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全球最大的半导体新材料单晶片加工车间落户忻州
http://xz.sxgov.cn/  忻州新闻网   2018-11-08 11:21:53

2018年5月28日,习近平总书记出席两院院士大会并发表重要讲话,讲话中用“形势逼人,挑战逼人,使命逼人”来形容加快科技创新的紧迫感。他强调,中国要强盛、要复兴,就一定要大力发展科学技术,努力成为世界主要科学中心和创新高地。而本次会议则为提高关键核心技术创新能力这一目标规划出清晰的路线图。

十八大以来,习近平总书记多次在不同场合都强调过科技创新的重要性,他还多次提到核心技术是国之重器,要加速推动信息领域核心技术突破,并指出核心技术受制于人是最大的隐患,而核心技术靠化缘是要不来的,只有自力更生。

全球最大的半导体新材料单晶片生产园区规划图

2017年11月1日“忻州半导体及新材料产业园”在忻州经济开发区奠基标志着忻州战略性产业集群发展揭开序幕,该项目集聚高端半导体基础新材料的研发、加工及制造;以规模化基础材料生产引来相应的集成电路芯片设计、制造及测封等配套产业进驻园区,利用半导体衬底材料强大的制造基础,通过整合设计、测封及销售企业,协同发展,逐步形成“协同式IDM”(CIDM,Commune IntegratedDevice Manufacturer)的发展模式。

目前园区东区建设正在加紧建设,其中16700平方米集单晶体生长及晶片加工制造的砷化镓车间已基本完成,进入设备安装及运维调试阶段,该车间是目前全球最大的砷化镓晶片加工制造单体车间。

一、忻州骄傲与忻州速度

由战略性新材料应用及核心技术突破为代表的新兴产业发展是新经济模式的一个重要标志,发展战略性新材料在国际上发达国家间的竞争十分激烈,随着我国经济发展运行中逐渐显现出的转型升级的要求,战略性新兴产业集群的规划及发展越发显现其迫切性。此次落户忻州的“半导体及新材料产业园”,其项目建设发起方“中科晶电”集团在十多年的发展中沉淀了雄厚的技术基础和形成了核心的科研团队,在市场拥有稳定的客户,其砷化镓单晶片的企业标准成为国标的参照体系。忻州经济开发区此次打造的“半导体及新材料产业园”旨在把“中科晶电”集团位于北京亦庄、张家港厂区及扬州厂区搬迁到忻州经济开发区,以该集团的技术力量和市场基础为起点,为半导体及新材料等战略产业集群落户忻州经济开发区打下了坚实的基础。

山西省副省长林武在忻州市郑连生市长的陪同下在产业园调研

“半导体及新材料产业园”园区由忻州市开发区通汇建设发展有限责任公司与中科晶电信息材料(北京)股份有限公司共同出资建设。“梧桐芯洲小镇”项目位于忻州开发区七一路以东,开元街以北,新建路以西为西区,正丰街以南及云中路以西围成的东区;总规划用地约2242亩(分为东区:202亩,西区:2040亩)。园区包括产业区、学研中心、总部基地、孵化基地、会展商务、国际学校及人才公寓,总建筑面积约119.74万m(2东区11.36万m2,西区108.38万m2)。

截至目前,东区砷化镓单体车间已进入设备安装调试阶段(4吋、6吋试样已出品送国外检测),蓝宝石晶体车间准备进入内装施工、蓝宝石晶片车间完成基础浇筑,科研楼五层顶板施工等;东区完成总工程量55%,西区进入规划方案待审批阶段。前不久,山西省副省长林武和国家发改委的领导先后到园区考察,对忻州能够引回这样一个大项目、新项目,感到震惊和满意。

该项目从2017年10月开始洽谈,2017年11月奠基,由于冬季施工的耽误,到2018年3月才开始破土动工,但到今年8月,砷化镓单体车间基本完工,蓝宝石厂房完成55%,如此速度令人咋舌。前来投资的中科晶电信息材料(北京)股份有限公司陈宏董事长对建设进度非常满意,认为忻州通汇建设发展有限责任公司承担的建厂任务,其建设速度真赶上了当年的“深圳速度”,忻州通汇建设发展有限责任公司董事长刘明义自豪地说,这是我们的“忻州速度”。

二、项目重大,意义重大

随着我国大力推进“互联网+”行动计划,移动智能终端产业作为即时通信的基础,尤其是我国搭上并引领5G产业发展的快车,芯片制备必将迎来新一轮的蓬勃发展。集成电路不仅是移动终端产业发展的核心,更是关乎国家信息安全的战略性产业。为此《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》《国家新型城镇化规划(2014-2020年)》《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》等一系列政策的出台,都将推进新材料等高新科技产业的发展。

国家发改委人士来半导体新材料单晶片加工车间考察

当下我国蓝宝石晶体、砷化镓、硅等晶体生长及晶圆片材等半导体基础材料的产业化生产属起步阶段,目前主要产品为中低档产品。半导体及新材料产业园项目紧紧抓住国家鼓励发展半导体新材料的机遇,因地制宜大力推进先进半导体基础材料。

——该项目的问世,是落实国家“中国制造2025”重要战略实施的需要。新材料行业是国务院公布《中国制造2025》中提出的十个产业发展重点领域之一。本次半导体及新材料产业园项目的建设的实施,落实了国家战略重点领域发展部署,将成为新材料行业扩大产能、提升技术的重要载体。

——该项目的问世,是顺应我国“十三五”战略性产业快速发展的需要。“十三五”期间国家将以科学发展为主题,以加快转变经济发展方式为主线,进一步推进经济结构战略性调整,优化升级产业结构,在这一背景下,战略性新兴产业、现代服务业等成为投资的热点。本次半导体及新材料产业园项目的建设,符合国家新时期战略新兴产业发展规划,可有效促进我国半导体基础材料的快速发展,为我国经济快速发展作出有力贡献。

——该项目的问世,是满足当前半导体基础材料市场发展的需要。从产业的宏观来看,目前我国尚处于初级阶段。一方面技术人才缺乏,技术壁垒太高,另一方面国内专注于该产品的公司不多。下游应用市场(背光源市场的LED电视、LED电脑显示屏等)的放量使得上游产品供不应求,蓝宝石衬底一路上涨,此时选择以蓝宝石衬底为切入口介入LED行业,无论从盈利来看还是LED行业发展周期来看,时机都甚是恰当。因此,半导体及新材料产业园建设项目,以半导体基础材料为产业核心,聚合上下游关联企业建设半导体及新材料产业园,不仅具有巨大的市场,满足当前半导体基础材料市场发展的需要,而且将可获得可观的经济效益。

——该项目的问世,是顺应我国高新技术产业发展规划的需要。半导体基础材料是我国重点发展的战略性新兴产业之一,忻州市半导体及新材料产业园以半导体基础材料蓝宝石晶体、砷化镓晶圆及砷化镓单晶片等新型化合物信息功能材料生产为主导主业,项目建设符合国家发改委、科技部、商务部加快培育和发展战略性新兴产业规划,是我国新时期经济社会发展的重大战略任务,属于国家重点鼓励、优先发展的高新技术产业。

——该项目的实施,有利于促进区域产城融合发展。项目挖掘了原来分散在全国各地小厂的半导体新材料生产技术优势,同时挖掘利用了忻州的自然资源优势,体现IT芯片产业的特色,挖掘产业的内容及活力,用产业的活力带动整个产业链的发展,形成良好的供需关系,创造园区的发展动力和可持续的基础。同时有利于改善城镇发展面貌,提高人民群众生活质量;有利于挖掘优势资源,发展壮大特色产业,从而促进区域产城融合发展。

——该项目的问世,是实现忻州市产业结构转型升级的必然选择。忻州市现有的主导产业结构单一、类型落后,缺乏可持续性和发展前景。受产业结构的局限,地方经济无法得到健康长远的发展,选择新型战略行业、高新技术产业,走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、安全有保障、人力资源优势得到充分发挥的发展道路,发展先进制造业,是忻州市产业结构转型升级的必然选择。

三、诱人的刚玉——蓝宝石

这里说的蓝宝石,不是人们常用作首饰的天然矿物质蓝宝石(天然蓝宝石主要成分也是Al2O3),是用化工级别高纯度氧化铝多晶经过加热到熔融状态再结出的单晶体,再根据晶体的方向性进行切磨抛等加工工序。

蓝宝石(Al2O3)晶体是一种集有优良光学性能、物理性能和化学性能的独特结合体,作为一种重要的技术晶体,已被广泛地应用于科学技术、国防与民用工业、电子技术的各种要求苛刻的领域。具有高强度、高硬度,耐高温、耐磨擦、耐腐蚀、透光性能好、电绝缘性能优良等一系列优良的理化特性,是精密仪表机械轴承的理想材料。近年来,在电子产品生产中主要应用于两个方面,一方面是GaN基LED,另一方面是移动电话的射频转换器件。也使用在表面声波组件、手术用尖端对象、内视镜镜头、飞弹弹头罩、透红外窗口材料、微电子领域的衬底基片、激光基质、光学元件等其它用途。除此之外,蓝宝石材料电绝缘性能优良,六方对称结构,化学性能稳定,是极好的半导体、超导衬底材料(漏电容和寄生电容小)。由于高强度、耐腐蚀、高热导率、高透光特性及宽透光波段(从近紫外到7um中红外波段),是理想的窗口材料和光学元件材料,在中小尺寸的电子器件中的应用应该越来越广泛,如手机、平板电脑等。随着科学技术的迅猛发展,蓝宝石晶体已经成为现代工业,尤其是微电子及光电子产业极为重要的基础材料。由于透光性能优良,也是高级手表首选的表盖材料。

半导体照明是一个年轻的行业,由于前景看好,各地LED厂商均积极扩产,据统计,仅2012年全球新增加的MOCVD设备数量就达到2000台,将会出现持续增长的趋势。火热的投资,带动了上游材料的需求量。而高质量的蓝宝石晶体材料将伴随着LED的新兴应用水涨船高,比如在普通照明和电视、电脑等LCD背光应用中,对基于蓝宝石衬底的LED呼声很高。此外,电信市场中的RFIC器件采用蓝宝石衬底材料,也是蓝宝石应用的另一项增值点。

目前,蓝宝石晶体材料产品长期被国外公司垄断,主要是美国、日本和俄罗斯的几家大型企业,现阶段国产显示、通讯、照明等器材上使用的LED蓝宝石晶片完全依赖进口。同时,亚洲也是蓝宝石最大的消费地,仅台湾企业和日本企业就分别用去了销售总量的58%和19%。根据消费电子需求中不同种类的需求,以及智能手机和智能手表的出货量预测,到2020年,全球蓝宝石材料消费电子市场营收将从2015年的70.5亿人民币增长到341.5亿人民币,年均复合增长速度达到37.1%。

来忻州落户的企业项目的生产技术来源于乌克兰全球领先的高质量蓝宝石晶体生产技术,包括全套的生产技术及生产设备,采取了引进消化吸收的合作模式,技术团队来自中科院的技术骨干,曾远赴乌克兰长时间培训(资深蓝宝石专家——李托维诺夫院士亲自培训),公司产品技术成熟可靠,得到了用户的认可,订单数量不断增加。随着半导体产业市场的不断扩大,公司现有产能已不能满足客户需求,因此,公司借机提出蓝宝石晶体材料产业化项目,提高公司蓝宝石晶体的生产能力,努力实现使企业成为蓝宝石晶体行业的领导者。团队率先研发了改良型高质量蓝宝石衬底生长技术(AKY长晶法)、X2单晶生长技术系统、创新型光刻工艺及创新型ICP刻蚀技术,其中X2单晶生长技术属业内首创,而其他几项技术也均属行业重大突破或重大改进。项目立足4英寸蓝宝石衬底(平片及PSS)的产业化,能够兼容2英寸产品。依托项目技术试产的样品,成本更低、良品率更高;试产样品同时也通过了美国苹果公司和韩国三星公司摄像头供应商蓝思科技的认证。技术团队在拥有以上先进技术的同时,也开展了粗化PSS(Rough-PSS)、纳米结构PSS(Nano-PSS)等前瞻性技术储备工作,确保竞争优势。近年来,对结构类和功能类蓝宝石的兴趣已扩展到更大的范围。甚至有学者认为蓝宝石的“复兴”是现代材料科学中意义最重大的趋势之一。专家们一致判断在不久的将来,蓝宝石将成为材料科学的一种基础材料,市场价值巨大。

蓝宝石晶体及晶片项目总建设用地为311亩,将购置各种机生产设备,完善相关配套条件,建成年产蓝宝石晶棒4吋计共2066万毫米,年产蓝宝石晶片4吋计共2066万片的生产线,投资总额39.48亿元,营业收入21.69亿元,上缴税收4.22亿元,新增就业人数520人。

四、半导体新族——砷化镓

砷化镓(GaAs)作为第二代半导体,砷化镓单晶因其价格昂贵而素有“半导体贵族”之称。

砷化镓是当代国际公认的继“硅”之后最成熟的化合物半导体材料,具有高频率、高电子迁移率、高输出功率、低噪音以及线性度良好等优越特性,是光电子和微电子工业最重要的支撑材料之一。以砷化镓为代表的第二代半导体,广泛应用于制造高频、高速、大功率、低噪声、耐高温、抗辐照等集成电路领域,已经发展成为现代“电子信息产品”和“信息高速公路”关键技术,5G芯片市场非常好,产品供不应求。

来忻落户的企业项目团队技术优势非常雄厚,集团公司下设经北京市科委审核认定的省级独立研发中心,由拥有中国科学院半导体研究所专业研究背景,具备25年砷化镓研发和产业化生产管理经验,曾组织和参与实施多项国家级国防科研项目的砷化镓行业国内著名专家及拥有砷化镓世界龙头企业丰富研发及管理经验的大直径砷化镓单晶制备法发明者共同主管。中心配备数十名研发人员,并聘请多名行业资深专家作为顾问,研发人员素质高、专业精、创新能力强、稳定性优。

该项目拥有多台经自有技术改造的业内先进研发设备,自成立以来,不断创新,成功研发了具备国际先进、国内领先水平的核心技术,并先后获得多项国家级发明专利和实用新型专利授权。集团公司近几年累计投入研发资金超过6亿元。

该项目拥有多条完整生产线,可在最短时间内响应研发成果产业化推广需求。自成立以来,累积销售砷化镓衬底1100余万片(以折算2英寸计)。

砷化镓作为优势材料的一种,依托强大的研发团队支持,集团公司与北京工业大学光电子技术实验室在光电子工业用砷化镓材料技术升级与改进方面开展了合作,还与北京工业大学固体微结构与性能研究所开展关于“微结构光电功能材料、先进电子材料与微结构器件、微结构设计与性能预测”等相关内容的共同研究,获得北工大相关发明专利全球独占许可授权,是产学研的突出表现。还承担了产业链下游知名上市公司——利亚德光电股份有限公司北京地铁14号线数十座车站乘客信息显示系统显示屏(LED领域)建设,负责采用新型砷化镓晶体生长方式研制4英寸砷化镓晶体及晶片,是带动下游产业辐射带动的突出表现。

落户忻州的砷化镓项目的建设内容为:总建设用地195亩,建成年产砷化镓晶棒共371.5万毫米(按4吋计),年加工砷化镓晶片4吋计共592.2万片的生产线。年产晶片600万片(按4吋计),投资总额9.88亿元,营业收入10.36亿元,上缴税收2.78亿元,新增就业人数510人。据调查,如此生产规模是目前世界最大的生产基地,项目达产后忻州产砷化镓晶片将占全球60%的出货量。

五、射频核心——MMIC

微波射频集成电路是无线通讯领域的核心技术,是国际芯片设计领域公认的最难设计的集成电路品种。在所有的手机中,大约一半的芯片成本来源于微波射频芯片,射频芯片主要芯片的衬底材料就是我们忻州半导体新材料产业园所生产的砷化镓单晶片(及其生长出的图形化外延片)。

在移动通信功率器件和光电器件市场需求推动下,全球GaAs芯片市场以30%的年增长率迅速形成数十亿美元的大市场,根据Needham公司预测,未来20年砷化镓集成电路市场都具有高增长性。随着移动通信市场的快速增长,2014年手机与基站的功率放大器的市场需求占据GaAs集成电路需求的85%左右。特别是由于4G移动通讯网络的高速发展,市场对GaAs集成电路产品需求迅速增长。目前,全球超过90%的智能手机和移动终端都采用砷化镓集成电路制作功率放大器,以提供更长的手机通话时间与待机时间。2014年砷化镓功率放大器市场规模超过40亿美元,砷化镓集成电路市场规模约为50亿美元,预计砷化镓功率放大器市场规模的年增长率超过15%。近年来,高数据速率的WiFi市场保持20%的年复合增长率,砷化镓WiFi数据传输芯片已发展成为GaAs集成电路的第二大市场。

来忻落户的该项目企业的技术优势十分强大,微波芯片MMIC的团队有NEC资深技术专家,技术团队从事pHEMT与HBT生产技术研发工作,具有20年半导体技术研发经验,在IEEE MTT-S上发表过多篇技术论文,并获得过多项技术专利,其中来自日本的尾藤先生在微波芯片项目中担任总经理兼技术总监,负责产品的技术及研发工作。他的主要成果有:2000年世界最高功率的砷化镓增强型pHME开发与IC芯片量产化成功,主要客户美国摩托罗拉;2006年世界上第一个低电压工作射频pHEMT放大器芯片开发与量产化成功,主要客户日本索尼;2016年,0.25um pHEMT放大器芯片开发成功,和世界第一的美国Skyworks产品相比功率增加了4%。移动终端射频前端芯片滤波器技术:联手国内学者推出产品RDA6231,获得“中国2012年度电子成就奖年度最佳IC奖”,系列专利凸显在GaAs pHEMT独特的制造工艺和一些专有的电路设计技巧。

忻州产业园的建厂思路是以革新的射频前端架构和电路技术,结合产业链的完整布局,致力于向市场提供具有高性能、高性价比的射频前端集成电路产品,包括2G/3G/4G/MMMB射频功率放大器(PA)及射频前端芯片,射频开关芯片(Switch),低噪声放大器芯片(LNA),WiFi射频前端芯片以及射频电源芯片(Power management)等。已有3个型号Filter/Duplexer产品EWLAP:Etra Wafer-Level Acoustic-device Package拥有完全知识产权的晶圆级封装方案,技术比肩欧美滤波器巨头(Avago,Qorvo,EPCOS)。

微波功率芯片项目总建设用地为176亩,本项目完成后可生产6英寸高品质的微波功率芯片产品。年产晶片60万片(按6吋计),投资总额30.25亿元,营业收入47.84亿元,上缴税收7.42亿元,新增就业人数540人。

六、建设规模与投资环境

来忻落户的半导体及新材料产业园目前正在申报特色小镇——“梧桐芯洲小镇”,寓意梧桐引来金凤凰、产业园区是芯片之洲(芯洲还与忻州谐音)。项目根据国内发展状况,以发展半导体及新材料工业产业为主,辅以产业研发、职业培训、技术应用孵化配套支持,在2242亩土地上,建成建筑面积119.74万㎡,将是忻州最大的产业园区,也是山西省集群化产业发展的示范园区。

本项目拟建的内容包括:一是与半导体及新材料产业相关的半导体材料生产基地,有蓝宝石晶体及晶片项目、砷化镓晶片项目、微波芯片项目;二是与半导体及新材料产业相关的产经服务配套建筑;三是学研中心和产业孵化基地;四是建设半导体及新材料产业总部办公区;五是产业人才培训学院及国际学校;六是专家宿舍;七是园区配套基础设施,包括园区道路、供配电、给排水、供暖、燃气、通讯等……

规模是宏大的,功能是齐全的。当我们目睹这世界最大单体车间的飞快建设速度的时候,当我们伫立园区大门遥望忻州这充满生机的城市的时候,不由自主地会思索:这些企业为何从江南、首都、晋南、晋中等地迁来,决定投资以后,又能如此快捷顺畅地办好土地、环保、城建、电业、供水等种种手续,个中原因肯定很多,但我们可以自豪地下一个结论,忻州已经成为全国宜业宜居的城市,忻州招才引智、以商招商的良好投资环境肯定是诱人的!

这些疑问,笔者在忻州市开发区通汇建设发展有限责任公司得到了解答,董事长刘明义告诉笔者:忻州的投资环境肯定很好,这个半导体园区项目就可管中窥豹。这个园区项目在前期策划、项目规划、组织立项及前期建设过程中,市级及开发区各职能部门间的密切配合、一事一议精准服务等方面的感人事例不必详述,就领导重视方面也是非常感人的,省人大常委会副主任、忻州市委书记李俊明来过,分管工业和引资上项的副省长来过,忻州市长郑连生来过,常务副市长赵志坚来过,许多领导不止来一回,有的甚至十来八回,来了都是直接了当问有什么困难,需要怎么解决,你一告诉,马上会得到解决。有这么多的领导过问和支持,项目岂有不成功之理?(杨峻峰图/文)

砷化镓车间室外液氮罐

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编辑: 侯兴艳      责任编辑: 侯兴艳 来源: 忻州日报
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