國產 PI 固化高溫烘箱打破歐美壟斷，助力 5G 芯片實現(xiàn)自主生產

上海簡戶儀器設備有限公司是一家高科技合資企業(yè),專業(yè)生產銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機、冷熱沖擊機、振動試驗機、機械沖擊機、跌落試驗機的環(huán)境試驗儀器的公司，是一家具有研發(fā)生產銷售經(jīng)營各類可靠性環(huán)境試驗設備的公司。經(jīng)驗豐富，并得到許多國內外廠商的信賴與支持。現(xiàn)在我們成為許多品牌的供應商。

摘要

本文系統(tǒng)分析國產 PI 固化高溫烘箱在 5G 芯片制造領域的技術突破與產業(yè)價值。通過對比國際主流設備性能參數(shù)，揭示其在無氧真空環(huán)境控制、溫度均勻性（±1℃）及智能控制系統(tǒng)等方面的創(chuàng)新設計。結合長江存儲、中芯國際等企業(yè)的應用案例，論證該設備對提升芯片良品率（從 82% 提升至 95%）、降低生產成本（單片成本下降 37%）的實際作用。研究表明，國產設備的量產應用標志著我國在半導體核心裝備領域取得階段性勝利，為 5G 芯片自主生產提供關鍵支撐。

一、引言

在 5G 通信技術革命中，芯片作為核心載體，其性能直接決定網(wǎng)絡傳輸速率與穩(wěn)定性。聚酰亞胺（PI）作為芯片封裝關鍵材料，其固化工藝對器件可靠性起著決定性作用。長期以來， PI 固化設備被美國 Thermo Fisher、德國 Heraeus 等企業(yè)壟斷，單臺設備售價超 2000 萬元，且存在技術風險。本文聚焦國產設備研發(fā)進展，解析其技術創(chuàng)新與產業(yè)影響，為半導體裝備國產化提供理論支撐。

二、PI 固化工藝對 5G 芯片的關鍵作用

2.1 工藝原理與技術要求

PI 固化過程需在高溫（350-450℃）、無氧環(huán)境下完成，通過熱亞胺化反應形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結構。該過程對溫度均勻性、真空度及氣氛控制要求嚴苛：

• 溫度精度：±1℃以內，避免局部過熱導致材料降解

• 真空度：≤10?3 Pa，防止氧氣引發(fā)氧化反應

• 冷卻速率：5-10℃/min，調控材料結晶度與內應力

2.2 傳統(tǒng)設備的技術瓶頸

歐美設備雖性能穩(wěn)定，但存在顯著局限性：

• 設備成本高：進口設備價格為國產同類產品的 3-5 倍

• 維護周期長：關鍵部件（如真空泵、加熱模塊）需返廠維修

• 工藝靈活性差：固化參數(shù)固化，難以適應新型 PI 材料研發(fā)需求

三、國產設備的技術突破

3.1 核心技術創(chuàng)新

多溫區(qū)獨立控溫系統(tǒng)：采用分布式熱電偶（精度 ±0.1℃）與 PID 算法，實現(xiàn)爐膛內溫度偏差≤±1℃。某國產設備（型號 HT-5000）通過 CFD 仿真優(yōu)化氣流路徑，使熱響應時間縮短至 30 秒。

動態(tài)真空補償技術：集成分子泵與羅茨泵組合，真空度可達 5×10?? Pa。當腔體內壓力波動超過 5% 時，系統(tǒng)自動調節(jié)補氣量，維持工藝穩(wěn)定性。

智能工藝數(shù)據(jù)庫：內置 300 + 固化配方，支持 AI 預測模型。中電科 48 所測試顯示，該系統(tǒng)可根據(jù) PI 材料特性自動優(yōu)化參數(shù)，良品率提升 12%。

3.2 關鍵性能對比

四、產業(yè)應用與經(jīng)濟效益

4.1 典型應用案例

長江存儲 128 層 3D NAND 閃存：采用國產設備進行 PI 層固化，芯片存儲密度提升 40%，擦寫壽命延長至 10 萬次。生產周期從 72 小時縮短至 48 小時，單芯片成本下降 37%。

中芯國際 5G 基帶芯片：通過優(yōu)化固化工藝，器件在 - 40℃~125℃溫度范圍內的穩(wěn)定性提升 28%，滿足車規(guī)級應用需求。良品率從 82% 提升至 95%，年節(jié)省成本超 5 億元。

4.2 產業(yè)鏈協(xié)同效應

國產設備的普及帶動了 PI 材料、真空泵、加熱器等配套產業(yè)發(fā)展。江蘇蘇大維格開發(fā)的耐高溫 PI 薄膜，其玻璃化轉變溫度（Tg）達 385℃，與國產設備工藝匹配度提升 60%。

五、挑戰(zhàn)與未來展望

5.1 現(xiàn)存技術瓶頸

• 環(huán)境適應性：在 450℃以上持續(xù)運行時，部分部件（如密封圈）壽命僅 2000 小時

• 智能化水平：AI 預測模型對新型 PI 材料的適配性需進一步驗證

• 關鍵部件依賴：高精度壓力傳感器仍需進口，成本占設備總價的 18%

5.2 發(fā)展方向

1. 材料革新：開發(fā)碳化硅涂層加熱元件，將設備使用壽命提升至 5000 小時

2. 數(shù)字孿生技術：構建虛擬工藝驗證平臺，縮短新配方開發(fā)周期

3. 產業(yè)鏈協(xié)同：推動真空泵、傳感器等核心部件國產化，降低設備制造成本

六、結論

國產 PI 固化高溫烘箱的技術突破與產業(yè)化應用，標志著我國在半導體裝備領域實現(xiàn)關鍵跨越。隨著技術迭代與產業(yè)鏈完善，該設備將進一步加速 5G 芯片自主化進程，為我國數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展提供堅實支撐。未來需持續(xù)加大研發(fā)投入，強化產學研協(xié)同，推動我國從半導體制造大國向強國邁進。

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• 上海簡戶儀器設備有限公司是一家高科技合資企業(yè),生產銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機、冷熱沖擊機、振動試驗機、機械沖擊機、跌落試驗機的環(huán)境試驗儀器的公司，研發(fā)生產銷售經(jīng)營各類可靠性環(huán)境試驗設備。經(jīng)驗豐富，并得到許多國內外廠商的信賴與支持。自公司成立以來,多次服務于國內外大學和研究所等檢測機構,如清華大學、蘇州大學、哈爾濱工業(yè)大學、北京工業(yè)大學、法國申美檢測、中科院物理所、中科院，SGS等**單位提供實施室方案和設備及其相關服務。努力開發(fā)半導體、光電、光通訊、航天太空、生物科技、食品、化工、制藥等行業(yè)產品所需的測試設備裝置。公司擁有一支的研發(fā)、生產和售後隊伍，從產品的研發(fā)到售后服務，每一個環(huán)節(jié)都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點。

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• 　上海簡戶榮獲企業(yè)，表明上海簡戶在技術、科技成果轉化、擁有自主知識產權等方面得到了國家的高度認可。簡戶一直秉承"服務以人為本"的宗旨，為廣大客戶提供精良的設備及優(yōu)質的服務，提供的送貨上門、安裝調試、一年的設備保養(yǎng)、終身維修，技術指導服務。始終如一的以"努力、合作、飛躍"的精神自我完善、不斷發(fā)展、讓客戶與公司實現(xiàn)雙贏局面。
  

• 簡戶是集設計、銷售、研發(fā)、維修服務等為一體的綜合集團公司，從產品的研發(fā)到售后服務，每一個環(huán)節(jié)之間，都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點，提供的環(huán)境設備。公司創(chuàng)始人從事儀器設備行業(yè)20余年，經(jīng)驗豐富、資歷雄厚，帶領簡戶公司全體同仁攜手共建輝煌明天。公司成立以來，積極投入電子電工，航空，航天，生物科技，各大院校，及科研單位等行業(yè)所需的產品測試設備裝置。
  

• 簡戶擁有一支的研發(fā)、生產和售后服務隊伍，從產品的研發(fā)到售后服務，每一個環(huán)節(jié)都以客戶的觀點與需求作為思考的出發(fā)點，目前擁有博士學位2人，碩士5人，參與環(huán)境試驗箱國家標準起草和發(fā)行。企業(yè)制定標準，行業(yè)里通過ISO9001。是中國儀器儀表學會會員和理事單位。曾榮獲CCTV《中國儀器儀表20強品牌》殊榮，2010年入駐上海世博會民企館。簡戶自創(chuàng)辦以來，參與3項國家標準起草與制定，獲得40+件原創(chuàng)知識產權、軟著、集成電路)，6次獲得上?？萍夹椭行∑髽I(yè)稱號，合作過3200+家合作客戶(其中世界500強高校600家)。