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镀膜钛靶材在集成电路与平面显示器领域的应用现状

发布时间:2021-02-28 21:17:05 浏览次数 :

目前,我国已发展成世界钛工业大国,钛产能与产量均位居世界首位,然而国内钛材的整体技术含量较低、产品附加值低、产能严重过剩,钛工业面临“大而不强” 的处境,加大钛材深加工及开发高附加值产品是行业摆脱困境的关键。高纯钛作为电子信息领域重要的功能薄膜材料,近年来随着我国集成电路、平面显示、太阳能等产业的快速发展需求量快速上升。磁控溅射技术(PVD)技术是制备薄膜材料的关键技术之一,高纯钛溅射靶材是磁控溅射工艺中的关键耗材,具有广阔的市场应用前景。钛靶材作为高附加值的镀膜材料,在化学纯度、组织性能等方面具有严格的要求,技术含量高、加工难度大。针对下游高端应用,开发高性能钛溅射靶材,是实现电子信息制造业关键材料的自主研制和推动钛工业向高端转型升级的重要举措。

磁控溅射钛靶材主要应用于电子及信息产业,如集成电路、平面显示屏和家装汽车行业装饰镀膜领域,如玻璃装饰镀膜和轮毂装饰镀膜等。不同行业钛靶材要求也有很大差别,主要包括:纯度、微观组织、焊接性能、尺寸精度几个方面,如表1所示。

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1、集成电路用钛靶材

集成电路钛靶材纯度主要大于99.995%以上,目前主要依赖进口。2013年,我国集成电路产业实现销售收入2508亿元,进口额高达2313亿美元,首次成为我国第一大进口商品。2014年,集成电路产业销售收入为2672亿元,进口额仍达到2176亿美元。集成电路用靶材在全球靶材市场中占较大份额。钛靶材原材料方面:高纯钛生产主要集中在美国、日本等国家,如美国Honeywell,日本东邦、日本大阪钛业;国内起步较晚,2010年后北京有色金属研究院、遵义钛业、宁波创润等陆续推出国产的高纯钛产品,但是产品稳定性还待提高。

钛靶材的结构发展方面:早期芯片代工厂利润空间大,主要使用100~150mm磁控溅射机台,而且功率小,溅射薄膜较厚,芯片的尺寸较大,单体靶材的性能能够满足当时机台的使用要求,当时集成电路用钛靶材主要100~150mm单体和组合型靶材,如典型3180型,3290型靶材等。第二阶段,按照摩尔定律发展,芯片线宽变窄,芯片代工厂主要使用150~200mm溅射机台,为提高利润空间,机台的溅射功率提高,这就要求靶材尺寸加大,同时保持高导热、低价格和一定的强度,本时期钛靶材以铝合金背板扩散焊接和铜合金背板钎焊焊接两种结构为主,如典型TN、TTN型,Endura5500型等靶材。第三阶段,随集成电路发展,芯片线宽进一步变窄,此时芯片代工厂主要使用200~300mm溅射机台,为进一步提高利润空间,机台的溅射功率提高,这就要求靶材尺寸加大,同时保持高导热和足够的强度。本时期钛靶材以铜合金背板扩散焊接为主,如主流SIP型靶材如图1所示。

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钛靶材加工制造方面:早期国内外市场基本被美国、日本等大的靶材制造商垄断,2000年后国内的制造业逐步进入靶材市场,开始进口高纯钛原材料加工低端的靶材,最近几年国内钛靶材制造企业发展较快,市场份额逐步扩大到台湾、欧美等市场,如有研亿金和江峰电子两企业专注靶材制造多年。国内的靶材制造企业也正在和国内的磁控溅射机台制造商联合开发靶材,推动国内集成电路磁控溅射产业的发展。

2、 平面显示器用钛靶材

平面显示器包括:液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PDP)、场致发光显示器(E-L)、场发射显示器(FED)。目前,在平面显示器市场中以液晶显示器LCD市场最大,份额高达90%以上。LCD被认为是目前最有应用前景的平板显示器件,它的出现大大扩展了显示器的应用范围,从笔记本电脑显示器、台式电脑监视器、高清晰液晶电视以及移动通信,各种新型LCD产品正在冲击着人们的生活习惯,并推动着世界信息产业的飞速发展。TFT-LCD6技术是微电子技术与液晶显示器技术巧妙结合的一种技术,目前已经成为平面显示主流技术,其中又分A1-Mo、A1-Ti、Cu-Mo等工艺。平面显示器的薄膜多采用溅射成形。A1、Cu、Ti、Mo等靶材是目前平面显示器主要金属靶材,平面显示器用钛靶材纯度大于99.9%,此原材料能够国产。TFT-LCD6代线用平面钛靶材尺寸比较大,结构采用铜合金水冷背板靶材,如图2所示,应用有中电熊猫等。目前中国自主建设的全球最高世代线-合肥10.5代线主要生产大尺寸超高清液晶显示屏,设计产能为每月9万片玻璃基板,玻璃基板尺寸为3370×2940mm,总投资400亿元,预计2018年二季度投产,采用溅射机台及相应的技术和靶材还不确定。

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