电子化学品教材

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1、精细化学品电子产品 化学工程 lyl 目录 1. 绪论 2. 新型半导体工业用化学品 3. 电子工业用光刻胶 4. 印刷线路板材料 5. 液晶材料 6. 新型封装材料 7. 其他几种电子化学品 1.绪论 电子化学品又称电子化工材料，泛指电 子工业使用的专用化工材料，即电子元器件 、印刷线路板、工业及消费类整机生产和包 装用各种化学品及材料。 按用途可分成光致抗蚀剂、电镀化学品 、封装材料、高纯试剂、特种气体、溶剂、 清洗前掺杂剂、酸及腐蚀剂、电子专用胶黏 剂及辅助材料等大类。 1.1 电子化学品的用途 电子化工材料及产品支撑着现代通信、计算机 、信息网络技术、微机械智能系统、工业自动化 和家电

2、等现代高技术产业。电子信息材料产业的 发展规模和技术水平，已经成为衡量一个国家经 济发展、科技进步和国防实力的重要标志，在国 民经济中具有重要的战略地位。 电子化学品是电子工业中的关键性基础化工材 料，电子工业的发展，要求电子化学品与之同 步发展，不断地更新换代，以适应其在技术方 面不断推陈出新的需要。特别是在很多电子元 器件微细加工过程中所需的关键性电子化学品 主要包括：光刻胶（又称光致抗蚀剂）、超净 高纯试剂（又称工艺化学品）、特种电子气体 和环氧塑封材料等。 1.2 电子化学品国内外现状及发展概况 据美国市场研究公司BCCResearch2011年1月发布 的电子化学品与材料：全球市场报

3、告中预计 20102015年间的年均复合增长率为12.6%。预计到 2015年，全球电子化学品市场规模可达5000亿美元。 随着全球电子设备市场需求将呈爆发式增长，未来5年 全球电子化学品需求年增长率将达122.6，其中导电 聚合物的需求每年将增长约26。 半导体用化学品中，需求增长最快的是用于集成电路 和分立元器件的硅片、砷化镓晶片。截止2011年末，这类晶 片类化学品已占半导体化学品市值的70%以上。 在其他的电子化学品中，市场需求总值最大的为高纯气 体，预测其需求年增长速度为8.2%，到2010年末市值达45亿 美元；紧随其后的是湿法化学品，市值达20多亿美元；光刻 胶需求增长速度也较高

4、，可达8.5%。；而光刻胶显影剂和脱 除剂的需求也将以很大的速度增长。 由于整个印刷电路板市场增长速度较慢，该领域的生产 厂家试图通过引入新产品来刺激增长。一些研发能力较强的 厂商以下定决心采用专用化学品，以便使电路板体积更小巧 、功能更强大、使用更方便、寿命更长久。 随着电子消费品需求增长以及全球大力发展新能 源以及电子制造产业重心向中国转移，液晶、电 解液等精细化工中电子化学品的发展前景最为看 好。 “战略性新兴产业”是我国经济转型的关键。电 子化学品横跨信息电子与新材料两大国家战略性 新兴产业，行业正处于政策多发期，国家部委接 连出台多项鼓励举措，这些重大利好使得电子化 学品再次成为关注

5、的焦点。 我国电子化学品的现状和发展 ： 2. 新型半导体工业用化学品 半导体材料（semiconductor material）是一类具 有半导体性能（导电能力介于导体与绝缘体之间 ）、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材 料。 构成固态电子器件的基体材料绝大多数是半导体 ，正是这些半导体材料的各种半导体性质赋予各 种不同类型半导体器件以不同的功能和特性。 半导体 元素在元素周期表的A族至A 族分布着11种具有半导性的元素： C、Se、 B、Si、Ge、Te(磅)、Sn、As、Sb(锑)、P、 。 这11种元素半导体中只有Ge、Si、Se 3 种元素已得到利用。Ge、Si仍是所有半导体 材

6、料中应用最广的两种材料。 宽带隙半导体材料 氮化镓、碳化硅和氧化锌 等都是宽带隙半导体材料 ，制成的器件的工作温度 可以很高，可用在石油钻 探头上收集相关需要的信 息，它们还在航空、航天 等恶劣环境中有重要应用 ，还可以大大提高元器件 的使用寿命。 低维半导体材料 实际上这里说的低维半导体 材料就是纳米材料。人们能在原 子、分子或者纳米的尺度水平上 来控制和制造功能强大、性能优 越的纳米电子、光电子器件和电 路，纳米生物传感器件等，以造 福人类。纳米科学技术的发展和 应用不仅将彻底改变人们的生产 和生活方式，也必将改变社会政 治格局和战争的对抗形式。 基于GaAs的超晶格、量子阱 材料已经发展

7、得很成熟，广泛 地应用于光通信、移动通讯、 微波通信的领域。量子级联激 光器是一个单极 半导体材料器 件，是近十多年才发展起来的 一种新型中、远红外光源，在 自由空间通信、红外对抗和遥 控化学传感等方面有着重要应 用前景。 3. 电子工业用光刻胶 光刻胶是指通过紫外 光、电子束、离子束、X射 线等的照射或者辐射，其 溶解度发生变化的耐蚀刻 薄膜材料。是利用化学反 应进行图形转换的媒体。 根据其化学反应机理和显影原理，可分 负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物 质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶 的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。 按照曝光光源和辐射源的不同，又分为紫外 光刻胶、深紫外

8、光刻胶、电子束胶、X射线胶 和离子束胶等。 光刻胶的应用领域 模拟半导体 发光二极管 微机电系统 太阳能光伏 微流道和生物芯片 光电子器件/光子器件 封装 光刻胶的发展趋势 中国的微电子和平板显示产业发展迅速，带 动了光刻胶材料与高纯试剂供应商等产业链中的 相关配套企业的建立和发展。特别是LED（发光二 极管）的迅猛发展，更加有力地推动了光刻胶产 业的发展。 从国内相关产业对光刻胶的需求量来看，目 前主要还是以紫外光刻胶的用量为主用于集成电 路、大规模集成电路、液晶显示的紫外正性光刻 胶及用于LED的紫外正负性光刻胶的需求总量超过 1000吨/年。 几类新型光刻胶 1.聚酯型光刻胶：化学组成为

9、聚亚肉桂基丙二酸乙 二醇酯，是一种具有高分辨率的负性抗蚀剂，它 的抗蚀性好，与SiO2及铝表面有较强的粘附力， 分辨率可达1um. 2.正性光致抗蚀剂：又称光致抗蚀剂，由感光树脂 、增感剂和溶剂三种主要成分组成。受到光照后 ，树脂的溶解性或亲和性发生明显变化，通过显 影将曝光部分与非曝光部分区分开来，形成凹凸 表面。（正负性） 3. 紫外正性光刻胶：用紫外光作曝光光源的 光刻胶，为琥珀色透明液体，可与醇、酮 、酯互溶，易燃，受光和热作用会发生分 解反应。对SiO2和金属有较好的粘附性， 耐酸性强。主要用于大规模集成电路微细 加工，在掩模板、印刷行业PS版光刻工艺 中使用。 4. 还有其他几种正

10、在研究的新型光刻胶材 料如深紫外光致抗蚀剂、聚乙烯醇肉桂酸酯 负性光刻胶、聚烯类双叠氮光致抗蚀剂等。 PCB（Printed Circuit Board），中文名称为印制线路板 ，简称印制板，是电子工业的重要部件之一。几乎 每种电子设备，小到电子手表、计算器，大到计算 机，通讯电子设备，军用武器系统，只要有集成电 路等电子元器件，都要使用印制板。在较大型的电 子产品研究过程中，最基本的成功因素是该产品的 印制板的设计、文件编制和制造。印制板的设计和 制造质量直接影响到整个产品的质量和成本，甚至 导致商业竞争的成败。 4. 印刷线路板材料 PCB扮演的角色 PCB扮演的角色是提供完成第一层级构装

11、的 组件与其他必需的电子电路零件接合的基 地，以组成一个具有特定功能的模块或成 品。所以PCB在整个电子产品中，扮演了整 合连接各种功能组件的角色。 电子构装层级区分示意 PCB的主要功能 提供集成电路等各种电子元器件固定、装 配的机械支撑。 实现集成电路等各种电子元器件之间的布 线和电气连接或电绝缘。 提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。 为自动焊锡提供阻焊图形，为元件插装、 检查、维修提供识别字符和图形。 PCB的分类 有机材质 酚醛树脂、玻璃纤维、环氧树脂、 Polyimide（聚酰亚胺）等 无机材质 铝、Copper-invar（钢）、Ceramic（陶瓷 ）等，主要取其散热功能。 以

12、材质分: PCB的分类 硬板Rigid PCB 软板Flexible PCB 软硬结合板 Rigid-Flex PCB 以成品软硬区分： 硬板 PCB 软板 PCB 软硬结合板 PCB的分类 依表面处理方式分 l喷锡板 Hot Air Levelling PCB的分类 （按表面处理） l镀金板 Au plating board PCB的分类 （按表面处理） l防氧化 OSP PCB的构成材料 印刷线路板由介电层（或称绝缘层）和高纯 度导体（或称导电层）交替叠加构成。 介电层的材料一般有树脂Resin、玻璃纤维 Glass fiber 等；导电层一般为铜箔Copper foil 。 *35 什么

13、是液晶？ 液晶是兼具液体及晶体的相。 液体：可流动，构成的个体可自由活动。 晶体：分子排列有序，构成的个体几乎无法 活动。 定义：一些物质的结晶结构熔融或溶解之后虽然变 为了具有流动性的液态物质，但结构上仍保存一维 或二维有序排列，在物理性质上呈现各向异性，形 成兼有部分晶体和液体性质的过渡状态，称为液晶 态，而这种状态下的物质就称为液晶材料。 5. 液晶材料 液晶材料是液晶显示器件（LCD）的基础 材料。LCD是21世纪初最有发展活力的电子产 品之一。LCD由于有工作电压低、微功耗、体 积小、显示柔和、无辐射危害等一系列优点， 适合于液晶电视、个人电脑的显示器件。目前 彩色TFELCD为便携

14、微机的开发和应用做出了 巨大贡献。 *37 液晶材料 主流市场 大尺寸 中小尺寸 *38 应用： u利用液晶材料的电光效应 显示器件 各种感应器 u利用液晶的各向异性应用于化 学 作为有序溶剂 在高分子纤维生产中的应用 气相色谱固定液 *39 20世紀 21世紀 拟纸化 更加方便 高解析度 更佳显示效果 图像电影 书籍档案 显示器需求趋势 6. 新型封装材料 1. 电子封装技术的发展 11 电子封装技术 在半导体制造工程中，狭义的电子封装是 指半导体制造工艺的后工程中的工序，广义的 封装是包括了后工程和后续的电子组装。而如 今的先进封装则难以区分前、后道和组装的界 限。电子封装不但直接影响着电

15、路本身的电性 能、机械性能、光性能和热性能，还在很大程 度上决定着电子整机系统的小型化、多功能化 、可靠性和成本。 我国从20世纪70年代中期开始研制电子元 器件塑封用模塑料。80年代转向研制环氧 型膜材料。经过十几年的不懈努力，我国 在高纯度邻甲酚环氧树脂、Novolac酚醛树 脂、模塑料配制技术等方面有了很大的进 步。 电子封装功能 提供芯片的信号输入和输出通路； 提供散热通路，散逸半导体芯片产生的热量 ； 接通半导体芯片的电流通路； 提供芯片的机械支撑和环境保护。 电子元器件和集成电路的封装材料可以起 到散发热量、机械支持、信号传递和密封保护 等一系列作用。这就需要电子封装材料化学稳 定

16、性高、导热性能好、有较好的机械强度、便 于加工、成本较低和便于自动化生产等。 如果没有许多关键性材料，先进电子封装 技术与材料技术的快速发展是不可能实现的。 封装材料主要有如下三类 金属基封装材料，如：铜及其合金(w-Cu、Mocu)、 铝合金、钢、Kovar合金(Fe-29Ni-17Co)、金属复合材料等 ； 陶瓷基封装材料，如：玻璃、矾土、AlN、SiC等及其复 合材料； 有机高分子材料，如：硅酮树脂，聚丁二烯树脂，环 氧一酸酐固化树脂，邻甲酚醛环氧一酚醛树脂，低应力、 低膨胀系数、低翘曲度环氧模塑料，硅胶，聚酰亚胺涂层 胶，液体导电胶，导热胶，底填料，UV固化胶，光敏树脂 ，柔性封装基板等。 环氧塑封料 随着半导体器件、集成电路的迅速发展，陶瓷 、金属、玻璃等封装难以适应大规模工业化和降低 成本的要求 塑封料作为非气密性封装材料，与气密性金 属、陶瓷封装相比，便于自动化生产，提高封装 效率，降低成本。它具有体积小、重量轻、结构 简单、工艺方便、