日本限制出口的高純氟化氫有多難生產？

　　今年 7 月，日本宣布限制高純氟化氫、氟聚酰亞胺和光刻膠向韓國出口。這三種材料都是高精尖半導體行業使用的，掐中了韓國半導體行業的命脈。今天我們就來說說，這個高純氟化氫，生產起來有多難。

　　一、氟化氫和氫氟酸

　　氟化氫是一種有毒氣體，溶于水形成氫氟酸。氫氟酸是一種弱酸，具有特殊腐蝕性，所謂特殊腐蝕性，是指它能腐蝕其他強酸所不能腐蝕的玻璃、單晶硅等半導體材料。在半導體生產工藝中有重要應用。

　　氫氟酸的生產并不困難，其主要原料是螢石，而我國螢石的探明儲量與南非并列世界第一位，按說是具有得天獨厚優勢的。但應用于半導體生產的氫氟酸可不是普通的氫氟酸，是超凈高純的電子級氫氟酸。普通工業級氫氟酸，洗個玻璃還行，用來洗半導體，基本上只能生產出廢品來。因為普通工業級氫氟酸，含有大量雜質，這些雜質對芯片生產是致命的。

　　那高純氟化氫有多純呢?以前我們都聽說過千足金的說法，也就是純度為 99.9%，含有 0.1% 的雜質，后來又有人提出萬足金，就是 99.99%，含有 0.01% 的雜質。而日本產的最高純度的氫氟酸純度為 99.9999999999% 甚至更高，這個在目前最先進的芯片生產工藝中都可以放心使用。而中國目前能生產的最高純度也比這個純度低十倍左右，而這只是其中一個指標，此外還有控制粒徑、顆粒個數等指標。

　　二、生產工藝

　　如前所說，氟化氫的生產并不困難，只需要讓螢石跟硫酸進行反應，就可以制得氟化氫。再用水溶解掉氟化氫，就變成了氫氟酸。這個生產過程技術含量并不高，工藝也不復雜。但生產出來的只是工業級的氫氟酸，要想應用到電子行業，必須做非常精密的提純。難就難在了提純上。

　　嚴格來說，提純的工藝流程也不是很復雜。主要是利用氟化氫的揮發性以及不同物質沸點不同，采用精餾、蒸餾、亞沸蒸餾、減壓蒸餾、氣體吸收等技術對氟化氫進行純化。在此過程中，要把三價砷的氟化物氧化成五價，以免它跟著氟化氫一起蒸餾出來。然后用高純水溶解氟化氫，再過超濾膜過濾雜質，最后進行檢驗和無塵灌裝。我們國家相關的純化工藝專利有很多。隨著我國化學工藝研究水平的提高，一套合格的生產工藝設計并不難，難就難在生產廠房和設備上了。

　　先說生產廠房，雖說我國已經發展成為基建強國，但對于超凈高純氫氟酸廠房這樣的特殊基建還沒有成熟經驗。這樣的廠房要求與外界嚴密隔離，要設置多重的過濾系統，爭取不讓任何灰塵進入生產區。廠房不僅要有雙層的門窗和多重的通風過濾系統，而且要精打細算到每個工作區都用小的隔斷隔開，設置獨立的過濾系統，保證外來的“新鮮空氣”，經過多重過濾和殺菌以后達到萬級以上的凈化度(具體標準指標參考百度百科)，灌裝車間甚至要求達到百級以上。

　　由于氟化氫的腐蝕性，對廠房裝修也提出了很高的要求，要使用完整的幾乎沒有拼接的裝修材料，表面光滑整潔，邊角要易于清潔。所有的裝修材料包括工作臺、隔層、器皿等都要使用防靜電的材質。因為靜電吸附灰塵，會給生產帶來干擾。目前國內生產的高純氟化氫，往往會出錢顆粒不達標的情況，正是生產車間建設不達標帶來的問題。穿著乞丐服生產高檔美食，其結果可想而知。

超凈室

　　然后再說設備問題。其實設備的設計不存在太大的困難，難就難在設備的制作材料和生產工藝。由于氟化氫和氫氟酸的腐蝕性，一般的金屬設備是不能用來生產高純氟化氫的。要么使用鉑、金等貴金屬材質，要么使用增加防腐蝕內襯的不銹鋼設備。內襯材料往往是氟塑料，如聚四氟乙烯、PFA 等塑料材質。

　　但國內生產的氟塑料，往往摻入碳酸鈣、二氧化硅、滑石粉等材料，這些物質對氟化氫生產工藝帶來新的污染。還有就是塑料表面的光滑整潔度，也影響產品的質量，這些往往是我國材料生產和加工的薄弱環節。再有，國外能夠生產噸級方桶和儲罐，方便儲運氫氟酸，而國內只能生產幾十升的容器。

　　此外，高純氟化氫所用的分析測試儀器往往很貴，一般生產車間難以承擔。同時，制備過程中的原料質量、人為因素、膜過濾、分析測試和灌裝等環節都會影響高純氟化氫的純度。因此要想提高我國高純氟化氫的生產水平和質量，要求全產業鏈的提升，而不是每一個生產廠自己努力就能解決的問題。

　　最后，補充一點，即使我國克服了所有困難生產出符合要求的高純氟化氫，想替代日本公司也是很難的，因為芯片生產企業需要重新調試生產工藝，以便測試新原料對產品生產的影響。據估算調試工藝的時限大概是兩個月的時間。一般的芯片企業不被逼到一定程度，不會下定決心更換原料的。

　　三、氟化氫的其他用途

　　1. 中低端電子產品

　　我國也是氟化氫的銷售大國，雖然暫時不能搶占高端芯片領域的氟化氫市場。但我們在中低端電子產品用高純氟化氫領域占有很大的市場份額，未來還有擴大的趨勢。需要努力的是高端領域，目前日本公司的份額接近 90%，這是利潤很高的一塊大蛋糕。

　　2. 氟碳化合物生產

　　氟化工產業，是利用氟化氫很重要的產業領域。用氟化氫可以生產各類氟碳化合物，比如其溶解、冷凍劑、發泡劑等。這些工業需要消耗大量氟化氫，至少在十萬噸級以上。

　　3. 冶金工業

　　像煉鋁工業，還有特殊金屬，如鈮、鉭、鎢、鈾、釔等金屬，甚至不銹鋼行業，也都需要氟化氫。當然這些工業對氟化氫的純度要求并不像電子工業那樣高。

　　4. 石油化工

　　石油烷基化工業，也會用到一些氟化氫作催化劑。
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