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Opportunités pour les polymères hautes performances dans l’espace des semi-conducteurs



La pénurie de copeaux est transitoire, mais la demande de polymères hautes performances va augmenter, en particulier lorsque des températures élevées et des processus de nettoyage chimique sont impliqués.

La demande de biens au lieu de services induite par COVID-19, combinée à des perturbations de la chaîne d’approvisionnement, a entraîné une pénurie de puces qui devrait se poursuivre jusqu’à l’année prochaine. Comme on pouvait s’y attendre, ce déséquilibre entre l’offre et la demande a conduit les fabricants de semi-conducteurs, dont TSMC et Intel, à augmenter leurs prix. Quelques entreprises ont même commencé à investir dans de nouvelles usines, et de nouveaux acteurs sont entrés dans le domaine pour profiter des opportunités commerciales. Tout cela est une bonne nouvelle pour les plastiques haute performance (HPP), notamment PI, PEEK/PEKK, PEI, PAI, PPSU, PESU, PPS, LCP et PFA. Ces matériaux ont de larges applications dans l’industrie des semi-conducteurs, en particulier lorsque des températures élevées et des processus de nettoyage chimique sont impliqués. Ces polymères fonctionnent bien dans des conditions extrêmement difficiles, mais ils coûtent relativement moins cher que des matériaux tels que la céramique ou le quartz.

De multiples applications pour les polymères hautes performances

La production de semi-conducteurs est un processus sophistiqué et exigeant en trois étapes — fabrication, test et assemblage — dans lequel les HPP jouent plusieurs rôles. Par exemple, les polymères sont utilisés pour fabriquer des pièces de bancs humides, des machines qui nettoient, rincent et sèchent chimiquement les plaquettes à haute température. Les HPP sont les matériaux préférés pour de nombreux composants, tels que les anneaux CMP, les supports de plaquettes, les guides/peignes de plaquettes, les douilles de test de déverminage, les cartes de sonde et les attaches. De plus, en raison des changements de processus, les HPP à haute température gagnent en popularité pour la production de plateaux de manipulation de circuits intégrés, de mandrins rotatifs et d’autres produits. Les HPP satisfont à presque tous les critères requis, parmi lesquels :

  • Résistance aux conditions difficiles (chimiques, à l’abrasion, thermiques, etc.);
  • faible conductivité thermique et électrique;
  • pas de dégazage ;
  • capacité à résister à des températures élevées;
  • pureté du matériau — faible génération de particules et migration d’ions ;
  • retard de flamme;
  • usinabilité;
  • faible absorption d’humidité;
  • stabilité dimensionnelle.

Récemment, le concepteur de puces britannique ARM Ltd. (Nvidia) a annoncé avoir construit un processeur sur un substrat de polyimide au lieu de silicium. Si la mise en œuvre et la commercialisation réussissent, cela pourrait être une autre application HPP prometteuse en raison de son faible coût et de son potentiel de production de masse. Un processeur flexible ou en plastique pourrait avoir des applications potentielles dans les appareils intelligents, les équipements de surveillance de la santé en temps réel, parmi de nombreux autres produits. Il serait également fortement préféré dans les dispositifs autonomes et de connexion à faible consommation. Un défi possible serait sa durée de conservation utilisable, qui n’a pas encore été démontrée dans des conditions réelles.

Défis . . .

Les principaux défis liés à certains composants HPP comprennent la sélection des grades et les différences de prix entre les divers polymères. PPS, PESU, PSU et PEI sont moins chers que PEAK/PEKK ; cependant, ces derniers offrent certaines propriétés souhaitables.

Les exigences de volume sont incohérentes et limitées ; par conséquent, le moulage par injection peut ne pas être un procédé de fabrication approprié dans de nombreux cas.

De plus, l’introduction de nouveaux matériaux est complexe, car elle implique de multiples parties prenantes.

La taille des plaquettes — <150, 200, 300 et 450 mm — est également un facteur de complication. La plaquette de 450 mm a été abandonnée en raison de ses grandes dimensions et de son poids. La plaquette de 300 mm semble détenir la plus grande part de marché, et cela devrait continuer.

La taille de l’installation de fabrication est un aspect important, car cela affecte les cycles de maintenance et de production, et peut influencer la sélection des matériaux. En outre, les innovations dans la conception des puces – les changements de substrat (Si en SiC ou GaN) et une réduction des distances de pas pour atteindre une densité de broches plus élevée – peuvent conduire à une préférence pour les matériaux par rapport aux opérateurs historiques. Il peut également augmenter la température nominale dans quelques cas de 150 – 200°C à 200 – 250°C.

Les polymères fluorés relativement moins chers (PTFE, PVDF et ECTFE) gagnent en popularité dans les applications où la résistance chimique est cruciale, bien que les matériaux présentent des problèmes de traitement. Le PEEK semble dominer le marché où la résistance à la chaleur élevée est le principal critère de sélection des matériaux, mais le matériau est assez cher.

. . . et la voie à suivre

Parallèlement à un bond soudain de la consommation, l’activité géopolitique est responsable des pénuries de puces. De nouveaux investissements dans des pays en développement tels que l’Inde, l’Indonésie, les Philippines et le Vietnam atténueront la pénurie de puces. Au départ, ces pays seront actifs dans les tests et l’assemblage plutôt que dans la production de puces, car cela nécessite un savoir-faire technologique important et des investissements importants. À long terme, cependant, ces économies émergentes deviendront des producteurs de puces.

Les États-Unis, l’Europe occidentale, le Japon et la Corée du Sud accélèrent la production régionale de puces pour faire face aux pénuries, ce qui stimulera certainement la demande de HPP. Cela peut être plus prononcé sur les sites de test et d’assemblage que dans la fabrication, où les entreprises peuvent choisir de s’en tenir aux matériaux en place pour éviter les incertitudes liées à la qualité. Le processus de cuisson à haute température dans la manipulation des copeaux et la durabilité poussera l’utilisation de HPP recyclés, car la résine vierge serait coûteuse à utiliser. De plus, l’émergence de la fabrication additive et le développement de nouvelles nuances devraient produire des composants avec un meilleur profil de coût de possession à un niveau de performance similaire.

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