Трифторид бора для полупроводников: патентный анализ

Мы продолжаем рассказывать о различных химических веществах, их применении в электронике и, разумеется, патентом аспекте. На этот раз речь пойдет о BF3 чистотой 5 и 6 «девяток». 

Где используется трифторид бора?

Ядовитый трифторид бора нашел применение в микроэлектронике, производстве интегральных схем, нефтепереработке и научно-исследовательских целях. Будучи отличным реагентом и катализатором органического синтеза, кислота Льюиса (как иногда называют трифторид бора)  незаменима в полимеризации эфиров, ненасыщенных углеводородов, некоторых газов. Добавление к бензолу и его гомологам ацильных групп или углеводородных радикалов совместно с BF3 дает меньше примесей (реакция Фриделя Крафтса) и помогает получить больше координационных соединений. В присутствии этого газа происходит качественное образование карбоновой кислоты (алкиловый спирт + окись углерода), амида (в процессе гидролиза алкилнитрила), сложных эфиров (алкен + карбоновая кислота) и большой перечень других реакций, ценных для промышленности. 

Кроме того, трифторид бора используют: 

• При удалении серы и крекинге сырых нефтепродуктов;

• В ионизационных камерах при проведении нейтронных измерений за счет способности ядра излучать α-частицы и удалять нейтроны;

• Для фумигации складских и промышленных комплексов;

• В изготовлении оптоволоконных изделий востребованы борные нити;

• В качестве паяльного флюса для магния и гашения магниевых пожаров и пр.

Сферой применения газообразного трифторида бора  также являются процессы молекулярного обмена, синтеза изомеров, циклизации, конденсации и многостадийной переработки натуральных химических продуктов. 

BF3 в соединении с водной плавиковой кислотой образует тетрафторборную суперкислоту. Поэтому для получения столь агрессивного вещества требуется особая технология, которая сможет давать достаточное количество материала при минимальных энергозатратах и сохранении дорогостоящего оборудования.

Существует три основных способа синтеза трифторида бора:

1. Реакция фтороводород + оксид бора;

2. Взаимодействие фтора и бора;

3. Сплавление борного ангидрида и тетрафторборотата калия.

В маркетинговом исследовании ^[1] Electronic Grade Boron Trifluoride Market, Global Outlook and Forecast 2023-2032 выделяют три сорта «электронного ТФБ»: 4N; 5N; Above 5N.

Основные игроки: Stella Chemifa, UBE Industries, Honeywell, Showa Denko, Borman Speciality Materials, Arkema, Entegris, Dalian Special Gases, Beifang Teqi и Huate Gas.

В другом исследовании ^[2] Global Boron Trifluoride Market Report By Grade (Purified, High Purity), By Application (Catalyst, Reagent, Others), By End-use (Semiconductor Manufacturing, Chemical Manufacturing, Pharmaceuticals, Others) And By Regions - Industry Trends, Size, Share, Growth, Estimation and Forecast, 2023-2032 мировой рынок в 2023 г составил $273 млн. В этом документе прогнозируется 6% рост до $ 467 млн в 2033 г. 

Патентный аспект

На портале Google.Patents по термину Electronic Grade Boron Trifluoride указано 68293 документов на октябрь 2024 г. ТОП-5 патентообладателей составили:

1. Mitsubishi Gas Chemical Company (三菱瓦斯化学株式会社 ^[3]) – 2%;

2. Asahi Kasei (旭化成株式会社 ^[4]) – 1,8%;

3. International Flavors & Fragrances Inc. ^[5] – 1,1%;

4. Sichuan EM Technologyт(四川东材科技集团股份有限公司 ^[6]) – 0,9%;

5. Toray Industries (东丽株式会社 ^[7]) – 0,9%.

Как видите, безусловное лидерство за японскими компаниями. На третьем месте расположилась американская, а на четвертов китайская фирма. Замыкает наш небольшой рейтинг еще одна японская корпорация. 

Популярные темы патентов в рамках международной патентной классификации выглядят так:

• высокомолекулярные соединения, получаемые иначе, чем реакциями с участием только ненасыщенных углерод-углеродных связей C08G ^[7] – 19,8%;

• композиции высокомолекулярных соединений C08L ^[7] – 16,8%;

• гетероциклические соединения C07D ^[7] – 15,5%;

• полупроводниковые приборы H01L ^[7] – 11,9%;

• высокомолекулярные соединения, получаемые реакциями с участием только ненасыщенных углерод-углеродных связей C08F ^[7] – 11,6%;

• ациклические и карбоциклические соединения C07C ^[7] – 10,7%;

• использование неорганических или низкомолекулярных органических веществ в качестве компонентов для композиций на основе высокомолекулярных соединений C08K ^[7] – 10,2%;

• терапевтическая активность химических соединений или лекарственных препаратов A61P ^[7] – 8,8%.

Как видим, электроника (полупроводниковые приборы H01L ^[7]) занимает 4-е место по популярности, а три первых относятся к органическому синтезу.

А что же в России?

В базе ФИПС на «трифторид бора» числится 51 патент РФ на изобретения, из которых 10 действующие, в основном по тематике химического синтеза органических и неорганических веществ. Примеры:

• №2810167 ^[8] – «Способ отделения и выделения трифторида бора и его комплексов в реакции полимеризации олефинов» от китайской «Петрочайна Компани Лимитед»;

• №2824597 ^[9] – «Способ получения 2,4-диалкилбензальдегида» от «Мицубиси Гэс Кемикал Компани» (Япония);

• №2813633 ^[10]– «Способ получения поли(2-этил-3-метилиндола)» от «Уфимский федеральный исследовательский центр РАН».

Как видите, Мицубиси успела засветиться и в России. Японский концерн защищает свою интеллектуальную собственность в различных юрисдикциях, что похвально. 

Но вернемся к российским патентам. По полупроводниковым приборам (подкласс H01L ^[7]) нет ни одного, ни действующего, ни недействующего патента РФ на изобретения. Заявок на изобретения по трифториду бора тоже нет.

В базе ФИПС на «трифторид бора» патентов РФ на полезную модель нет.

Баз данных, программ для ЭВМ и Топологий интегральных схем нет.

АО «Радиевый Институт им. В.Г. Хлопина» (Санкт-Петербург) в 2022 г. объявляло НИР за 16 млн рублей по теме «Разработка методов химической конверсии продукта экстракционного выделения изотопа бор-10 (борной кислоты) в исходное сырье (трихлорид бора и трифторид бора) для процесса лазерного обогащения бора», очевидно, в интересах ГК «Росатом» (изотопный бор-10 применяется для производства стержней управления и защиты ядерных реакторов).

Заключение

Патентный анализ указывает на отсутствие применения трифторида бора в гражданской российской электронике. К аналогичному выводу приводит рассмотрение открытых закупок этого вещества в РФ. 

При этом определённые компетенции накоплены в ГК «Росатом». В частности «Электрохимический комбинат» производит изотопно чистый трифторид бора-11 с чистой «3 девятки», который может быть использован ^[11] в полупроводниковой промышленности при производстве чипов памяти, а также как как нейтронно прозрачный материал в электронике. 

Потенциально также возможно сотрудничество с дружественными китайскими организациями. Лицензирование патентов той же Мицубиси не представляется возможным в краткосрочной перспективе. 

Бесплатный поиск, мониторинг и регистрация товарных знаков  и других объектов интеллектуальной собственности. ^[12]

Больше контента о сфере интеллектуальной собственности в нашем Telegram-канале ^[13]