Chancen für Hoch

Vikash Kumar | 11. Okt. 2021

Die durch COVID-19 verursachte Nachfrage nach Waren anstelle von Dienstleistungen hat in Verbindung mit Unterbrechungen der Lieferkette zu einer Chipknappheit geführt, die voraussichtlich bis weit ins nächste Jahr hinein anhalten wird. Wie vorherzusehen war, hat dieses Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage Halbleiterhersteller, darunter TSMC und Intel, dazu veranlasst, die Preise zu erhöhen. Einige Unternehmen haben sogar begonnen, in neue Anlagen zu investieren, und neue Akteure sind in das Feld eingestiegen, um Geschäftsmöglichkeiten zu nutzen. All dies sind gute Nachrichten für Hochleistungskunststoffe (HPPs), darunter PI, PEEK/PEKK, PEI, PAI, PPSU, PESU, PPS, LCP und PFA. Diese Materialien finden in der Halbleiterindustrie breite Anwendung, insbesondere wenn hohe Temperaturen und chemische Reinigungsverfahren erforderlich sind. Diese Polymere funktionieren unter extrem rauen Bedingungen gut, kosten jedoch relativ weniger als Materialien wie Keramik oder Quarz.

Die Halbleiterproduktion ist ein anspruchsvoller und anspruchsvoller dreistufiger Prozess – Fertigung, Prüfung und Montage –, in dem HPPs mehrere Rollen spielen. Beispielsweise werden die Polymere zur Herstellung von Teilen von Nassbänken verwendet, Maschinen, die Wafer bei hohen Temperaturen chemisch reinigen, spülen und trocknen. HPPs sind die bevorzugten Materialien für viele Komponenten, wie z. B. CMP-Ringe, Waferträger, Waferführungen/-kämme, Burn-In-Testsockel, Prüfkarten und Befestigungselemente. Darüber hinaus erfreuen sich Hochtemperatur-HPPs aufgrund von Prozessänderungen zunehmender Beliebtheit bei der Herstellung von IC-Handling-Trays, Spin Chucks und anderen Produkten. Wasserkraftwerke erfüllen nahezu alle erforderlichen Kriterien, darunter die folgenden:

Kürzlich gab der britische Chipdesigner ARM Ltd. (Nvidia) bekannt, dass er einen Prozessor auf einem Polyimid-Substrat statt auf Silizium gebaut hat. Bei erfolgreicher Umsetzung und Kommerzialisierung könnte dies aufgrund der geringen Kosten und des Potenzials für die Massenproduktion eine weitere vielversprechende HPP-Anwendung sein. Eine flexible oder Kunststoff-CPU könnte potenzielle Anwendungen in intelligenten Geräten, Echtzeit-Gesundheitsüberwachungsgeräten und vielen anderen Produkten haben. Es würde auch in autonomen und verbindenden Geräten mit geringem Stromverbrauch sehr bevorzugt werden. Eine mögliche Herausforderung wäre die nutzbare Haltbarkeit, die unter realen Bedingungen noch nachgewiesen werden muss.

Zu den größten Herausforderungen im Zusammenhang mit einigen HPP-Komponenten gehören die Sortenauswahl und Preisunterschiede zwischen verschiedenen Polymeren. PPS, PESU, PSU und PEI sind günstiger als PEAK/PEKK; Letztere bieten jedoch einige wünschenswerte Eigenschaften.

Die Volumenanforderungen sind uneinheitlich und begrenzt. Daher ist Spritzguss in vielen Fällen möglicherweise kein geeignetes Herstellungsverfahren.

Darüber hinaus ist die Einführung neuer Materialien komplex, da mehrere Interessengruppen beteiligt sind.

Wafergrößen – <150, 200, 300 und 450 mm – sind ebenfalls ein erschwerender Faktor. Der 450-mm-Wafer wurde aufgrund seiner großen Abmessungen und seines Gewichts eingestellt. Der 300-mm-Wafer scheint den größten Marktanteil zu haben, und dies wird voraussichtlich auch so bleiben.

Die Größe der Produktionsanlage ist ein wichtiger Aspekt, da sie sich auf Wartungs- und Produktionszyklen auswirkt und möglicherweise die Materialauswahl beeinflusst. Darüber hinaus können Innovationen im Chip-Design – Substratwechsel (Si zu SiC oder GaN) und eine Reduzierung der Pitch-Abstände zur Erzielung einer höheren Pin-Dichte – dazu führen, dass Materialien den etablierten Herstellern vorgezogen werden. In einigen Fällen kann der Temperaturbereich auch von 150–200 °C auf 200–250 °C erhöht werden.

Relativ kostengünstigere Fluorpolymere (PTFE, PVDF und ECTFE) erfreuen sich zunehmender Beliebtheit bei Anwendungen, bei denen die chemische Beständigkeit von entscheidender Bedeutung ist, obwohl die Materialien Probleme bei der Verarbeitbarkeit haben. PEEK scheint den Markt zu dominieren, wo eine hohe Hitzebeständigkeit das Hauptkriterium für die Materialauswahl ist, das Material jedoch recht teuer ist.

Neben einem plötzlichen Anstieg des Konsums sind auch geopolitische Aktivitäten für die Chipknappheit verantwortlich. Neue Investitionen in Entwicklungsländern wie Indien, Indonesien, den Philippinen und Vietnam werden die Chipknappheit lindern. Zunächst werden diese Nationen eher im Test- und Montagebereich als in der Chipproduktion tätig sein, da hierfür erhebliches technologisches Know-how und umfangreiche Investitionen erforderlich sind. Langfristig werden sich diese Schwellenländer jedoch zu Chipproduzenten entwickeln.

Die Vereinigten Staaten, Westeuropa, Japan und Südkorea steigern die regionale Produktion von Chips, um Engpässen entgegenzuwirken, und dies wird sicherlich die Nachfrage nach HPPs ankurbeln. Dies kann an den Test- und Montagestandorten ausgeprägter sein als in der Fertigung, wo sich Unternehmen möglicherweise dafür entscheiden, bei etablierten Materialien zu bleiben, um Unsicherheiten in Bezug auf die Qualität zu vermeiden. Der Hochtemperatur-Backprozess bei der Chip-Handhabung und Nachhaltigkeit wird die Verwendung von recyceltem HPP vorantreiben, da die Verwendung von Neuharz teuer wäre. Darüber hinaus wird erwartet, dass das Aufkommen der additiven Fertigung und die Entwicklung neuer Sorten Komponenten mit einem besseren Betriebskostenprofil bei ähnlichem Leistungsniveau produzieren werden.

Über den Autor

Vikash Kumar ist Programmleiter für Polymere und Materialien bei ChemBizR, einem Boutique-Unternehmensforschungs- und Beratungspartner globaler Chemieunternehmen. ChemBizR unterstützt Kunden bei der Bewältigung kritischer geschäftlicher Herausforderungen und strategischer Wachstumsinitiativen und transformiert ihr Unternehmen für nachhaltiges Wachstum in einem hart umkämpften und sich schnell entwickelnden Umfeld. Kontaktieren Sie den Autor und das Unternehmen unter [email protected].

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