含氟专用化学品在电子领域和5G 技术中的应用

刘杰

（天津渤海化工集团有限责任公司，天津300040）

含氟专用化学品，特别是电子化学品，广泛应用于电子产品产业链，如清洗剂、刻蚀剂和泠却液等。国内含氟专用化学品与美国和欧洲等发达国家相比，基础研究较弱、研发转化实力不足、市场产品种类和质量都有较大差距。目前，5G 技术日益成熟、飞速发展，对高端芯片和大型数据中心的需求日益加大，用作高端清洗剂和冷却液等用途的含氟专用化学品的应用将迎来爆发式的增长。

1 氢氟醚（HFE）

氢氟醚是第三代氯氟烃（CFCs）替代品，ODP为零，GWP 低，大气停留时间短，具有无毒、无腐蚀性、不燃、不产生烟尘、材料兼容性好等特点。

近年来，全球氢氟醚产业近年以每年10%的速度持续增长，中国氢氟醚产业以每年20%的速度持续增长。从市场消费来看，氢氟醚主要用于半导体、芯片和液晶制造等行业，市场份额占比超过64%，在医疗、精密器械及航空航天等诸多领域也有应用。目前，氢氟醚主要用作清洗剂和冷媒，含氟醚类清洗剂是目前国际上最环保、绿色，且对臭氧层无破坏，美国环境保护局EPA 确定的氟利昂替代物清单中被指定为可无限制使用。此外，氢氟醚还可用作数据中心沉浸式冷却的冷却液，测试结果表明使用氢氟醚冷却液能大幅降低能源使用，并缩小数据中心空间规模，优化服务器硬件性能。目前，含氟化学品类清洗剂的竞争企业和产品主要有3M 的氢氟醚（HFE-7100 和HFE-7200）、科慕的十氟戊烷（HFC-4310mee）、索尔维的五氟丁烷（HFC-365mfc）、日本旭硝子的HFE-S7 以及部分国产氢氟醚等。其中，3M 公司的氢氟醚占据了较大的市场，国内3M 公司氢氟醚系列产品消费量约1500t。目前，3M 公司氢氟醚系列产品全球产量约5000t，市场规模达10 亿元，预计2025 年将达到16 亿元。

氢氟醚的合成工艺有多种[1]，如：1)金属氟化物或氟单质对醚类化合物进行氟化；2）醚化合物进行电化学氟化；3）含氟醇与卤代烃催化反应；4）含氟醇与含氟烯烃的加成反应等。以上工艺均有不足之处，如：1）工艺腐蚀性大、设备损耗快；2）工艺耗能高且收率低；3）工艺反应温度高、时间长且收率较低；4）工艺原材料价格昂贵、经济性差。天津渤海化工集团所属天津长芦新材料研究院有限公司自主开发了一种新型生产工艺，产品关键核心技术实现突破，原料转化率接近100%，产品选择性超过90%。工艺具备副产物少、产率高、成本低、绿色环保的特点，打破了3M 公司长达20 年的独家产品垄断。

2 全氟聚醚

2.1 全氟聚醚油

全氟聚醚油（简写PFPE Oils），仅含有C、F、O三种元素，常温下为无色、无味、透明液体，具有耐高温、耐氧化、耐辐射、耐腐蚀、低挥发、不燃烧等特性。在苛刻环境能够保持质量稳定，被广泛应用于化工、机械、电子、医药、航空航天等众多领域。

目前，全球全氟聚醚油产量1870t，市场规模达27 亿元，预计2025 年将达到35 亿元。从市场消费来看，产品主要应用于航空工业、电子工业和化工工业，市场份额分别约占36%、28%和21%。全球全氟聚醚油产业近年平均增长率达5%。电子工业方面，全氟聚醚油广泛应用于等离子蚀刻，化学蒸汽沉积和离子值入等各种半导体集成块生产工艺中机械真空泵的润滑等。

目前，国内全氟聚醚油消费量约为500t，主要依赖进口。其中，索尔维公司供应量最大，占国内总需求量60%左右，科慕公司占比约16.67%。

2.2 全氟聚醚流体

全氟聚醚流体是聚合度低、相对分子质量低、沸点低且粘度低的全氟聚醚产品。与市场上其它氟流体（氢氟醚、氢氟烃、全氟烃、全氟酮）相比，全氟聚醚氟流体沸点分布范围更广，性质更稳定，相对于全氟烃更环保。

氟流体无色、无味、无毒，表面张力低，渗透性好，对于细小及顽固污物清洗效果极佳；具有化学惰性、疏水性强、密度高（低于发烟硫酸）、不燃性等特点。从市场消费来看，全氟聚醚流体主要用作电子测试液、电子清洗液和导热液。目前，主流科技公司在探索将全氟聚醚流体用作大型服务器循环绝缘冷却液，如成功运用将大幅提高此类产品的市场需求。

目前，国内氟流体几乎全部为进口，消费量约1050t，主要供应来自3M 公司、索尔维公司和德国瑞立博公司。其中，3M 公司产品占国内总需求量75%以上，索尔维公司约占20%，德国瑞立博公司约占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环氧化物的阴离子聚合法和全氟烯烃直接光氧化法[2]。其中，索尔维公司的系列产品采用六氟丙烯的光氧化法生产。

全球范围内，具有全氟聚醚成熟技术和规模制造能力的厂家有限，主要为国际跨国公司，在技术成熟度、上下游配套、工艺优化、产品质量、应用技术及服务水平等方面具有垄断地位。国内全氟聚醚油产品未来国内企业如能开发出优质产品，可降低产品的进口依存度，并在国内供应商中占据主要位置。天津渤海化工集团所属天津长芦新材料研究院有限公司采用六氟环氧丙烷阴离子聚合生产工艺，自主开发成套生产设备，已突破全部核心关键技术，实现聚合度可控，平均分子量最高超过16000，核心工艺均已经过放大验证。产品经第三方机构检测，各项指标达到杜邦同类产品水平。

3 其他含氟专用化学品

除上述两大类含氟专用化学品外，其他如含氟液晶材料、含氟特种电子气体、含氟超净高纯化学试剂（如电子级氢氟酸等）和含氟封装材料（如PVDF 等）也在电子工业领域和5G 技术中有广泛应用，这类产品国内生产技术相对成熟，有一定市场占有率，此处不再赘述。

4 发展趋势及建议

产品方面，随着电子技术快速发展，含氟专用化学品应用领域将不断细分，这对产品牌号数量和质量都将有更高的需求，针对不同应用领域定向开发产品将成为必然趋势。市场方面，我国电子化学品2005～2020 年的年复合增长率在16%以上，而含氟专用化学品作为电子化学品的新贵才刚起步，发展潜力巨大。随着5G 时代的到来，高端电子化学品特别是含氟专用化学品也将迎来快速发展。政策方面，产业结构调整指导目录（2019年本）中明确指出，对消耗臭氧潜能值（ODP）为零、全球变暖潜能值（GWP）低的消耗臭氧层物质（ODS）替代品和含氟精细化学品列入鼓励类。国内外环境方面，中美贸易战和新冠疫情对国外经济影响较大，国内经济形势虽受到一定程度影响，整体保持平稳。2020 年7 月30 日中共中央政治局会议指出，加快形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局。此种形势下，未来国外消费产业，尤其是电子产业仍会向国内进行转移，势必会加速电子化学品特别是含氟专用化学品产业的发展。

随着5G 技术的日益成熟和广泛应用，含氟专用化学品将迎来快速发展。国内含氟专用化学品与美国和欧洲等发达国家相比，基础研究较弱、研发转化实力不足、部分市场产品种类和质量都有较大差距。面对此种局势，政府、科研机构和企业应共同推动含氟专用化学品产业发展，制定鼓励政策，加快研发和转化力度，尽早推出高质量的含氟专用化学品满足市场需求。