电子工业用化工新材料的新进展

电子工业用化工新材料的新进展

作者：罗益锋罗晰旻

来源：《新材料产业》2017年第10期

一、概述

电子工业用化工原材料是制造军民两用电子元器件、集成电路和先进可靠电子系统等的基础材料，包括超净高纯试剂、特种气体、超纯水、彩色萤光粉、半导体材料、永磁材料、光刻胶、封装材料、抛光材料、镀膜靶材、硅片、平板显示材料、柔性有机发光显示材料等，细分有2万多种。

随着电子原器件朝小型化、微型化、轻量化、超高性能化、高效化、高精度、智能化和平板显示器大型化的方向发展，对化工新材料提出了更高的要求。碳纳米管、石墨烯以及超高性能、超轻新材料、新一代多功能材料、智能材料和散热材料的出现，把电子元器件的应用领域拓展到宇宙深空、平流层和深海等前所未有的领域，使新型武器系统、单兵装备和日用电子消费品等更加先进、实用和可靠。

二、电子元器件技术及其相关新材料新进展

1.半导体发光二级管（LED）的新进展

LED照明元件因具有高效、节能、环保、体积小、寿命长等特点，可实现用较小的能源点亮世界，我国在这方面已经普及。

中国台湾南亚光电股份有限公司通过在80W新式L E D灯采用多色发光技术和搭载传感器，在19.8～36.3m2面积表现出256种颜色，并自动再现了一天的日照。今后将开拓在老龄设施和具有播放音乐功能的娱乐市场的推广应用。

香港Optiled照明公司生产的LED灯PZ系列（40型），与以往的标准品相比，价格只有30%，耗电削减60%，实现发光效率132 lm/W，全光束2 200 lm。现开拓B2B领域的应用，今后将以2位数的需求增长。

Aluflex日本公司与京瓷公司共同开发了紫光LED照明，接近自然光，光源设计寿命是蓝光LED的2.5倍，相当于1万h，目前正开拓住宅照明等市场。

日本大同钢公司开发了利用交流电伺服马达用光学式编码器的适用于高温的LED，作为仅从微小发光窗放射出来的点光源LED，首次实现温度上限为150℃，适用于高温作业机器人等。

旭化成集团下属的Crystal IS公司开发了深紫外光发光二级管（UVC-LED），波长200～280nm特别是250～280nm范围，兼有高杀菌和霉类的功能，适用于医院等的小型杀菌装置。

日本田中贵金属和S.E.I公司开发了采用含0.1um金微粒低温接合材料进行倒装芯片键合的高输出功率LED模块，这些金粒可缓和热膨胀时的变形，因此可采用廉价金属基板，无需引线，易散热，实现小型化和提高电气特性。

2.有机电子照明（OEL）

图1示出2种OEL元件的结构，目前以小分子发光材料为主，高分子材料是未来的发展方向，它是在电场驱动下靠载流子注入和复合使有机材料发光，由于全是固态材料，具有主动发光、超薄、柔性和节能等液晶所没有的特点。

目前高档智能手机是牵引其发展的主要市场，韩国三星旗舰手机和美国苹果的新一代Apple watch3已使用它，预期到2017年液晶和OEL的市场份额将各占50%。现生产OEL显示器的厂家只有韩国三星和LG公司，并提供给中国和其他公司，苹果公司将于2017年生产中、小型OEL显示器。

Seiko Epson公司开发了1英寸以下的超小型OEL显示器，并应用于时尚的眼镜BT-300，根据所用的不同OEL材料可发出3种不同原色，如图2所示。

美国Sinaptech公司观察到搭载OLE显示器的汽车越来越多，因此急于开发驱动IC和触摸式认证指纹闱传感器，并将8-20型OLE装配于欧洲各大汽车公司高档式样的中心控制盘上，实现可操作电话、音频和察看地图等的功能。

3.发光材料及彩色萤光粉

日本出光兴产株式会社在OELD方面积累了30年以上的技术，拥有超过2 000件专利，包括发光材料及其周边材料的解决方案。该公司自1985年便开始研究OELD材料，现已配剂萤光、磷光、TADF（热活性型迟延材料）发光材料、电子输送材料、正孔输送材料、正孔输入材料等相关联材料。

随着OELD的普及，对寿命、效率和色调等的要求比以往高，目前最大的课题是开发发光材料，即萤光和磷光材料。萤光材料只有25%电能不能转化为光，剩余的转化为热能，而磷光材料则100%转化为光，红和绿萤光材料正在实用化。至于对应于萤光的蓝光，正与磷光材料并行开发，同时开发与磷光同样转化为100%光的TADF。

住友化学株式会社追求独创的路线，采用涂覆方式面向OEL的高分子材料，对应于先前的低分子材料蒸着方式，具有明显的成本竟争优势，目标是于2018年实现在显示器和照明2方面的产业化。

目前与液晶相比，如何降低成本是今后的研究课题，该公司先将高分子材料溶于溶剂中制成油墨状，然后用喷涂方式只在必要的部分用必要量进行涂覆，使用效率极高。同时高分子可根据需要进行分子设计，与低分子相比可具有更多的功能，同时为配合有机柔曲膜，急于开发将树脂制的视窗膜、触摸式传感器和偏光板的功能组合起来的部件。

另外，OEL照明与LED相比由于成本高普及晚，今后期待以投入涂覆式高分子材料为突破口，致力于照明等用途开发，将来的目标是普及应用于民用住宅。

新日铁住友化学株式会社在精密有机合成技术方面很强，其高发光效率的磷光发光材料已投放市场，绿色和红色也正量产，现急于投产蓝色产品以实现全磷光化，在这方面该公司处于领先地位。磷光发光材料理论上可100%转化为光，但耐久性有待进一步改进，而且发光时耗能高，蓝光的开发有难度，现与九州大学共同开发TADF（热活性化迟延萤光），这2项是今后的市场化课题。

保土谷化学工业公司在蓝色萤光材料产品质量方面处于领先水平，其发光效率高、寿命长、颜色再现性优，中、美、韩在时尚手机的需求量大。现正开发红和绿色的材料，同时推进发光材料与输送材料等相组合，以此进一步提高发光效率。同时研究开发磷光与TADF相结合的蓝色发光材料。

我国有许多科研院所、高校和企业研发与生产彩色萤光粉和发光材料，其中河北师范大学研究白光LED用钼酸盐红色萤光粉水热合成法，在反应机理、水的作用和制造工艺作了进一步研究，有助于改进存在的问题。

沈阳师范大学研究综述过稀土掺杂硼酸盐发光材料的各种制法，包括高温固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热/溶剂、燃烧法、喷雾热解法、硝酸盐热分解法等，认为后者有良好的化学与热稳定性，应用前景广阔。

五邑大学研究了掺杂Mg离子对CaSi202N2：Eu2十萤光粉的发光性能，分析掺杂前后发光强度变化、晶相结构及颗粒形貌特点等，对改进发光强度等有一定价值。

4.电子特种气体

电子特种气体主要应用于集成电路和平板显示，中高端产品均被国外垄断，主要生产厂家有美国气体化工、普莱克斯、日本昭和电工、日本酸素、岩谷气体、英国BOC、法国液空等。特种气体有高纯气体、半导体材料气体和标准气体3大类，半导体气体呈现高密积化、工

艺过程多样化和品种多样化趋势。