微電子技術是當代高技術群中的關鍵和基礎,而半導體集成電路(IC)是微電子技術的核心。集成電路在各行各業的應用如水銀瀉地,無孔不入。集成電路技術已成為當代經濟增長的倍增器、科技進步的推動器和國防安全的穩定器。集成電路產業已發展成為當今世界的戰略性工業。集成電路的發展已成為影響世界各國經濟發展和國家安全的重要因素之一。
目前,國際上將LSI(大規模集成電路)、VLSI(超大規模集成電路)、ULSI(特大規模集成電路)技術稱之為“掌握世界的鑰匙”,誰掌握了它,誰就掌握了世界。
從20世紀60年代到80年代,世界上最大的集成電路制造廠商長期由美國占有。到80年代后半期被日本的NEC公司奪去,長達6年。而近兩年又被以生產微處理器芯片出名的美國Intel公司奪回。但是在世界十大IC制造廠商名單中,近兩年美國只占3個,日本占6個,韓國進入1個。作為世界上兩大半導體工業大國:美國和日本,長期以來龍爭虎斗。從20世紀60年代到80年代前半期,一直由美國占絕對優勢。到1985年,日本趕上美國,第一次出現平手。80年代后半期,日本超過美國。到1990年,美、日之間又拉近。90年代以來,美、日兩國競爭激烈,榜首來回易位。近十年來,韓國半導體工業發展迅速,1985年便成為世界上VLSI的第三大生產地,尤其是在存儲器DRAM上,可與日、美相抗衡。
美國于1958年在世界上首先研制成半導體集成電路。我國在1965年也已獨立自主地制造出第一塊集成電路。當時與世界的時間差只有7年。IC由小規模集成(SSI)經過中規模集成(MSI)發展到大規模集成(LSI),美國用8年時間,到1966年制造出第一塊LSI電路;而我國,在封閉的條件下,也僅用7年時間,到1972年制造出LSI電路,與世界相差6年。美國經過10年,到1976年制成VLSI(超大規模集成);又過10年,到1986年制成ULSI(特大規模集成),元件數達到幾億個,進入10 7 ~10 9 范圍。可是,我國與它們的差距越拉越大了。
我國IC的落后狀況在生產上更為嚴重。年產量達100萬塊的時間,我國比美國晚6年;年產量達1 000萬塊的時間,我國比美國晚10年;而年產量達1億塊的時間差距一下拉大到20年;年產量達6億塊的時間差距將拉大到24年。詳見表1。
表1 年產量各種批量的時間差距
我國IC的產量在世界上始終排不上名次。近10年來,中國在世界總產量所占比例一直處于千分之三、四的水平。1987年占3.2‰,預計1995年也只占4.2‰。(1987年世界產量253億塊,中國0.8億塊;1995年世界產量預計840億塊,中國預計3.5億塊)。
中國IC產量為什么長期上不去?原因很多。我僅從IC生產手段的更新速度上來比較。IC生產是一代設備、一代工藝、一代產品。生產技術取決于采用能加工多少微米線寬的專用工藝設備,而生產規模又取決于采用能加工多大直徑硅圓片的專用工藝設備。硅圓片直徑從1.5英寸,經過2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸,發展到8英寸。我國IC生產手段落后狀況見表2。
表2 硅圓片直徑差距
目前世界上主流生產線是6英寸生產線。在1995年—1996年間,將新建77條生產線,其中22條為6英寸線,55條為8英寸線。這批生產線建成后,主流將逐漸轉為8英寸線。可是目前我國主流還是4英寸線,到“八五”末,全國只有2家有5英寸線(上海先進半導體公司和無錫華晶集團公司),僅有1家有6英寸線(北京首鋼日電公司)。8英寸線尚處于規劃和計劃之中。
我國自1965年獨立自主地開發出第一塊集成電路以來,已經歷了30年。累計到1995年對IC產業的投資共計50億元,共生產電路近18億塊。我國近10年IC產量、產值發展情況見表3。
表3 我國IC歷年產量、產值統計表
從表3看出,進入90年代以來,年產量走出了三年徘徊在1億塊的局面,開始了年年增長的局面,1994年產量達2.5億塊,銷售額達16億元,“八五”期間年平均增長率為35%。預計1995年產量達3.5億塊左右,銷售額達28億元~30億元左右。產量上雖然未能達到“八五”規劃時所提4億塊的目標,但產量進入3億塊~4億塊,根據國際上發展經歷,可以認為已進入“產業化元年”。
經過“七五”、“八五”重點項目建設和產業結構調整,目前已形成由五個主干企業、十來個專業生產廠和二十幾家設計開發單位組成的IC產業。其主要特點如下。
(1)規模經濟
南北基地五個主干企業建設已初具規模。1994年五個主干企業產量約占全行業的60%,產值比重超過80%。五個主干企業的情況見表4。
表4 五個主干企業發展現狀與規劃表
(續表)
其中,華晶集團公司有3條5英寸線:雙極事業部1條,MOS事業部1條,中央研究所1條。前兩條為2μm~3μm,后一條為1μm~1.5μm。五大主干企業工藝線概況為:
6英寸線——1條,首鋼日電;
5英寸線——4條,上海先進1條,華晶3條;
4英寸線——3條,華晶、華越、貝嶺各1條;
3英寸線——1條,華越。
此外,我國還有12條4英寸線。分布在生產企業有7條,為:甘肅871廠、北京半導體器件三廠、北京燕東公司、丹東半導體總廠、汕頭華汕公司、福州8430廠和廣州半導體廠(后三條目前未開動);還有5條分布在高等院校和研究單位,分別為:清華大學微電子所、中國科學院微電子中心、中國科學院上海冶金所二部、電子部47所(在建)和航天工業總公司西安771所(在建)。中科院微電子中心實際上有2條4英寸線,1條3μm~5μm,1條0.8μm~2μm小線。
(2)生產技術
1985年形成5μm(雙極)生產能力,1990年前后形成3μm(CMOS和雙極)生產能力,1994年形成2μm(CMOS)生產能力,1995年形成1.2μm(CMOS)生產能力。我國第一條6英寸、1.2μm硅片生產線已在北京首鋼日電公司建成投入運行,是我國與日本NEC公司合資興辦的,它代表著我國IC大生產技術的先進水平。
(3)科研水平
20世紀90年代初期,清華大學微電子所率先在國內采用1.5μmCMOS工藝技術研究出1M位掩模ROM電路。1995年年初,華晶集團公司中央研究所采用1.0μm CMOS工藝技術研究出8位雙向收發器電路。1995年5月,中國科學院微電子中心自主開發成功0.8μm CMOS工藝技術,研究出7 000門通用模糊控制器電路,并在開展0.5μm的單項工藝研究。它代表著我國當前最高的科研水平。
(4)經濟效益
長期以來,我國IC生產廠家大多處于盈利不多的狀況,一般強調對社會產生二次經濟效益。但到1993年,全行業盈利超過1.3億元,產銷率超過95%。1994年上海貝嶺公司年銷售額達4.64億元,創國內IC最高紀錄,人均銷售額接近國際先進行列,銷售利稅率高達48.26%,進入電子行業百家企業,名列55位。華晶集團公司在百家企業中排名第48位,銷售額共計5.13億元,包括分立器件和IC。預計1995年首鋼日電公司將創銷售額8億元的紀錄。
(5)產業結構
經過多年努力,我國IC產業內部,設計業、芯片業、封裝業三業分立的局面已逐漸形成,開始克服過去“大而全”、“小而全”的現象,為進一步實行專業化生產、加速發展創造了較好的條件。
總之,我國IC產業到“八五”末,已具備了轉折發展的基本條件,可開始IC“產業化元年”,將逐步進入健康、快速增長階段。
1990年10月,當國家提出要實行“908”工程之際,我曾向國家計委、機電部提出“中國IC產業十年發展規劃設想要點”,提出“海燕”計劃——“907”和“銀箭”計劃——“銀箭Ⅰ”——“908”,以及“銀箭Ⅱ”——“909”。當時主要內容為:
截至1990年,共投資15億元。建議自1991年至2000年共投資165億元,累計投資180億元。到2000年目標年產13億塊。當時預測2000年中國IC市場需求20億塊,市場滿足率達65%。
其中“海燕”(907)計劃,2μm~3μm~5μm,原投15億元,增投65億元,累計投資80億元。到2000年產量達12億塊。“銀箭Ⅰ”(908)計劃,1μm~1.5μm,投資60億元,2000年產量達0.8億塊。“銀箭Ⅱ”(909)計劃,0.6μm~0.8μm,投資40億元,2000年產量達0.2億塊。
1994年11月,參加了國家計委和電子工業部組織的《集成電路產業“九五”發展戰略研討會》之后,又向電子工業部提出了對我國《集成電路“九五”發展規劃》的補充建議意見。現根據目前情況,調整歸納如下:
(1)中國IC產量占世界市場的份額
建議為1%,以求取得一席之地。2000年世界IC市場預測為1654億塊,建議中國2000年IC產量規劃為16億塊。
(2)“九五”期間IC遞增速率
國民經濟總產值年遞增率規劃為10%;
電子工業總產值年遞增率規劃為20%;
建議IC總產值和總產量年遞增率規劃為30%~40%之間,參見表5。
表5 1995年IC產量不同起點對“九五”遞增速率影響的測算表
從表5看出,1995年起點產量在3億塊至4億塊之間,需要以32%至40%的年遞增率才能在2000年達到年產16億塊的目標。
2000年中國IC市場,近來預測將達到38億~40億塊。這比五年前預測數翻了一番,說明IC應用發展迅速,中國IC市場不斷擴大。2000年如能實現年產16億塊,國產電路在國內IC市場所占份額就能上升到40%。詳見表6。
表6 國產IC在國內市場所占份額增長表
(3)對投資額大小的建議
如前所述,1990年在累計投資15億元的起點上提出的IC十年規劃設想,總投資額165億元。當時建議分配方案如表7所示。
表7 1991年—2000年十年規劃IC投資分配表
五年過去了,“八五”執行結果,到1995年年底累計投資不是當時建議的15億元+85億元=100億元,而是15億元+35億元=50億元。在此起點上,對“九五”投資建議方案如表8所列,方案一為1994年所想,方案二為目前想法。
方案二的投資重點是使當前國內已經自主開發的0.8μm~1.0μm~1.5μm技術盡快形成生產力,這是目前國外到中國來尋求加工較多的設計工藝要求。為了縮短與國外技術上的差距,更重要的是投向0.5μm~0.6μm,這是國外剛投產不久的技術水平。其次是開展深亞微米(0.3μm~0.4μm)技術的研究開發工作,以求到2010年跟上世界水平。
表8“九五”計劃IC投資建議方案表
為了使“八五”末期具備轉折發展的基本條件,并給我國微電子產業帶來“產業化元年”,國家必須采取重大決策和果斷措施。
(1)國家領導高層決策
1986年美國在半導體市場上輸給日本之后,引起了美國朝野上下高度重視,美國政府親自出馬迎戰,1987年美國國會成立了國家半導體咨詢委員會,提出了《危機中的戰略工業》報告。
如今1995年,在當今國際形勢和中國海峽兩岸形勢下,世界上正在新建的77條IC生產線中,亞太地區就有19條,其中3條6英寸線,16條8英寸線,主要在中國臺灣省和韓國。根據在臺灣了解到的情況:1995年有2條~3條8英寸線投產,將于1998年全部建成。韓國三星公司緊跟世界當今冠軍——美國Intel公司,正在籌建0.25μm、12英寸生產線。
1990年12月15日,江澤民總書記等中央領導人聽機電部匯報“908”工程建議中提出申請50億國家專項資金(其中計算機15億,IC35億)時,江總書記曾問是人民幣還是美元。說了如果增加50億人民幣的投資不算大。但是,五年過去了(1990年8月—1995年8月),6英寸大生產線還沒有實際性的行動。我國有財力、有決心花100億建一個鋼廠,也有決心和雄心起動耗資將達1 500億的長江三峽水利工程。現在已到下決心投向集成電路產業的時刻了,不然將“一失足成千古恨”。
(2)成立國家微電子發展委員會
我在向北京市領導建議編寫的《北京地區微電子產業“九五”計劃》中提出建議籌備成立北京地區微電子發展委員會,采用官、產、學、研四位一體的組織結構,統一協調,促進北京地區微電子產業的發展。同樣,面對當前國際和國內海峽兩岸形勢,建議國家立即成立“國家微電子發展委員會”,提出計劃、執行計劃,對國家和人民認真負責到底。而不能像過去的“大辦”和“振興辦”那樣短命,半途夭折。
(3)設立集成電路投資發展公司
就像電子工業部提出規劃要點所述:為保證集成電路“九五”目標和“十五”設想的實現,并統籌安排好集成電路專項建設基金,建議國家設立集成電路投資發展公司,由它根據國家集成電路發展總體計劃具體組織項目的建設和資金的投入,簡化審批手續,縮短決策周期。公司設立監事會(由政府各有關部門負責同志組成),監督各項目計劃的實施和資金的運用。
(4)建立國家級微電子技術中心
為加強自主發展微電子技術的能力,改變一代又一代不斷引進的局面,必需建立一個國家級微電子科研開發技術中心。中心的建設以北方基地各高校和研究單位為基礎,從各單位遴選合適人才,同時吸引在國外的學子回國來參與工作。重點開發0.3μm~0.4μm產品所要的工藝、設計和測試技術,解決新一代技術的工業化大生產技術。
要像韓國三星公司發展64M位DRAM那樣,凈化廠房建設、大生產工藝技術開發和特大規模電路設計三項同時并進,吸引國內外一百多位博士、博士后集中進行設計,到1993年就開始批量生產。而且三星公司已取代日本東芝公司,成為世界上最大DRAM產品供應商。
(5)采取靈活的經營方式
我國5個主干企業中投資規模最小、位于紹興的華越微電子公司,產量連續8年居國內第2位。這是在國家開放的條件下,主要依靠自己力量、發揚自力更生精神把企業搞上去的典范。華越精神:“艱苦奮斗、自立圖強、以我為主、博采眾長”值得全行業學習。我的建議是:由華越公司出人才(技術人才、管理人才和市場人才),以技術入股的方式來經營國內尚未開動起來的4英寸工藝線,如福州8430廠、廣州半導體廠等。如果政策允許,還可以試驗小部分給予個人股。還有一個設想:將國內許多單位在“六五”、“七五”引進的3英寸工藝線二手設備,以設備入股的方式集中起來,選擇一個合適的凈化廠房(改建或新建),由華越公司總牽頭、總承包,運轉起來大量生產國外停產或轉移的低檔IC產品。
結束語
20世紀剩下最后的五年,不足2 000天,21世紀即將來臨。美國計劃在2001年采用12英寸硅片開發出0.18μm技術的1G位DRAM。2000年世界IC產量預測將達到1 654億塊,世界IC銷售額將達到1 984億美元。中國的IC產業在未來的“九五”計劃五年中如何發展?這是一個長期盤旋在電子部十三位老部長腦海中最焦心的問題。1990年10月,我國著名的經濟研究專家馬賓就曾提出:像老一代無產階級革命家抓“兩彈一星”那樣,下決心把以集成電路為核心的電子信息產業抓上去。抓上幾年、十幾年,抓出成效,為中華民族在下個世紀的發展奠定堅固扎實的基礎。
中國微電子產業面臨的“九五”是轉折的關鍵五年,轉折轉好了,以“產業化元年”為起點,中國的微電子在美國、日本、韓國之后,要開始起飛了!
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