中国制造电子元器件、集成电路技术难在哪里?

2019-07-22 09:42:18 47

我国是元器件制造大国,但并非制造强国。2017年行业统计,我国电子元件制造行业规模总资产达到10746.29亿元,较上年同期增长6.74%。行业销售收入为15355.45亿元,较上年同期增长4.14%。利润总额为859.88亿元,较上年同期增长6.15%。总体来看,我国在基础电子元器件行业近几年发展速度较快,整体水平有明显提高,尤其在军用电子元器件上。但与世界先进水平相比,在行业整体技术积累和高端人才上仍有一定差距。

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集成电路(简称IC)是一种微型电子器件或部件。当今世界大多采用硅(Si)和锗(Ge)半导体材料,通过平面工艺技术,把某个功能电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线集成起来组成一个整体,相当于把一个具有一定功能的电路板块或单元,制作在半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构,称其为集成电路。具有微小型化、低功耗、智能化和高可靠性的特征。集成电路技术包括芯片制造技术与设计技术,主要体现在加工设备、加工工艺、封装测试、批量生产及设计创新的能力上。

芯片行业遵循已久的摩尔定律认为:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目,约每隔18至24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。充分揭示了信息技术进步的速度。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,每隔18至24个月就翻一倍。从西方实际情况来看,这种规律基本吻合并也已持续了半个世纪,其主要标志体现在集成电路的内部线宽上。每次工艺提升,都会使线宽更小、集成元件更多、功耗更低、工作频率更高、性能更强。半导体工艺从几十微米到几微米,再到几百纳米,一直到130纳米,65纳米,45纳米,28纳米,20纳米,16纳米,14纳米,9纳米,直到今年三星马上量产的7纳米,每隔两三年就更新一代。以及个人计算机(即PC)的微处理器芯片、半导体存储器和系统软件三大要素市场化应用与发展历程来看,与摩尔定律都是完全吻合的。由于半导体光刻技术等瓶颈问题,再加上半导体做得越来越接近物理极限,现在更新换代速度正在慢下来,这对于中国来说是一个机会。

对芯片制造商来说,光刻机是核心的生产设备。芯片制造商要想成功地制造出高性能的芯片来,必须用到高性能的高端光刻机。而光刻机恰恰是中国半导体设备制造上的最大短板,国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口,其核心技术长期被荷兰、日本、德国等把持,龙头老大是荷兰ASML(阿斯麦)公司,占据全球高达80%的市场份额。目前,国际最高水平的是EUV(极紫外线)光刻机,线宽可以到几纳米,售价高达1亿多美元,且全球仅仅ASML能够生产,在干式曝光机、浸润式光刻机、EUV(极紫外线光刻机)的市场几乎处于独霸地位,Intel、台积电、三星14nm光刻机都是来自ASML,并且有技术人员驻厂,格罗方德、联电以及中芯国际等晶圆厂的光刻机主要也都是来自ASML。由于生产难度和成本都非常高,全年仅能生产12台,无法满足市场需求,2018年可望增加至20台,现累积未出货订单约27台,其中有5台已被台积电预订,费款高达5.5亿美元。采用EUV光刻技术,芯片生产周期将由其他工艺的80天大幅缩短为20天,良品率也会大幅提高。