(jí)笑氣流程
圖2 N2O-CO2氣液平衡圖
表1 己二酸生產(chǎn)過程N(yùn)2O廢氣組分
福建博純氣體生產(chǎn)的高純鍺烷據(jù)稱為全球產(chǎn)量第一。在薄膜太陽能領(lǐng)域其產(chǎn)品尤其是純品鍺烷占有率很高,獲得了極高的市場(chǎng)回報(bào)。2017年8月15日,福建博純同美國半導(dǎo)體材料生產(chǎn)和經(jīng)銷商Entergris Inc攜手在福建泉州成立合資公司,目標(biāo)直指中國半導(dǎo)體高端市場(chǎng),早在2016年博純就代工Entergris Inc產(chǎn)品,據(jù)了解Entergris Inc在芯片制造工藝中具有壟斷性專利產(chǎn)品——SDS。從代工到現(xiàn)在的實(shí)質(zhì)性的合作生產(chǎn),在當(dāng)下良好的市場(chǎng)背景下,該公司的合作無疑前途無量,其產(chǎn)品的競(jìng)爭力值得關(guān)注。該合作方式興許也會(huì)成為未來國內(nèi)眾多公司與外資合作的良好典范。
博純合資氣體公司生產(chǎn)的產(chǎn)品:電子混合氣體及SDS3包裝產(chǎn)品:GeH4、Si2H6、TMB、B2H6、PH3、AsH3、D2等等。研發(fā)中心:美國亞利桑那州。
乙硼烷化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定,從國外進(jìn)口基本上按混合后的方式進(jìn)來,使用起來十分不便;C4F6是環(huán)境友好型含氟化合物,高檔的IC生產(chǎn)線有很好的需求,國產(chǎn)這些氣體還沒有形成穩(wěn)定的產(chǎn)能,2017年日本大陽日酸宣布在中國揚(yáng)州化學(xué)工業(yè)園區(qū)成立:揚(yáng)州大陽日酸半導(dǎo)體有限公司,投資61 325萬人民幣,增建年產(chǎn)240 t/a電子化學(xué)品。項(xiàng)目品種:SiH4、Si2H6混配;B2H2的合成與混配;BF3的純化與分裝;C4F6的提純與分裝;CH3F的提純與分裝;平衡氣H2、N2、Ar、He提純與分裝;先進(jìn)的氣瓶處理設(shè)備。
大陽日酸國內(nèi)特氣的屬地化生產(chǎn),將徹底改寫某些氣體完全依賴于國外進(jìn)口的歷史,同時(shí)對(duì)國內(nèi)氣體的沖擊將產(chǎn)生不小的影響,因?yàn)檫@些氣體雖然必需,但其總量還是不大的。
高純氨氣是光伏太陽能、LED、TFT-LCD生產(chǎn)的重要大宗類氣體,前幾年受國內(nèi)光伏太陽能“大躍進(jìn)”般的發(fā)展影響,國內(nèi)上馬的高純氨生產(chǎn)總量大大超出實(shí)際需求,溢出部分雖然出口到東南亞地區(qū),但國內(nèi)市場(chǎng)高純氨價(jià)格一路處于狂跌狀態(tài),即使是在國內(nèi)生產(chǎn)高純氨的外資企業(yè)都曾計(jì)劃將氨生產(chǎn)線改為他用。然而最近幾個(gè)月峰回路轉(zhuǎn),國內(nèi)氨價(jià)格整體提高,并且萎縮多年的高純氨市場(chǎng)也同其它工業(yè)氣體一樣似乎又恢復(fù)了難得的生機(jī)和活力,國內(nèi)有的大型涉氨企業(yè)正在計(jì)劃上馬高純氨項(xiàng)目,計(jì)劃一旦落實(shí)國內(nèi)高純氨市場(chǎng)又會(huì)出現(xiàn)更多的不確定性。
高純氯化氫是半導(dǎo)體制造需求量比較大的氣體,國內(nèi)以張吉瑞老師為代表的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多年不懈的努力,建起了高純氯化氫生產(chǎn)線,滿足了許多國內(nèi)客戶甚至外資氣體公司的認(rèn)可,但在高檔IC線上,國外高純氯化氫仍占主導(dǎo)。高純氯化氫基本是采用化工過程的尾氣進(jìn)行回收提純,不同的尾氣雜質(zhì)種類含量相差很大,這意味著提純工藝完全不同,更確切地說一種氯化氫生產(chǎn)工藝即使是十分成熟的技術(shù),在不同工藝尾氣,不同生產(chǎn)地區(qū)進(jìn)行推廣,都將會(huì)遇到難以克服的新問題,甚至導(dǎo)致項(xiàng)目的投資失敗。因此,在對(duì)氯化氫項(xiàng)目感興趣的時(shí)候,尤其是利用或引進(jìn)國外提純技術(shù)的時(shí)候,務(wù)必關(guān)注氯化氫提純凈化技術(shù)的適應(yīng)性,必要時(shí)有必要采用真實(shí)的尾氣進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),如氯化氫中二氧化碳雜質(zhì)用何種方法脫除等等。由于氯化氫用量較大、滿瓶空瓶物流麻煩、氯化氫尾氣來源極其豐富等因素,相信國內(nèi)氯化氫的生產(chǎn)難題遲早會(huì)被攻破,最終實(shí)現(xiàn)氯化氫的完全國產(chǎn)化。
二氯硅烷(DCS)、三氯硅烷(TCS)是十分重要的半導(dǎo)體“源”性材料。我國已經(jīng)將TCS列為中國制造2025強(qiáng)基工程重點(diǎn)支持的品種。針對(duì)國內(nèi)客戶急需,為了減少運(yùn)輸?shù)葞淼牟槐悖怨栊栽牧弦婇L的日本信越化學(xué)工業(yè)在浙江西亞特公司組建合資公司,在國內(nèi)分裝DCS、TCS產(chǎn)品,整個(gè)分裝流程的配置及檢測(cè)儀器和方法完全按照日本信越化學(xué)公司的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和配備,目前分裝的產(chǎn)品經(jīng)過日方現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收,質(zhì)量完全滿足日方要求。
高純CO是半導(dǎo)體制造過程重要的“碳源”提供者。雖然用量暫時(shí)不大,但進(jìn)口價(jià)格昂貴,估計(jì)用量會(huì)不斷加大。CO-N2因二者的沸點(diǎn)相差很小,精餾分離十分麻煩,需要消耗大量的冷媒(LN2),目前液氮價(jià)格較高,若對(duì)制冷蒸發(fā)的氣體氮?dú)獠患右曰厥绽茫瑹o疑會(huì)增加制造成本。
國內(nèi)以往提純所用的原料級(jí)別CO幾乎都是采用甲酸濃硫酸脫水的方法合成,由于反應(yīng)所使用的原料涉及到強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)氧化性的酸,為了避免腐蝕,基本采用玻璃反應(yīng)器,產(chǎn)量不易提高,且產(chǎn)生嚴(yán)重的三廢,因此不易放大,導(dǎo)致CO生產(chǎn)難度大。2017年,國內(nèi)某企業(yè)利用化肥廠造氣產(chǎn)生的水煤氣,經(jīng)過包括低溫甲醇洗等系列凈化處理環(huán)節(jié),然后通過低溫雙塔精餾提純,獲得優(yōu)質(zhì)低價(jià)的CO凈化原料,計(jì)劃生產(chǎn)半導(dǎo)體級(jí)別的CO,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)國內(nèi)目前至少有四家以上的氣體公司生產(chǎn)高純CO,這些廠家生產(chǎn)工藝雖然各有不同,但脫除CO中的空分雜質(zhì)如N2幾乎都要采用傳統(tǒng)的精餾手段,用普通碳鋼瓶充裝CO,CO2雜質(zhì)濃度嚴(yán)重升高是一個(gè)值得關(guān)注的問題。
1.由于IC產(chǎn)業(yè)國內(nèi)有巨大的需求,進(jìn)口存在嚴(yán)重缺口,我國政府未來幾年仍將以“壯士斷腕”的決心大力扶持半導(dǎo)體的發(fā)展,無疑作為原材料的特種氣體存在很大的發(fā)展空間,需要關(guān)注的是,隨著TFT-LCD的國產(chǎn)化完成,或許國內(nèi)TFT-LCD的發(fā)展會(huì)適當(dāng)放緩。未來幾年國外會(huì)有大量的氣體公司蜂擁中國,實(shí)現(xiàn)氣體的屬地化生產(chǎn)銷售,國內(nèi)也會(huì)有許多的氣體公司轉(zhuǎn)移到東南亞等國家實(shí)現(xiàn)氣體制造。
2.氣體企業(yè)間的整合已經(jīng)是迫不及待的選擇。中國經(jīng)濟(jì)在“促增長,調(diào)結(jié)構(gòu)”方針的政府干預(yù)下,尤其是經(jīng)過2017年的“環(huán)保風(fēng)暴”,包括氣體行業(yè)在內(nèi)的中國企業(yè)正逐步告別“粗放式”的發(fā)展,氣體企業(yè)“正規(guī)化、規(guī)?;H化”是未來的發(fā)展方向,只有實(shí)現(xiàn)區(qū)域整合、資源整合才能完成諸多小微氣體企業(yè)的三化,如果說過去幾年是企業(yè)是否自愿的行為的話,那么當(dāng)下甚至未來,整合則是關(guān)系企業(yè)是否存在下去的大事。實(shí)際上國外氣體巨頭間的收購整合從未間斷過,其目的是為了做大、做強(qiáng)、做實(shí)及做得更長久。
3.未來國內(nèi)氣體公司研發(fā)能力會(huì)逐步的提升。特殊氣體尤其是電子氣體,我國一直是行業(yè)的追跑者,研發(fā)環(huán)境還沒形成,技術(shù)力量相對(duì)不足,導(dǎo)致我國氣體缺少有力的技術(shù)牽引,我國特種氣體的生產(chǎn)仍沿襲過去的依靠市場(chǎng)拉動(dòng)的方式,相信隨著資本的流入,許多大型氣體公司會(huì)高度重視自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的培育。屆時(shí)或許會(huì)有許多新工藝、新技術(shù)、新方法、新設(shè)備等出自我國氣體工作者之手。
4.高投入、高回報(bào)、高風(fēng)險(xiǎn)將成為常態(tài)。中國特氣市場(chǎng)因下游的變化會(huì)變的更為復(fù)雜,或許2017年中國特氣市場(chǎng)風(fēng)云變幻,只是中國氣體歷史的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的開始,未來中國特氣將會(huì)真正意義的遵循“高投入、高回報(bào)、高風(fēng)險(xiǎn)”這一規(guī)律。為了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn),無疑立項(xiàng)前的風(fēng)險(xiǎn)分析顯得尤其重要甚至必需。
5.隨著IC向縱深發(fā)展,大批高效、環(huán)境友好型的氟碳?xì)怏w必將取代目前某些炙手可熱的含氟類氣體。因此,研發(fā)和生產(chǎn)創(chuàng)新性產(chǎn)品顯得尤為迫切和重要。當(dāng)大批成熟的電子氣體實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化后,產(chǎn)品逐步由成熟期走向衰退期,未來再開展何種氣體的生產(chǎn)這是一個(gè)普遍值得關(guān)切的問題。
總之,2017年中國氣體的發(fā)展發(fā)生了質(zhì)的飛躍,包括砷烷在內(nèi)的許多氣體及電子混合氣體都實(shí)現(xiàn)了規(guī)?;a(chǎn),眾多的社會(huì)資本也對(duì)氣體發(fā)生了興趣,讓沉寂多年的中國特種氣體制造“狼煙四起”,隨著中國IC的深入發(fā)展,中國特氣必將對(duì)世界特氣的布局和市場(chǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。