人民政協(xié)網(wǎng)9月3日電 作為高科技產(chǎn)業(yè)桂冠上的明珠——半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)在經(jīng)歷了一段周期性下滑后，今年以來強烈逆勢回暖，實現(xiàn)了10%的正增長。業(yè)內(nèi)預(yù)測，在可預(yù)見的未來將進(jìn)一步升溫，2030年將突破萬億美元大關(guān)。

作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的消費大國，我國消費了全球6成以上芯片，其也成為繼石油之后，我國進(jìn)口排名第一的商品。國投集團旗下中國電子工程設(shè)計院股份有限公司（以下簡稱中國電子院）是國內(nèi)電子工程設(shè)計龍頭企業(yè)，承攬了國內(nèi)90%以上顯示器件、60%以上存儲芯片、50%以上BAT企業(yè)數(shù)據(jù)中心的高端電子基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計業(yè)務(wù)。打造出又好又便宜的芯片，是中國電子院一直以來的使命和任務(wù)。

“我們?yōu)樾轮袊ㄔO(shè)而生，為電子工業(yè)發(fā)展而立。伴隨中國電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我們一直專注于解決從實驗室到產(chǎn)業(yè)化的最后一公里難題。”中國電子院董事長、全國工程勘察設(shè)計大師婁宇說。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化有多難？

一顆小小的芯片究竟“卡”在哪兒？在消費電子領(lǐng)域，難點并不在于能不能造出芯片，而是能不能造出又好又便宜的芯片。

生產(chǎn)芯片的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠，生產(chǎn)系統(tǒng)極其復(fù)雜，自動化程度高，工業(yè)設(shè)備昂貴，一般工廠投資都在數(shù)百億至上千億人民幣規(guī)模。工廠對環(huán)境要求極其嚴(yán)苛，需要超高精度的潔凈室，不含任何金屬離子和雜質(zhì)的超純水，還要恒溫恒濕的生產(chǎn)條件，工藝設(shè)備的高精密性也對微振動環(huán)境控制的要求極為嚴(yán)格。此外，工廠巨大的耗電量和耗水量，也讓其維護日常生產(chǎn)的成本不斷攀升。

“實驗室與大規(guī)模量產(chǎn)有著本質(zhì)不同，100個難題攻克了一個，對于科學(xué)實驗室來說就是成功，而大規(guī)模量產(chǎn)時100個問題解決了99個也不能算成功。”中國電子院首席技術(shù)官楊光明解釋道，對于半導(dǎo)體工廠來說，一個沒有解決的問題會導(dǎo)致生產(chǎn)線產(chǎn)品合格率低甚至生產(chǎn)不出產(chǎn)品。

“對此，我們從一座工廠的人機料法環(huán)全系統(tǒng)、全方位去規(guī)劃并不斷優(yōu)化，持續(xù)降低企業(yè)的制造成本。”楊光明說。

護航產(chǎn)業(yè)化最后一公里

為解決產(chǎn)業(yè)化最后一公里中的難題，中國電子院研發(fā)并掌握了一系列自主知識產(chǎn)權(quán)和專有核心技術(shù)。

潔凈室內(nèi)部圖片

芯片的制造需要非常干凈的環(huán)境，捕捉比頭發(fā)絲直徑還要小100倍的灰塵，難度非常大。“中國電子院擁有精準(zhǔn)分區(qū)控制技術(shù)、微環(huán)境控制技術(shù)、氣流流型垂直度修正技術(shù)等，不僅能夠?qū)崈舡h(huán)境要求高的部分進(jìn)行精準(zhǔn)控制，還能降低潔凈室的建設(shè)投資，并提供包括智能診斷服務(wù)在內(nèi)的全周期服務(wù)保障，進(jìn)一步提升良品率。”中國電子院潔凈專家閻冬介紹。

據(jù)了解，中國電子院持續(xù)將技術(shù)成果化，自主研發(fā)了平板式化學(xué)過濾器和化學(xué)過濾機組，是國內(nèi)首臺商用的化學(xué)過濾設(shè)備，處理效率達(dá)到98%，填補國內(nèi)技術(shù)空白。

某項目微振動控制現(xiàn)場

光刻是芯片制造的核心工藝，如果光刻時受到輕微振動干擾，就將造成偏離，整個芯片都將毀于一旦。如何準(zhǔn)確辨識和控制這些微小振動，保證和提升半導(dǎo)體產(chǎn)品的精度和良品率，這就涉及到中國電子院另一項核心技術(shù)——微振動控制技術(shù)。中國電子院經(jīng)過多年技術(shù)積累，成功研制出中國第一套大型主動控制隔振裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在1~100HZ頻段內(nèi)0.05um/s的振動速度，一舉打破國際壟斷，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

中國電子院微振動技術(shù)部門負(fù)責(zé)人金春峰介紹說：“我們首創(chuàng)提出‘測、避、抗、隔’綜合微振動控制理念，采用防微振有限元仿真模擬技術(shù)和多級分段的振動隔離技術(shù)，針對不同振源、不同設(shè)備，進(jìn)行精細(xì)化分類防微振設(shè)計。”據(jù)悉，中國電子院主編的《電子工業(yè)防微振工程技術(shù)規(guī)范》，是國內(nèi)第一部電子信息行業(yè)的微振動控制規(guī)范，填補了國內(nèi)空白。該規(guī)范已發(fā)行英文版，提高了中國標(biāo)準(zhǔn)在國際上的影響力。

數(shù)智化改變產(chǎn)業(yè)生態(tài)

如今，人工智能和數(shù)字化潮流正以勢不可擋的趨勢改變著產(chǎn)業(yè)發(fā)展與生態(tài)，中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)未來如何破“卡”出圈，中國電子院給出的答案是——PSIM數(shù)字孿生工廠解決方案。

中國電子院首創(chuàng)的PSIM數(shù)字孿生工廠解決方案，致力于打造精益智能綠色的高科技工廠，即在工廠建設(shè)之前，構(gòu)建一座虛擬工廠，利用“工藝技術(shù)+數(shù)字化仿真技術(shù)”，動態(tài)模擬工廠投產(chǎn)后實際運行，探尋最優(yōu)設(shè)計方案。具體來說，就是通過精細(xì)化設(shè)計、精準(zhǔn)化分析、數(shù)字化優(yōu)化、智能化控制，最終實現(xiàn)建設(shè)投資降低、建設(shè)周期縮短、生產(chǎn)效率提升、運行成本下降的ITEC目標(biāo)。

先進(jìn)電子制造數(shù)字孿生工廠解決方案

“我們搭建形成了IC-MASTER數(shù)據(jù)系統(tǒng)，可以更好地為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供數(shù)字化智能化支撐服務(wù)。”數(shù)字化技術(shù)負(fù)責(zé)人程星華介紹，該系統(tǒng)可為芯片制造提供所需的高精度控制，生產(chǎn)運行分析涉及的海量數(shù)據(jù)，通過仿真技術(shù)有效支撐精益制造。

“目前這一技術(shù)已應(yīng)用在多個項目，實踐證明，其解決了工藝源頭與廠務(wù)系統(tǒng)斷點難題，實現(xiàn)運行效率提升5%以上，系統(tǒng)優(yōu)化8%以上，降低投資12%以上，局部環(huán)節(jié)優(yōu)化后有效實現(xiàn)年運行成本降低近千萬元。”中國電子院總經(jīng)理夏連鯤介紹說。（邢艷嬌）