作为半导体设备真空密封环节的必备零部件,全氟醚橡胶(FFKM)密封圈被用在超高温、强腐蚀、富等离子体等极端环境中保障设备稳定运行。

 

相比其他高科技行业,半导体领域对全氟醚橡胶密封圈的性能要求更为严苛,其研发制造全过程需满足配方、洁净度、一致性等多方面的高标准,技术难度与行业壁垒更高。因此,规模化稳定供应的半导体全氟橡胶密封圈供应商主要是国外企业,比如美国杜邦、美国GT、英国PPE。

然而,随着中国半导体产业国产化进程加快,全氟醚橡胶密封圈的国产替代正迎来关键转折点,芯密科技、大金清研、沸点密封、青岛尼可、惠州中茂、森恒密封、四川弘芯、金源半导体等企业纷纷布局市场。

一、半导体密封圈应用简介

 

在刻蚀、沉积、离子注入、化学机械抛光(CMP)等半导体制造工艺中,生产环境的洁净度和稳定性要求极高,通过采用密封圈,可以阻隔污染物侵入和防止工艺气体外泄,为晶圆制造提供可靠保障。

对于半导体密封圈而言,需要承受高温、强酸碱、等离子体撞击等苛刻条件,同时满足超洁净、低析出等要求。

半导体密封圈通常呈环形结构,常见截面形状包括O型、矩形、U形等,其中O型密封圈因标准化程度高、安装简便而应用最广。

半导体密封圈,摄于沸点展台

值得注意的是,全氟醚橡胶密封圈不仅是半导体设备的原装零部件,还是晶圆厂端需定期更换的耗材。因高温和化学作用导致的老化变形,使其平均替换周期为3-6个月。据统计,在主要半导体耗材中,全氟醚橡胶密封圈的年消耗价值量占比达20%-30%,仅次于石英耗材,凸显其不可替代的地位。

从市场规模看,全氟醚橡胶密封圈在半导体领域需求旺盛。2024年,全球半导体用全氟醚橡胶密封圈市场规模达274.80亿元,占全球总规模的87.54%;中国市场规模为56.8亿元,占比81.00%。其中,晶圆厂端用量占主导(68.6%),设备厂端占比31.4%。随着下游晶圆厂扩产和设备更新,这一市场预计将持续增长。

图片来源:芯密科技招股书

二、半导体密封圈material特性

 

全氟醚橡胶凭借其优异的物理机械性能,成为半导体密封圈的主流材料

全氟醚橡胶主要有四氟乙烯(TFE)、全氟烷基乙烯基醚(MVE)为主要单体,与少量带硫化点的第三单体共聚而成,如下图所示,聚合物中所有碳原子上的氢原子全被氟原子所取代,是一种完全不含有C-H键的橡胶。

全氟醚橡胶分子结构式

全氟醚橡胶的合成工艺复杂,技术壁垒高。其分子支链引入醚键改善柔顺性,玻璃化转变温度低至-19℃,同时维持高温稳定性。FFKM与普通氟橡胶(FKM)的关键区别在于第三单体配方,各厂商视其为核心技术秘密。

全氟醚橡胶材料特性

 耐化学腐蚀性 :能耐受强酸、强碱、有机溶剂等1600多种化学物质,确保在蚀刻、沉积等工艺中不发生泄漏。

 耐高温性能 :使用温度范围可达-20℃至300℃,部分型号可承受330℃短期高温,适应扩散、退火等热制程。

 耐等离子体侵蚀 :在等离子体环境中保持低析出、高洁净度,避免污染晶圆。

 机械稳定性 :具备低压缩变形率和良好的弹性,保障长期密封可靠性。

从市场规模看,国内FFKM材料市场规模约20亿元,制品在半导体领域规模约30亿元。随着半导体工艺向3nm及以下节点演进,对密封圈纯净度和耐性的要求将进一步提高,FFKM作为顶级材料,需求有望持续增长。

三、密封圈供应商格局与国产替代进展

 

全球半导体级全氟醚橡胶密封圈市场长期由国际企业主导,代表性公司包括美国杜邦(DuPont)、美国GT、英国PPE等。这些企业凭借多年技术积累,在配方设计、规模化生产和一致性控制方面占据优势,目前仍在中国市场占据超一半份额。

国际主要半导体密封圈供应商

厂商 产品 特性
美国杜邦(DUPONT) Kalrez® O形环 | 杜邦全氟醚弹性体零件 Kalrez® 6375UP要将半导体原材料转变成有用的器件,需要数百个化工 步骤。大量步骤涉及腐蚀性酸、溶剂和碱(包括 胺),这些物质用于从晶片表面清洁、冲洗、腐蚀或剥离不想要的材料和污染物。 这些化学物质会侵蚀弹性体密封件,导致它们膨胀、降解或浸出不良 金属和离子萃取物,对集成电路功能产生影响。

Kalrez® 8085据报道,在清洗周期中使用氧和氟化等离子体的各种半导体等离子体过程应用中,Kalrez® 8085 显著提高了晶片产量。

美国GT(Greene Tweed ) Chemraz® FFKM(全氟醚橡胶)密封件 Chemraz® 的额定温度高达 315°C (599°F),并且拥有所有弹性体材料中最广泛的耐化学性,是要求最严格的半导体、能源、工业、制药以及航空航天和国防应用的首选。
英国PPE(Precision Polymer Engineering

Perlast®Helios G7HA Perlast ® Helios G7HA是一种专门开发的半导体密封材料,旨在在高温应用中提供卓越的抗等离子体性能。

然而,国产替代正加速推进。2024年,中国半导体级全氟醚橡胶密封圈国产化率不足10%,但国内企业如芯密科技、沸点密封等已实现突破。下面对国产半导体密封圈供应商进行整理。

1. 上海芯密科技股份有限公司

芯密科技是一家专注于高端密封材料与产品解决方案的高科技企业产品包括集成电路严苛制程所需的所有类型全氟密封,包括静密封、管路密封、钟摆阀密封、门阀以及各类特殊密封产品。 

目前公司总厂房面积超9000平方米,配备全产线洁净车间和高端生产设备,并执行高于行业标准的生产管理体系,使产品满足半导体行业严苛的耐高温、耐腐蚀、洁净度以及长期、可持续的一致性要求。公司已通过ISO9001,ISO14001,ISO45001等系列体系认证。

网站:https://enduraz.com/sy

根据弗若斯特沙利文统计,2023年、2024年芯密科技半导体级全氟醚橡胶密封圈销售规模连续两年在中国市场排名第三,在中国企业中排名第一,已成长为国内半导体设备用高端全氟醚橡胶密封圈的头部企业。

2. 沸点密封科技(江苏)有限公司

沸点密封科技(江苏)有限公司创立于2018年,是一家国家级高新技术企业专业研发生产半导体、液晶面板、光伏领域专用密封材料。

“身为O型圈的引领者”在半导体晶圆制造和其他高腐蚀性化学产业应用上,沸点全氟化密封件提供优异的产品性能。致力于不断推进高端密封圈的国产化,打造完全自主的“中国密封圈”!

网站:http://www.boilpeak.com/sy

凭借多年的行业经验,在全球领先的半导体晶圆代工厂商与设备制造商取得信任Boilpeak氟化弹性体为他们的关键应用提供了可靠有效节省的解决方案。

Boilpeak氟化弹性体密封件,全程使用洁净室等级以上之高规格环境所生产制造,研发化质针对先端科技不断演进,退出一系列之专属应用,以满足半导体行业之快速变化的需求。

Boilpeak相关氟化密封产品使用特殊氟化之聚合技术,可以有效的被应用在最新的反应离子蚀刻与化学沉积之先端工作上所使用。

3. 大金清研先进科技(惠州)有限公司

大金清研先进科技(惠州)有限公司(DTAT)是由大金氟化工(中国)有限公司和深圳力合创业投资有限公司合资成立整合集团人才资源、产业资源以及制造经验,将以高度专业化的科研水平和制造实力,聚焦生产DUPRA全氟醚橡胶密封圈。

DTAT提供的以DU-551和DU-341系列为产品代表的DUPRA全氟醚橡胶密封圈,原料采用的是大金集团旗下DAIKIN FINETECH,LTD.(原东邦化成)提供的全氟弹性体(FFKM)。FFKM具有耐热性、耐药品性、不粘性、耐候性等诸多优越性能,能够满足半导体设备材料所需具备的耐高温性(达到300℃)、耐等离子性以及耐腐蚀性气体的特性。

4. 上海森恒新材料科技有限公司

上海森桓新材料科技有限公司位于上海自贸区临港新片区,专注于半导体行业高性能密封材料的研发与制造。公司拥有逾8000平方米的高标准生产用地,配备常规及高等级无尘洁净车间,覆盖清洗、质检、包装等全流程工序。

森桓新材料已通过ISO9001、ISO14001及ISO45001管理体系认证,具备从原材料研发介入的全产业链管控能力。

网站:https://www.moriseal.com/index.aspx

5. 四川弘芯氟醚科技有限公司

四川弘芯氟醚科技有限公司成立于2022年2月,是四川道弘集团旗下子公司。

公司配备了1600平米无尘车间及300平米无尘研发中心——凭借行业标准的污染控制,齐全的无尘车间环境可提供优质的产品。对于半导体客户,可以开发业界先进的全氟醚橡胶,满足严格的质量和洁净度要求。弘芯氟醚全氟醚O型圈为工程师们提供了适用于各种静态和动态应用的高性能密封元件。

网站:https://www.honseal.net/

FFKM高洁材质是一种透明色或者琥珀色高性能全氟醚材质。旨在满足半导体制造过程中苛刻的等离子体、强腐蚀性气体以及超洁净的工艺要求。其独特的配方可提供出色的等离子和化学物质耐受性,其金属含量极低,放气率极低,且具备优异的机械和密封性能。

FFKM耐高温型密封件一种三嗪硫化的耐高温全氟醚橡胶,生胶为四氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚的三元共聚物(TFE+PMVE+CSM)。适合应用在半导体,面板制造业的干式蚀刻制程、快速热制程、扩散制程。石油化工等的高温制程。对于大部分的有机溶剂、酸类与碱类化学品等均能表现出极优异且稳定之特性,但不建议应用于高温蒸汽、热胺类化学品(Amine)之环境。本产品后包装与清洁均于无尘室内完成

6. 惠州市中茂科技有限公司

惠州市中茂科技有限公司成立于2019年,隶属深圳市中茂橡胶有限公司,是一家专业从事中高端氟橡胶、全氟醚橡胶等特种橡塑制品研发、生产、销售及服务的科技型企业。

基于总公司为JSR合成橡胶,索尔维(SOLVAY)氟橡胶、全氟醚橡胶中国代理商之优势及多年从事橡塑产业的经验和技术积累,中茂科技有信心也有实力为客户提供满意的高品质产品。

公司现有3700平方米专业厂房,专设万级、十万级无尘生产车间;配置有先进生产工艺设备和精密测试仪器;拥有一支经验丰富、技术精湛的研发生产团队;建立了完善的生产质量管理体系;制定了科学、严谨、健全的管理制度和业务流程。

7. 尼可(青岛)高分子科技有限公司

尼可(青岛)高分子科技有限公司是一家集研发设计、精密制造、全球销售于一体的高品质橡胶制品综合生产商,持有独立进出口资质,致力于为全球客户提供高可靠性、定制化、全场景的橡胶解决方案。

公司在全氟醚橡胶领域实现关键技术突破,自主研发的FFKM密封圈可耐受-20℃至327℃的宽温范围,析出物和放气率极低,能完美适配Class 10及以上的超高洁净环境,性能达到国际先进水平。目前已斩获5项实用新型专利,形成了从材料配方到成型工艺的完整技术体系。

网站:https://www.nico-polymer.com/index

8. 无锡金源半导体科技有限公司

金源通过与用户协力,以及与供应链上下游的深度融合,为芯片制造业提供“安心”的高品质产品,及“无忧”的供应保障。

金源的产品揽括了集成电路严苛制程所需的所有类型全氟密封,包括静密封、管路密封、门阀、钟摆阀密封、E-SEAL及其它常用密封。

产品满足高洁净度、高温、腐蚀性气体、等离子体等半导体严苛环境要求。依托对于全氟醚橡胶密封件产品的深入理解,及其在半导体应用领域的丰富经验,为客户提供从新品定制到失效分析,产品改进的全方位技术服务。

官网:https://www.jinyuansemi.com/

公司合肥工厂面积为3600平方米,配备全产线洁净车间和高端生产设备。通过在建设施,达到年产20万件的标准全氟醚O型圈的供应能力

9. 星钰密封科技股份有限公司

星钰密封科技股份有限公司的全氟橡胶产品SYFF09系列,经过长时间的研发和测试,展现出卓越的性能,尤其是在高温和苛刻化学环境下的耐受性。

SYFF09系列特别适用于半导体制程和石油化工行业,这些行业对材料的要求极其严苛,SYFF09能够在超过300°C的高温下保持其物理和化学稳定性。

此外,SYFF09系列的低金属离子含量特性,有助于降低制程中的污染风险,确保产品的高纯度。星钰密封科技致力于为客户提供最先进的解决方案,SYFF09的推出标志着公司在高性能橡胶材料领域迈出了重要一步。

10. 江苏翀伟材料科技有限公司

江苏翀伟材料科技有限公司是一家致力于为客户提供适合的密封产品及解决方案的专业供应商。

通过多年的现场服务调研,充分了解各种使用工况,为水泥钢铁、石油化工、能源、食品医药、半导体加工、工程机械等领域的用户定制优化的密封解决方案,为广大客户创造价值。

Samrez全氟化橡胶项目是半导体生产设备配套用密封件,对产品的耐蚀性能以及释出性有极高要求,防止污染。

11. 优泰科(苏州)密封技术有限公司

优泰科的UTECFLEXI® 全氟醚密封件广泛应用于航空航天、石油化工、半导体制造、制药和食品等行业,并拥有近10年的实际应用经验,满足各种苛刻工况对密封的要求。公司拥有自主配方,工艺先进,模具精密,规格齐全等优势,供货周期短,应急能力强,可为客户提供一流的产品和服务。

除了以上企业,还有以下全氟醚橡胶密封件加工企业:

东莞泰克密封技术有限公司

上海如实密封科技有限公司

上海胤舜密封技术有限公司

东莞市华乐密封技术开发有限公司

......

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序号

主题

演讲单位

1

中国工程塑料产业发展概况

邀请中

2

新能源汽车用非金属材料发展趋势

邀请中

3

高性能特种工程塑料开发应用

邀请中

4

先进光学材料在新能源汽车中的应用

邀请中

5

PFAS阻燃PC及其合金材料开发

邀请中

6

高性能PP材料在汽车中的应用

邀请中

7

再生循环塑料在汽车中的应用

邀请中

8

高压液冷充电桩/充电枪用高性能塑料

邀请中

9

热塑复合材料电池壳体的开发应用

邀请中

10

高压连接器设计及选材

邀请中

11

AI算力中心液冷管路解决方案

邀请中

12

PC及合金在消费电子中的应用

邀请中

13

智能穿戴开发情况及塑料应用

邀请中

14

低介电材料开发及在5G/6G中的应用

邀请中

15

PEEK等工程塑料在半导体制造中的应用

邀请中

16

工程塑料在人形机器人中的应用

邀请中

17

智能家居设计及选材趋势

邀请中

18

S.2等高要求阻燃塑料的开发及应用

邀请中

19

无人机设计及选材趋势

邀请中

20

工程塑料在无人机领域的应用

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