宁波芯片崛起
近来,中国芯一直产业界最为关注的话题。
10月30日,美国再次抛出中国芯片威胁论。美国商务部发布公告称“将福建晋华集成电路有限公司加入实体清单”,对福建晋华采取限制出口措施,称“福建晋华即将完成DRAM的量产,该技术可能源自美国,且将威胁到为美国军方提供此类芯片的供应商的生存”。
在外部形势的步步紧逼下,芯片产业的国产化成为了当务之急,而宁波芯片产业正在立足本土优势,打造特别的宁波芯产业生态。
构建产业生态 从特别的工艺开始
“集成电路产业链之长、涵盖工艺之多,被美、日、德等国垄断的技术之广,研发难度之大、投入之高都非一个企业或一个地方凭一己之力就可以突破的,因此我们一定要保持战略耐心,根据各地各企业的自身优势聚焦一些关键的领域,争取这些领域在我国的本土化。”周二,在宁波举行的2018中国半导体材料和零部件创新发展大会上,上海华力微电子有限公司负责人雷海波在主旨演讲中说道。
中国的集成电路即芯片产业起步晚,尚处于一个为国外代工的状态,即便是大名鼎鼎的台积电,其实也仅仅是个代工厂。而美国、日本、韩国等芯片制造大国则已经有了一套完善的IDM模式。
IDM模式可以简单理解为一条龙模式,在芯片的制造过程中,涵盖了如设计研发、材料制造、封装、测试等多个环节。像三星、镁光、英特尔等芯片大厂都有自己的晶圆制造厂与封测厂,他们把产品的进程牢牢地控制在自己手中。因此,市场上卖的是最先进的也是IDM厂商的产品。
“但像宁波这样的城市,发展集成电路的时间起点比较晚,因此不可能与国外的巨无霸抗衡,因此我市计划依靠几家特色龙头企业的带动作用,形成特色的产业生态,构架出一个基于宁波企业的虚拟协同IDM。”市经信委副巡视员、电子处处长王川表示。
因此,早在2016年,宁波就携手中国最大的芯片制造——中芯国际,成立中芯宁波公司,在宁波筹建200mm特种工艺(晶圆/芯片)N1产线。
该特种工艺“特”在三点,首先是生产工艺是600~1200V的高压工艺,保证了产品的稳定性。其次,采用了射频SOI工艺,RF SOI是一种专门用于制造智能手机和其他产品上的开关和天线调谐器等射频芯片的专用工艺。简单说,用这种工艺制造的200mm晶圆应用直指5G通讯,同时这种工艺能让芯片的抗干扰能力更强,用到航天通信领域都游刃有余。其三,其应用了硅基微显示技术,用这种芯片制造的显示器具有尺寸小、低功耗、图像大的特点,特别适用于移动式个人显示器和投影系统,换句话说,也就是适配于未来的智能穿戴领域。
中芯国际的产线主要瞄准的通讯芯片,而另一家正准备落地的巨头则是主攻中大功率的工业级芯片。这家企业来自于德国,后被中资企业收购,预计很快落户宁波。因合资公司最后的名称尚未敲定,暂时把它称为PR公司。PR公司的芯片主要用于电机、光电传感、车载芯片,其制造技术目前属于世界领先级别,在宁波投产后有望全面替代进口。
围绕这两家巨头,宁波的上游企业就主心骨与产品的销售渠道,产业生态逐步完善。
夯实芯片之基 从特别的材料开始
中国芯之所以一直受制于人,很大程度是由于基础材料无法国产,源头被捏在了美、日等手中,而突破这些基础材料,成为了宁波企业目前正在努力的事情。
溅射靶材制造商江丰电子的故事如今已是街知巷闻。靶材是芯片制造中的关键材料,在芯片的生产过程中,不同的靶材在一起交互作用,金属原子被一层一层溅射到芯片上,再利用特殊的工艺,把它们切割成纳米级的金属导线。芯片的信息传输就全靠这些金属导线,因此没有金属靶材,就没有芯片。
目前,世界上只有少数几家企业能够生产高纯度溅射靶材,而江丰电子是其中唯一的中国企业。江丰电子创始人姚力军归国之前,这项技术一直被日本、美国的公司所垄断。直到2005年底,江丰电子成功制造出第一块国产靶材,改变了世界靶材制造业的格局,就此结束了我国在高纯度溅射靶材领域完全依赖进口的历史。
目前,其产品的销售已经覆盖了包括北美、欧洲、日本、韩国、新加坡等国家和地区的客户,如:IBM、东芝、台积电、NEC、日立、UMC、Hynix、SMIC、英飞凌等。全球有超过百余家芯片厂正在使用江丰电子的靶材。
除了江丰,宁波还有一家材料企业,在硅片(也就是芯片的载体——晶圆材料)上走出了一条康庄大道。这家企业叫做金瑞泓,位于保税区,成立于2000年。
一批集成电路龙头企业在宁波加速集聚。(杨磊 殷聪 摄)
硅片(晶圆)通常是一张圆形的CD状材料,由纯硅(Si)构成。其实我们平时也经常见到这种材料,就是在太阳能光伏的面板上,只不过面板的硅片纯度只能达到6个9,即99.9999%,而制造芯片用的电子级硅片,纯度要达到11个9。
目前主流的晶圆一般分为6英寸、8英寸、12英寸规格不等。从整块的晶圆上的切割下来一个小块,就成了一个晶片晶圆体,学名die,封装后就成为一个颗粒,就是我们常见的芯片了。因为晶圆是圆形的,因此尺寸相对越大,能切割的晶片数量就越多。浪费的边角料就越少。
然而,晶圆的制造技术一直是被日、美等国垄断,即便是现在8英寸的晶圆,80%仍依赖进口;而8英寸以上的国产率几乎为0。
据金瑞泓项目总监徐洪浪介绍,在创办之初,他们主要生产光伏硅片,后来通过自主研发,成功实现了8英寸晶圆的整套工艺,并自主研发核心装备。目前,硅片年产能达到近800万片,可以生产5000多种技术规格的硅片产品,是中国最大的半导体硅片生产基地之一,8英寸晶圆国内占有率30%,今年的产值有望突破9亿元。
截至目前,国内8英寸的硅片生产厂商仅有金瑞泓、北京有研总院、河北普兴、南京国盛、上海新傲等少数厂商,远没有满足国内市场,这块业务还会持续增长。
与此同时,金瑞泓还有更大目标,直指12英寸晶圆的制造工艺。目前,基本掌握了12英寸硅片的成套工艺与装备,预计两年内就可达到年产10~20片12英寸硅片的产能。
星星之火正在燎原,宁波的基础材料将为中国芯贡献自己的力量。
宁波芯片崛起 从特别的人才开始
前面已经说到了,集成电路产业很长,且许多技术尚未突破。日常生活中,当我们拆开电路板,经常能在上面看到球状焊点,这里就需要一个特殊的产品——焊球。焊球是集成电路封装过程中的关键材料。尽管这个市场很小,全球一年的市场规模仅30亿元,但同样受制于人。
正是看到了这一点,宁波华芯电子科技公司董事长华菲博士毅然从硅谷回到宁波,在余姚创办了这家焊球企业,为中国芯贡献自己的力量。
华菲女士是老宁波人,出生在小梁街(海曙江厦街道双梁社区),浙大毕业后远赴美国,凭借着出色的能力与拼搏成为英特尔芯片的首席科学家,2016年她离开英特尔在硅谷创业。今年,在朋友牵线搭桥下,华菲回到宁波,带来了成套的焊球制造工艺与自主研发的量产装备。
“焊球是合金,每一种金属的配比都是慢慢试出来的。尽管这个市场不大,但是国产化的意义却是非凡的。”她说。
除了华菲,秦岭博士也是一位为宁波芯崛起而努力的奠基人。这位“国千”人才,曾与伙伴一同创办了展讯通信,任CEO。如今,展讯已经是中国最大的通讯芯片设计供应商。2007年,展讯在纳斯达克上市,管理层变动,股权经历更迭。
在当时,秦岭本人拿到的股权足以让他一辈子衣食无忧,但他依然选择为中国芯片产业献出自己的力量。在姚力军博士的引荐下,秦岭来到余姚,成立宁波芯路通信公司,主攻车载芯片,近10年里,他自筹资金五六千万元,研发出国内第一个车载MCU芯片(简单理解为汽车的CPU、大脑),并通过国际认证。
“为什么车载的芯片制造难度高,以至于一直依赖进口呢?因为,手机的芯片工作温度通常是与人体温度相近,0℃~40℃即可,而汽车芯片的工作温度要达到-40℃~120℃。此外,安全等级也大大不同。同时,用在动力控制、ADAS(辅助驾驶)、娱乐通讯等不同场景下的芯片,设计工艺也大不一样。”秦岭介绍。
除了MCU芯片,秦岭团队目前还在研发汽车级霍尔传感器芯片、车联网V2X芯片、新能源汽车电池管理系统芯片等等车载芯片,为中国车载芯片注入了宁波力量。
“宁波的汽车行业是优势支柱产业,但大多数的汽配企业是以结构件为主,元器件领域则基本空白。当汽车迈入新能源智能网联时代后,芯片等元器件将代替轮胎、底盘等成为附加值最高的零部件产业,因此我们必须提前布局。”秦岭说。
形成宁波力量 从解决问题开始
随着中芯国际、南大光电与安集微电子等龙头企业不断落地,江丰、金瑞泓等尖兵相继发力,秦岭、华菲等海归人才源源来归,宁波集成电路成业呈现出欣喜的发展势头。
今年前三季度,我市40余家集成电路企业完成工业总产值127.6亿元,与去年同期相比增长9.8%;实现利润13.36亿元,同比增长9.98%;实现利税16.48亿元,同比增长6.59%。
同时前三季度,我市集成电路企业技术研发费用达6.68亿元,同比增长19.37%。
近一年来,我市已相继出台《宁波市集成电路三年攻坚行动计划》《宁波市人民政府办公厅关于加快推进集成电路产业发展的实施意见》等政策,助力集成电路产业发展。
“相比其他城市,宁波集成电路的政策链相对完善。”秦岭说,从企业项目落地到小试,从中试到产品上市乃至走向资本市场,宁波有一套完整的扶持政策,良好的政策环境以及政府部门保姆式的服务是宁波近年来集成电路产业、项目加速落地的重要原因。
但与其他城市相比,宁波发展集成电路产业仍面临诸多问题。宁波电子行业协会负责人也提出了自己的观点。
首先是高校不多、人才供给不足,成为宁波首要的发展瓶颈。芯片产业需要大量创新能力突出的领军人才和专业技术人才,除了企业、机构外,还需要政府部门的强势推进,吸引海内外人才共圆“强芯梦”。
其次,缺少投资。集成电路产业行业门槛高、研发投入大、回报周期长。鲜有资本涉足这个领域,秦岭博士基本依靠自筹资金,姚力军的江丰电子也曾被投资者撤资,华菲博士目前更是在寻找投资伙伴方面一筹莫展。引进相对专业的投资机构是宁波发展芯片产业的当务之急。
此外,宁波目前的产业链上缺少几家大的芯片设计公司。设计公司位于这个产业链的金字塔顶端,有了设计企业,这个产业链就有了内在的创新动力,得以实现可持续发展。
王川介绍,下一步,我市将发挥北仑、鄞州两个区的各自优势,着力引进和培育一批龙头企业和核心团队,重点突破5G射频、人工智能、工业控制、车用芯片等关键核心技术,推动我市集成电路产业实现跨越发展,力争至2019年,全市集成电路及相关行业产值突破300亿元,至2025年全市集成电路及相关行业产值达到千亿级规模。
(北仑发布综合编辑,资料来源:东南商报记者 乐骁立,原标题为《宁波擘画“强芯梦”》照片版权归原作者所有)
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