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【行业现状】中国“芯”要从基础材料抓起

纵观我们的生活,小到手机、笔记本,大到机器人、超级计算机,芯片无处不在,假如没有芯片,几乎人类所有的科技产品都将无法使用,有人将芯片比作是第一、第二次工业革命中的蒸汽机、内燃机,这一点都不为过。

中国是全球最大的芯片消费国,受制于国内芯片制造工艺水平,目前国内芯片消费严重依赖进口。

数据统计显示,2013年中国集成电路进口额已达2313亿美元,超过石油成为中国第一大进口商品,而这一数字在2017年攀升至2601.4亿美元。

4月16日,美国商务部工业与安全局宣布制裁中兴通讯,未来7年内禁止美国企业向中兴出售一切电子技术或通讯元件,芯片赫然在列。

没有美国的芯片供应,意味着中兴通讯所有产品生产都将被迫停工。这一事件向中国敲响警钟,没有中国“芯”,中国先进制造寸步难行。


印制电路板与集成电路发展息息相关

事实上,中国“芯”并不是单指芯片国产化,而是指以芯片为代表的先进集成电路制造。谈及集成电路,就不得不提印制电路板。

印制电路板是组装电子零件用的关键互连件,不仅为电子元器件提供电气连接,也承载着电子设备数字及模拟信号传输、电源供给和射频微波信号发射与接收等业务功能,绝大多数电子设备及产品均需配备。

通俗讲,如果说集成电路是一级封装,所有的整机包括手机、电脑、电视机、摄像机等电子产品都是三级封装,那么印制电路板就是二级封装,起到承上启下和不可替代的关键作用。因此,印制电路板与集成电路发展息息相关。

国产印制电路板崭露头角
贵金属电镀材料发挥关键作用

可喜的是中国印制电路板生产工艺已接近国际领先水平。第十二届电镀专家委员会主任委员孙建军教授表示,从2006年起,中国印制电路行业包括覆铜箔板、原辅材料和专用设备的产量、产值已达到全球第一,全球市场占有率在2016年更是攀升至50.04%,中国已成为全球少数能够提供印制电路板最大产能及最完整产品类型的国家之一。

同时,在高端多层板、挠性板、HDI板等高端印制电路板领域都占有一席之地,例如汕头超声,这就是一家专业生产双面、多层、高阶及高密度任意互连印制线路板的公司,该公司拥有国际先进的印制板制造工艺,目前产品已畅销北美、欧洲、日本、新加坡、香港等国家和地区,是中国印制电路板产业的典型代表。

孙建军教授说,印制电路板的发展离不开贵金属电镀材料,那是因为印制电路板上的电子元件对于稳定性、导电性、韧性、延展性等有极高的要求,而只有贵金属电镀材料才能满足这些要求。

孙建军教授感慨说,国内印制电路板制造之所以能够占领全球市场50%以上的份额,离不开贵金属电镀材料国产化的功劳。目前,国内贵金属电镀材料生产企业有近30家,主要生产企业包括烟台招金励福贵金属股份有限公司、苏州兴瑞贵金属材料有限公司、江苏苏大特种化学试剂有限公司和深圳富骏材料科技有限公司等。

其中招金励福是国内最大的贵金属电镀材料生产企业,这家公司的贵金属电镀材料产品主要为氰化亚金钾(俗称金盐)、氰化银钾/氰化银(俗称银盐)。

金盐作为电镀金的主要材料,凭借耐腐蚀、耐磨损、接触电阻低等优良性能被广泛应用于印制电路板、连接器、半导体器件等电子信息行业;而银盐则作为电镀银的主要材料,凭借优异的电导率和钎焊性能被广泛用在电气与电子工业中的电接触材料上。

目前,该公司氰化亚金钾的国内市场占有率达到38.22%,氰化银钾/氰化银的国内市场占有率达到26.99%,这家公司也是国内少数拥有国际竞争力的贵金属电镀材料生产企业之一。

事实上,贵金属电镀材料不仅是印制电路板制造的关键材料,也是实现芯片优异性能的重要材料。

例如芯片连接时所用到针脚、引线框架几乎都是镀银涂层,而芯片的电极材料、集成线路板导线镀层、LED发光芯片等也都需要通过金、铂、银等贵金属电镀材料进行电镀工艺处理。

可以说,我国集成电路产业发展同样离不开贵金属电镀材料的支持。


集成电路制造工艺复杂
各类基础材料国产化程度不同

芯片和电子元件除了需要依靠贵金属电镀材料发挥其极限性能外,在封装时使用的键合丝同样不可或缺。

提及键合丝,大家可能会觉得很陌生,但是在芯片制造中,键合丝发挥着不可替代的关键作用,是半导体器件和集成电路组装时所采用的关键材料,市场上约90%的芯片互连需要通过引线键合技术实现。而键合丝直径只有十几微米到几十微米,生产工艺较为复杂。

目前,国内最大的键合丝生产企业为贺利氏(招远)贵金属材料有限公司,而招金励福也是国内主要的生产企业之一。

集成电路制造有一套复杂的工艺流程,成品加工出来需要经过很多道工序,除去后期封装需要用到的键合丝以外,在前期制造中,大尺寸晶圆和光刻胶同样发挥着不可替代的作用。

晶圆就是集成电路制作所用的硅芯片,由于其形状为圆形,故称为圆晶,而大尺寸晶圆是指规格在12寸以上的晶圆。

当前12寸晶圆市场占比超过70%,多数12寸晶圆被用于制造CPU/GPU等逻辑芯片及存储芯片。

从全球来看,硅晶圆产业具有很高的垄断性,全球一半以上的产能集中在日本,而且硅片的尺寸越大、纯度越高,垄断情况就越严重。

大尺寸硅晶圆是中国集成电路产业中的一大薄弱环节,业内人士表示,目前中国晶圆供应商主要生产6寸及以下的晶圆,具备8寸晶圆生产实力的只有两三家,而12寸晶圆则一直依赖进口,未来大尺寸晶圆是国内晶圆发展的重点方向。

光刻胶之所以能在集成电路中发挥关键作用,主要是依靠其光化学敏感性。光刻技术是人类目前掌握的精度最高的制造工艺,被广泛应用于光电信息产业的微细图形线路的加工制作。

品质越高的光刻胶拥有更优秀的光化学敏感性,这意味着集成电路能够实现更高密度的集成,从而拥有更优秀的性能。

目前高品质光刻胶生产技术被日本等国家的公司垄断,国内在这一块存在明显空白。

市场普遍认为,国内集成电路制造工艺与国外相差约两代,国内依旧在钻研14nm的制造,而国外最尖端技术已经在攻克7nm制造工艺,造成这种制造工艺差异的很大一部原因是国内光刻工艺落后,想要追赶国外,我们首先必须要实现高品质光刻胶国产化,为国内光刻工艺发展提供基础保障。


发展集成电路产业已上升到国家战略层面

基础材料成为关键


集成电路产业是国民经济和社会发展的战略性、基础性和先导性产业,是培育发展战略性新兴产业、推动信息化和工业化深度融合的核心与基础,是调整经济发展方式、调整产业结构、保障国家信息安全的重要支撑,发展集成电路产业早已上升为国家战略。

2014年6月,国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》,明确指出我国要大力发展集成电路产业。此后,国家出台一系列政策法规扶持集成电路产业发展,并设立国家集成电路产业投资基金,大力扶持国内集成电路产业薄弱环节发展。
未来,国家会坚定不移地扶持集成电路产业的发展,向科技强国迈进。

国内印制电路板产业的发展给我们一个启示,那就是任何产业发展都需要从基础抓起,掌握关键基础材料的生产至关重要。集成电路制造作为一个对技术、资金、人才都高度依赖的行业,想要获得大的发展,同样必须从基础材料抓起。

万丈高楼平地起,打好基础非常重要,我们需要培养并扶持更多技术先进的大型综合基础材料生产企业,那样中国“芯”才能真正实现。


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