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3M的PFAS停产,影响也许比你想象严重

半导体行业观察 ·2022-05-21 10:17·半导体行业观察
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来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank)编译 自eetimes ,作者:汤之上隆, 谢谢。


在2022年4月11日,汤之上隆发表了 3M比利时工厂停止生产,震惊的冲击 的投稿。这篇报道正如标题所示,给各方面带来了冲击。之所以这么说,是因为刊登了这篇报道之后,笔者身边不断有关于这件事的询问。

因此,本文想报道这个续篇。在此之前,简单地回顾一下前面所述的内容。

2022年3月8日,3M的比利时工厂停止了用于干法蚀刻装置的制冷剂的氟类惰性液体(PFAS(全氟烷基化合物及聚氟烷基化合物)的一种,注册商标“氟化液”)的生产。据推测,氟化液的世界份额约有50%(图1)。

图1

在干法蚀刻装置中,为了使硅片的温度保持恒定,使用称为冷却循环的装置,在被称为静电卡盘的晶片级上流通氟化液等制冷剂,使其循环(图2)。这时,由于制冷剂会流失,一边补充流失的部分一边进行冷却循环。

图2

据说半导体工厂最多有3个月左右的制冷剂库存。但是,如果那个库存见底的话,如果不能筹措停产的氟化液的替代品的话,干法蚀刻装置就不能运转了。那就是说半导体工厂停止了。

因此,世界上各半导体厂商和干法蚀刻装置厂商为了寻求氟化液的替代品,展开了激烈的采购战。厂商选择的替代品则是,3M在美国工厂生产的“Novec”(世界市场占有率约30%)和比利时总部所在的SolBa在意大利工厂生产的“Galden”(世界市场占有率约20%)。

本文首先想报道这个替代品的采购情况。在那里,叙述日本制造厂面临不利的立场的处境,日本以外的半导体制造厂也绝对不安泰的事。接着,说明为什么3M的比利时工厂突然停止了氟化液的生产。据笔者调查,这是一个根深蒂固的问题。

此外,还将讨论由于氟化液停止生产,今后会发生什么样的事态。最坏的情况是,不仅无法生产包括汽车在内的各种电机产品,还可能难以维持社会基础设施。毫无夸张,我想警告人类的科技正面临着危机。

氟化液的替代品的采购情况


据某贸易公司的熟人透露,虽然非正式,但3M已向大宗顾客Samsung Electronics、SK hynix、TSMC、Intel承诺支持。其支持可能是提供在美国生产的Novec来代替停产的氟化液。

然而,氟化液和Novec的各种物性参数是不同的。例如,如果将通用使用的型号FC-3283的氟化液和与之相似的Novec(型号7500)进行比较,则物理性质存在微妙的不同(图3)。如上所述,如果将物性参数不同的制冷剂混合在一起,则极难将静电卡盘控制在所希望的温度上。也就是说,氟化液FC-3283和Novec 7500不能说是兼容性好。

图3

因此,听说从3M那里得到了Novec采购的某个半导体制造商,委托了干法蚀刻装置制造商,将氟化液与Novec混合时的温度调节试验。 随着精细化的进行,加工形状的好坏取决于微妙的温度控制。 因此,即使能够代替采购Novec,也不能说是安泰。

面临着化审法的壁垒的日本制造商


即使很难混合不同的制冷剂,但是能够获得替代品的半导体制造商还是有希望的。但是,日本制造商陷入了更严峻的状况。

之所以这么说,是因为对于与氟化液(型号FC-3283)相对物性参数接近的Novec(型号7500),根据《关于化学物质的审查及制造等限制的法律》(简称:化审法),每年禁止制造和进口1吨以上的Novec。

因此,使用氟化液的日本半导体厂商的替代品的选择只有SolBa的Gardon(但是,型号HT235的Gardon与氟化液FC-3283的兼容性相当好。这是不幸中的万幸)。

也就是说,只要这个化审法没有被修改,日本制造商在制冷剂方面就处于极为不利的地位。或许,制冷剂的库存见底之时,运转停止的最初的半导体工厂可能是日本制造商。

但是,话说回来,为什么3M的比利时工厂停止了氟化液的生产呢?

进行了不可抗力宣布的3M


从上个月开始的一个月内,通过调查判明,针对1963年开始生产的3M比利时Zwijndrecht工厂(图4),围绕着氟化物生产时排出的废气,比利时的佛兰德斯地方政府多次通知加强管制,但3M没有遵守据说佛兰德斯地方政府,所以惩罚性地停止了氟化液的生产。

图4

因此,3M似乎宣布了Force Majure。Force Majure是法语中“不可抗力”的意思,指地震、洪水、台风、战争、暴动、罢工等无法预测和控制的外部原因。

例如,2011年3月11日发生了东日本大地震,由于地震和海啸等原因,很多工厂停止了运转。在这种情况下,对于签订买卖合同的客户,因为不能履行合同,所以宣布不可抗力,也就是Force Majure。而且,这样的话,停工的工厂由于买卖合同的不履行而不能赔偿损失。

在3M比利时工厂的情况下,3M也想向生产氟化液,签订买卖合同的半导体制造商出售氟化液,但是由于佛兰德斯地方政府强制停止了生产,所以3M宣布了不可抗力。

为什么佛兰德斯地方政府停止了弗罗利纳特的生产


在Chem-Station网站上,一位叫“Tshozo”的人投稿的题为《关于Parfulo系界面活性剂的话题追加》的文章于2022年2月14日刊登。本报道于4月被追记,引用了笔者4月11日发布的EE Times Japan的报道。

在这篇报道中,相当详细地记载了在3M的比利时工厂,氟化液(PFAS)停止生产的背景情况。根据Tshozo的报道以及该报道中刊载的文献等,对其情况进行说明。

如图5所示,3M的比利时工厂在生产氟化液等时产生的排气物燃烧,将废气从烟囱排放到空气中。

图5

但是,由于氟化物一般非常稳定,所以不能完全燃烧分解。因此,如图6所示,从烟囱排出的废气中含有(未燃烧)的PFAS在空中飞散,其中的一部分成为雨水流入土壤。

而且,这数十年来浸入土壤并积蓄起来,甚至流入河流和地下水脉的PFAS通过某种途径进入人类的口中,从土壤以及附近居民的血液内检测出相当高浓度的PFAS。这似乎是比利时的佛兰德斯地方政府强制停止了3M的弗罗利纳特生产的原因。

图6

Tshozo在上述报道中指出,根据相关新闻,佛兰德斯地方政府所说的内容与3M的主张进行了核对,两者存在很大的分歧。为了填补这种认识差距,需要长时间的讨论和大量的数据,这需要相当长的时间。

笔者也读了Tshozo的文章,开始觉得3M的比利时工厂不可能重新开始氟化液的生产。这样的话,对于世界的半导体产业来说,氟化液已经无法指望了。事态果然处于危机的状况。

做不出成品


干法蚀刻装置用制冷剂的一半消失了。而且,暂时不会被补充吧。与此相对,3M承诺支持、Samsung、SK hynix、TSMC、Intel,但其他半导体厂商(特别是日本制造商)在制冷剂库存已见底,半导体工厂开始停止运行。

那么会发生什么呢?

希望你能想起。到了2021年,由于半导体不足,日美欧各国的汽车制造商被迫减产。这个时候,主要不足的是作为二次承包的Infinen Technologies、NXP Semiconductors、瑞萨电子等车载半导体制造商委托TSMC生产的28nm的逻辑半导体和MCU(Micro Controller Unit,通称微机)。也就是说,由约3万件零件构成的汽车,仅仅缺一个半导体,就不能制造完整的车。

现在,汽车至少需要15种半导体(图7)。在此,近3年的出货额动向显著且飞跃性地扩大的是模拟半导体。2019年和2020年的模拟半导体不足150亿美元,到2021年市场扩大到1.6倍,约240亿美元。

图7
实际上,如上所述,2021年的上旬28nm的逻辑半导体和微机不足,但是2021年的后半段那个不足被解除。而这次变成包含功率半导体的模拟半导体不足。这体现在2021年模拟半导体(包括功率)需求快速增长。

这个原因在于汽车自动驾驶和EV化(电动化)的发展。由于自动驾驶车上安装了很多传感器,因此需要很多用于处理传感器信号的模拟半导体。另外,随着EV化的普及,功率半导体需求急剧扩大。

并且,汽车的自动驾驶化和EV化今后会更加加速地普及。这样,包括功率的模拟半导体需求今后将进一步扩大。生产这种功率半导体和模拟半导体的工厂,如果因为制冷剂见底而停,会怎么样呢?

生产功率和模拟半导体的半导体制造商多为8英寸工厂。这样的半导体制造商不是像Samsung、SK hynix、TSMC、Intel那样的大公司。因此,可能有企业会在干法蚀刻用制冷剂的采购大战中败下阵来。那样的话,会发生功率半导体和模拟半导体的不足,自动驾驶车和EV不能生产的情况。

苹果的iPhone也不能制作了


而且,这种情况不仅限于汽车。图8示出了用于Communication的半导体的发货额。该领域包括以美国苹果公司的“iPhone”为首的智能手机和5G(第五代移动通信)通信基站等。

图8

新型iPhone需要使用TSMC最先进的程序生产的Application Processor(AP)。但是,并不是只有最先进的AP才能够制作iPhone。如图8所示,需要各种类型的半导体,其半导体的技术节点从最尖端到传统广泛。

即使缺少一个TSMC以外的中小规模半导体厂商生产的传统芯片,也无法制作成品iPhone。同样地,电脑、高性能服务器、所有的电器产品,仅仅一个半导体不足,就无法生产成品。

这样,干蚀刻装置用的制冷剂变成了一半,导致不能生产包括汽车在内的所有电机产品。

而且,问题不止这些。

人类科技的严峻挑战


你每天都会使用连接在网络上的智能手机和电脑吧。对于那个互联网,通信基站和数据中心的存在是不可缺少的。那个通信基站和数据中心被庞大的半导体支撑着。

你的家和办公室有照明器具,有各种各样的电器产品吧。作为其动力的电力是由发电站制造的,通过变电站传送。电力半导体等半导体活跃在发电和输电上。

你为了上下班坐电车,为了出差和旅行坐飞机,用ATM从银行存款里取钱吧。电车的运行系统、飞机的自动操纵系统、银行的主要系统等都是由半导体控制的。

像这样,现在维持人类文明的社会基础设施,已经没有半导体是不可能存在的。并且,如果因为干法蚀刻装置用的制冷剂不足,这些半导体不能制作的话?

请想象一下在社会基础设施中使用的半导体不能生产的时候。大家面临危机的状况?

现在还没有半导体工厂停止的消息。但是笔者却认为这是“暴风雨前的寂静”。


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