半导体

石家庄:用“芯”打造 “光谷”

作者:梁红兵来源:中国电子信息产业网发布时间:2011-06-27 08:22我要评论

“目前国内‘光谷’由于缺少自主核心光电芯片的支撑,所以只能走‘进口主要芯片,以下游产品带动产业链发展’的道路,这在未来长期激烈的国际竞争中,将受到国外上游核心材料芯片技术和产品的严重制约,核心竞争力不足。在石家庄建设以自主光电核心材料芯片为依托的有‘芯’光谷,对提高石家庄市的核心竞争力、调整产业结构、转变经济发展方式、推动经济快速发展具有重要意义。”中国光协光电器件分会理事长、中国电子科技集团第13研究所所长杨克武在石家庄·中国半导体光谷专家论证会上表示。“光谷”并不是一个新名词,石家庄建设半导体光谷有哪些优势和基础?如何发挥优势建设有特色的“光谷”?日前,来自中国科学院、中国工程院以及企业界的19位专家,充分论证了石家庄半导体光谷建设的必要性、可行性及发展定位。专家组认为,石家庄信息产业基地在LED、聚光太阳能电池、激光器、探测器、光MEMS等五大核心芯片具有自主知识产权和持续创新能力,生产线条件、技术支撑等方面具有深厚的基础,具备了建立半导体光谷的条件。


研究所是支撑


近年来,石家庄市着力推动新兴产业的发展,特别是在半导体照明、卫星通信等电子信息产业方面有了长足发展。不难发现,石家庄建设半导体光谷有其独特的优势,一是石家庄拥有中国电子科技集团公司第13所、54所科研技术能力的强有力的支撑,二是有石家庄信息产业基地良好的基础设施条件。这也是专家论证团给出的总体评价。


石家庄信息产业基地位于鹿泉市经济开发区内,目前基地共开工38个建设项目,累计完成投资37亿元。今年一季度完成主营业务收入6亿元,实现工业增加值1.81亿元,利税0.61亿元,同比增长27%%、35%%、36%%。基地内现有5个国家级和部级研发中心,2个国家重点实验室,先后取得了5300多项重大科研成果。基地内的第13所、54所重点发展光电子(LED、聚光太阳能电池、激光器、探测器),微电子(射频单片IC及模块组件),MEMS(惯性EF、光、传感器),基础电子(半导体材料、陶瓷外壳),卫星导航和通信产业。据介绍,到2015年石家庄将依托13所、54所,建成国内光电器件市场占有率50%%以上、销售收入过1000亿元、以能源通信应用为主的半导体特色光谷。


中国科学院院士、半导体物理专家夏建白表示:“13所、54所的科研技术,特别是芯片技术在国内居于一流水平,仅凭这一点,石家庄就具备了其他城市无法比拟的优势条件。”夏建白建议,在此基础上,石家庄应该更好地发展芯片制造产业的下游产业,以扩大在光电产业领域的生产值。“借助13所和54所两个技术平台为支撑,石家庄马上可以把光电产业的上下游产业组织起来。所以要尽快成立光谷的筹备委员会,由市政府、13所、54所和企业代表共同参加,领导光谷的规划建设工作。”夏建白院士强调。其实,芯片制造部分下游产品,产值比上游的芯片制造高出很多,如果能把下游产业发展起来,石家庄发展光电产业的前景是很好的。目前我国的经济已经处在转型阶段,光电子作为一种高新技术产业,消耗的资源少,创造的财富多,调整产业结构,为光电产业的发展提供了一个难得的发展机遇。


核心芯片是基础


13所从上世纪60年代开始光电器件的研究,现已建成5栋光电器件厂房,面积4万多平方米。该所的五大核心光电材料器件(即LED、CPV、LD、PD、光MEMS)均已具备有产业化基础,在光电核心芯片和通信设备方面具有自主知识产权和持续创新能力,产品居国际一流,国内领先地位水平。杨克武在接受记者采访时表示:“在国内的同一个园区内,能聚集如此多的光电核心产业化技术,优秀的人才队伍,好的生产条件和能力,雄厚的技术支撑,在国内是唯一的,国外也是极其少见的。所以说,我们已经具备了建立半导体光谷的良好条件。”


在五大类核心光电材料芯片中,发光二极管(LED)项目最为突出。蓝光材料芯片目前光效已达130 lm/W -140lm/W,居国内最高、国际一流产业化水平,经国兴光电、稳润光电等国内50余家LED封装企业应用验证,同辉LED芯片满足用户要求,目前只给部分用户送样,每月需求8.3亿粒,实际供货能力不足2亿粒,市场供不应求。第二类核心技术是聚光太阳能电池,已完成11250平米厂房建设,现已投入使用。10MW接收器生产线已投入规模生产。激光器(LD)、探测器(PD)、光MEMS器件等项目也具有核心技术并已实现初步产业化。杨克武介绍说,建设石家庄“光谷”的总体思路是通过三个“带动”形成点、线、面及其支撑产业。以“点”带“线”,以五个上游芯片为起点向下游纵向延伸,以优惠政策吸引省内、外企业到“光谷”聚集,实现共赢,形成LED产业链、聚光电池产业链、激光器产业链、探测器产业链、光MEMS产业链等五条链。以“线”带“面”,五条产业链横向交汇形成产业面(产品及企业集群),以“面”带支撑,产业“面”带动支撑产业。杨克武表示,五大光电核心材料芯片是建设好“有芯”光谷的基础和必要条件,是光谷的“根”和“心脏”。“首先要提高五大核心材料芯片的技术成熟度,即产品的一致性、重复性和可靠性、成品率。其次要提高五大芯片的持续技术创新能力,使其产品水平始终保持在国际一流,国内最高水平。最后要始终保持五大高端芯片的产业化规模,高的市场占有率和高的性价比,使五大光电材料芯片成为具有自主核心技术、具有国际竞争力的光电产品群,成为光电产业链延伸的起点,成为光谷的基础。”杨克武表示。


据了解,根据发展建议的初步构想,鹿泉将以石家庄信息产业基地为核心,通过向南北延伸,东西扩展,形成南北方向狭长,总面积80平方公里~100平方公里的光电产业聚集区。光谷建成后将具有科研、产业、加工、出口、服务等综合功能。


记者点评:


打造“光谷”要务实


梁红兵


石家庄提出建设中国半导体光谷,我们的理解就是石家庄在全力打造光电子产业基地,在目前的情况下,提出这样一个发展目标是十分及时和必要的。调整产业结构和产品结构是当前我国最重要的任务,石家庄光谷建设项目,与国家7大战略性新型产业中的4项有关,石家庄能够把握发展契机是好事。


石家庄在半导体光谷建设方案的基础上需要进一步做好规划,在具体实施过程中做到可实际操作,务实很重要。另外,石家庄光谷的建设应该放到省、国家乃至世界的范围内进行定位,确定目标,做好分布实施的方案和措施。


石家庄光电子产业的发展,依托的是13所、54所以及部分企业,希望石家庄能够整合产业优势资源,同时不断拓展和完善产业链。不断创新是产业发展的重要内容,也是产业发展的源动力,政府主管部门应加大支持创新的力度,鼓励在创新过程中形成自主知识产权,提高企业的核心竞争力。


LED作为新型战略性产业,创新的空间很大。LED是典型的半导体器件,并不仅仅是照明,照明仅仅是LED的一个应用领域,当然照明为LED提供了广阔的市场发展空间,因此,业界在谈发展LED的时候能够有一个清醒的认识。


希望石家庄光电子产业基地建设方案能够得到完善,早日付诸实施。


专家观点:


建设有“芯”光谷


中国光协光电器件分会理事长、中国电子科技集团第13研究所所长 杨克武


光电子学是研究以光子作为信息载体和能量载体的科学。光电子技术是由光子技术和微电子技术结合而形成的新技术,它围绕着光信号的产生、发射、传输、处理、控制、探测和转换, 涵盖了纳米材料、纳米加工和纳米结构设计等尖端技术。光电子技术是光电信息产业,激光产业,新能源产业等新兴产业的支柱与基础,可形成多学科相互渗透、相互交叉的高新技术产业链和产业集群。


光电子技术广泛应用于光伏新能源、照明与显示、光通信、光制导、光测量、光存储、光计算机和光雷达以及工业激光等领域。其核心是利用半导体材料,如:第一代硅、锗,第二代砷化镓、磷化铟,第三代氮化镓、碳化硅等。制作的半导体光电器件包括LED发光管、LD激光器、PD光探测器、CPV光伏电池等。


上世纪80年代后金属有机物化学相淀积(MOCVD)材料生长的逐步成熟,推动了光电器件性能的提高,从而使得光电子技术及其产业获得了突飞猛进的发展。与微电子技术相比,光电子技术发展相对较晚,技术更新,市场容量大,优势明显。光通信技术具有速度快、容量大、保密性能好等优点。高亮度发光技术具有节能、高效、长寿命等特点。激光加工技术具有超大功率,超高效率,智能环保等特点。太阳能电池更具有引领未来清洁能源发展的潜力。光电子产业是下一代战略新型产业的重点、热点和制高点。因此,大力发展光电子产业,是实现中国经济可持续发展、科学发展的重大战略抉择。


国内一些城市已提出并启动了“光谷”的建设,如 武汉、长春等。武汉光谷以光通信和激光加工产业集群为核心;长春光谷以中科院光电研究院,吉林大学为龙头的光电子前沿技术研发产业集群为心。有些城市虽然没有采用光谷的概念,但光电产业已形成一定规模,如深圳(光通信)、西安(激光加工、应用)等。


目前国内“光谷”由于缺少自主核心光电芯片的支撑,所以只能走“进口主要芯片,以下游产品带动产业链发展”的道路,这在未来长期激烈的国际竞争中,将受到国外上游核心材料芯片技术和产品的严重制约,核心竞争力不足。


在石家庄建设以自主光电核心材料芯片为依托的有“芯”光谷,对提高石家庄市的核心竞争力、调整产业结构、转变经济发展方式、推动经济快速发展具有重要意义。


石家庄信息产业基地规划面积11.51平方公里,主要依托中国电子科技集团公司第13所、54所。2005年3月正式动工建设,是石家庄市“五大产业基地之一”,是科技部认定的“国家半导体照明产业化基地”,基地内共开工建设项目38个,累计完成投资37亿元,竣工项目25个,在建项目13个。2010年实现主营业务收入18亿元,工业增加值5.4亿元,利税2亿元 。园区重点发展:光电子(LED、聚光太阳能电池、激光器、探测器);微电子(射频单片IC、混合IC及模块组件);MEMS(惯性RF、光、传感器);基础电子(半导体材料、陶瓷外壳);卫星导航和通信产业等。


未来应加快“光谷”建设,加大对光电核心材料芯片的支持力度,不断提高核心芯片的技术成熟度和持续创新能力及产业化水平和规模。加快产业链的延伸和产业面的交汇,做大做强光电产业。要做大做强光电产业,上游芯片必须向下游产品延伸,关键是靠优惠政策鼓励下游及支撑企业向 “光谷”聚集,形成集群效应,要特别加强与河北省内280多家LED相关企业的合作,鼓励转型企业到“光谷”发展。


吸引全球人才,制定培养、吸引和奖励人才政策,对引进人才、技术、项目、产品及为光谷发展做出重大贡献的有关人员进行奖励,在光谷内形成人才“洼地”,广聚天下英才。同时以多种形式筹措资金,加大对光谷建设的资金投入。


PV及LED产业正在迅速发展中


福建省光电行业协会秘书长 彭万华


太阳能光伏和半导体照明已明确列为国家战略性新兴产业。太阳能光伏(PV)是清洁可再生能源,半导体照明(LED)是节能和环保型的产品,符合我国长远发展的方向,国家已经投入很大精力、物力重点发展这两个产业,并取得较大的成就,形成一定规模的产业链。


PV及LED产业现阶段正在迅速发展中,其发展到达什么程度,才能真正造福于人类?PV的目标是低成本、高效率、长寿命。2015年,发电成本应达0.5元~0.8元/度。晶硅电池光电转换效率>20%%;薄膜电池光电转换效率10%%~20%%(与材料、面积大小有关)。长寿命达到25年~30年。LED的目标是高光效、长寿命、低成本。高光效从目前发光效率110lm/w,提高到200lm/w以上。工作寿命达5万~10万小时。价格达10元~15元/Klm。可为人们提供清洁可再生能源和节能、环保、舒适、健康的照明环境。


我国对光伏产业的需求将在近两年内正式启动,将有非常大的市场潜力。单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜电池、铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池、铜铟硒(CIS)薄膜电池、GaAs三结电池、聚光型硅电池,这7种不同材料和结构的光伏电池,在转换效率、可靠性、成本等各方面,各有自己的优点,至于要重点发展哪一种,最后还是要取决于性价比的要求来确定。这些不同技术路线的光伏电池各自在不同场合上,有不同的应用,甚至在较长时间内还会共存。


半导体照明方面,2010年半导体照明产业的产值为1200亿元,增长率为45%%,其中芯片产值约40亿元,器件产值为250亿元,应用产品产值为900亿元。实际投资为343亿元。LED芯片已达650亿只,我国LED产业取得显著成果。我国LED产业化光效水平已达100lm/w,取得在Si衬底生长GaN产业化的突破,其光效可达120lm/w。封装水平已接近国际先进水平,采用进口芯片可封装器件光效大于130lm/w,热阻<3℃/W。LED应用产品开发品种全球最多,应用的数量全球最多。我国LED产业两种关键原材料取得突破性进展,云南蓝芯,已批量生产蓝宝石衬底,现可年产1000万片,南大光电,可批量系列提供外延用的MO源。


我国LED产业发展目标是清晰的,朝着高光效、长寿命、低成本方向努力,为人们提供健康、舒适的照明环境。要加强研发工作,掌握核心技术,加大投入扩大产业规模,做强做大,提高全球的竞争力,在世界上占有一席之地。


LED照明不仅是节能


浙大三色董事长 牟同生


半导体照明近年来受到各界的广泛关注,也受到资本市场的追捧。LED照明未来发展前景很好这是毫无疑问的。LED照明是人类照明史上的第三次革命。LED照明不是简单的灯的概念,他是电子发光的照明系统。


“光”伴随着人类的发展,人类的发展与“光”密切相关。40万年前,太阳是地球上唯一的光源。4万年前,人类开始使用油灯提供光源,19世纪初,英国的戴维发明碳弧灯,1879年,美国爱迪生发明了具有实用价值的碳丝白炽灯,使人类从漫长的火光照明进入电器照明时代。上世纪80年代出现了细管径紧凑型节能荧光灯,全球逐步进入到节能照明时代。我国也成为全球最大的节能灯制造基地。本世纪初,白光LED技术的快速发展,开辟了人类照明史上的新篇章。


从光生物学发展看,LED照明是照明领域的革命。光生物学的最新发现,光可以调节人体的睡眠和免疫功能。光对人体的内分泌、激素和免疫系统的作用日益受到人们的重视。LED在光生物领域有很多的发展机会。LED光与细胞色素氧化酶发生作用,促进细胞的新陈代谢。但同时,LED过强的蓝光辐射,会引起眼睛视网膜的伤害,光生物辐射安全是LED产品强制性的标准。


LED光源与传统光源最大的不同是点光源、数字可控、颜色丰富、可调光调色。LED光源可以根据人健康的生理需要,通过自适应数字控制,模拟人体需要的自然光,实现健康舒适的照明。LED照明的发展目标是减轻对环境的影响,减少资源的消耗,有利于人的健康。


根据节能和光生物健康的要求,发挥LED色彩丰富、发光响应快、数控调光方便等特点,是健康照明的发展趋势。研究表明,LED动态照明可以提高学生的学习兴趣,学习更专注,而且阅读的速度更快,出错率降低。对于改善老年人的睡眠,预防老年痴呆以及儿童骨骼钙的形成都有很好的效果。我想如果LED产品可以达到这些效果,价格再贵也会被市场接受。


未来照明的发展趋势是个性化的,LED(半导体)照明,不仅仅是节能。让光丰富人类生活,改善生存环境。


LED显示应用从制造大国走向技术强国


中国光协LED显示应用分会理事长 关积珍


LED显示综合优势突出,适合室内室外环境,大面积显示,不受尺寸限制,同时可以任意组合,灵活多样,有信息显示的地方基本上都有LED显示应用的身影。


1990年以前,我国LED显示应用主要集中在室内显示应用,以LED室内显示屏、仪器仪表显示等领域为主。 1990年至1995年,是LED显示应用迅速发展时期。 1995年至2003年,是LED显示应用总体稳步提高、产业格局调整完善的时期。 2003年至2007年,LED产品技术和应用领域纵横发展,形成多元的广阔市场,相关产业构成也有显著变化。2008年至2010年,LED显示应用发展趋于成熟并迅速向规模化发展。2008年北京奥运会、2009年新中国成立60年庆典、2010年上海世博会和广州亚运会等一系列重大活动,大规模应用了各种形式的LED显示应用产品,推动了应用市场和产业的规模化发展。


2008年全国LED显示应用市场销售突破百亿,昭示着LED显示应用产业的市场应用规模达到了一个新的历史高度。2009年中国LED显示应用市场持续增长,再创辉煌,全国LED显示市场销售总额达到了140亿元。2010年全国LED显示应用市场增长35%%,全国LED显示应用产品市场销售总额达到190亿元。截止2010年底,LED显示应用行业协会成员企业数近300家,基本上包括了中国LED显示应用领域的骨干企业和主要生产单位。估计全国具有一定规模的LED显示为主的企业400家以上,从事LED显示应用产品的企业超过1000家。2010年LED显示应用行业有33家企业销售额超过亿元,其中有16家企业的销售额超过2亿元,有4至5家企业的销售额达到了5亿元以上。


产品技术创新不断提升,重点工程应用多项新技术,取得了优良的效果。传统显示屏技术趋于成熟,产品可靠性和工艺水平得到明显改进和完善,逐步标准化。高清晰度、色彩还原、逐点校正等高技术含量产品发展迅速。全彩色室内外显示屏得到广泛应用,室外高清晰度全彩表贴技术产品日趋成熟。舞台背景、景观照明领域形成了一系列新型LED显示应用产品。针对特殊使用要求,异型LED显示应用技术近年发展迅速,业内涌现出了“幔态LED显示屏”、“立体LED视频柱”、“LED彩砖”、“LED幕帘显示屏”、“LED透光显示屏”等一系列新产品,大大拓展了LED显示应用范围。


产业总体发展达到了一定的规模化水平,品牌企业成长较快,产业发展的规范化、集约化方向凸现。LED显示应用产品走向国际市场,占据了一定的国际市场,基本形成了若干以出口业务为主的骨干企业。LED上游产业发展对显示应用产业的发展促进作用明显。LED显示应用产品技术不断提升,全行业技术不断进步,常规产品的标准化和技术体系基本形成。具备了特殊LED显示工程和重大LED显示应用项目工程设计、实施能力。重大项目和重点工程建设中的表现出色。


产业格局在调整中不断完善,行业内的专业化分工日趋明显,LED显示应用产品的产业链雏形基本形成,为产业不断提升奠定了良好的基础。在竞争的同时,专业化生产、技术开发、工程服务等环节的分工合作在行业内有所体现,细分市场和突出核心竞争力,成为许多企业新的关注点。


LED显示应用行业受到资本市场的高度关注。2010年底雷曼光电成功上市,首创LED显示应用企业进入创业板资本市场。2011年州明、奥拓等LED显示应用企业即将上市。将推动LED显示应用产业格局的重大调整,并购重组等资本与市场的结合不可忽视。品牌、规模、创新、专业,核心竞争力要素更加突出。


中国已成为LED显示应用产品的制造大国和应用大国,正在走向技术强国。


产业投资要避免“陷阱”


台湾省电机电子工业协会 石修


知识经济的特征之一是创造价值。知识经济发展模式,设计是很重要的,设计与知识产权形成的数据库可以产生高的附加价值,附加价值要取得市场的信任就要靠品牌,品牌的建立靠专有技术。半导体照明也是一样。半导体照明在知识经济时代需要技术突破,形成核心优势,进而主导行业标准。


半导体照明与以往的照明不同之处在于他的“新”,技术在不断发展,光效在不断提高,成本在不断降低。


比较大陆与台湾在半导体照明方面的特点,台湾的研究机构,比如工业技术研究院,主要针对产业进行技术的研发,不是为技术为技术,而是针对产业需要的关键技术进行研发,同时,非常重要的一点是,长期持续的投入。另外,企业与企业之间的联盟也很重要。


在产业化过程中要避免“陷阱”,目前,LED衬底、外延、芯片是投资的重点,认为这一部分技术含量高。选择技术难度最高的部分投入,希望能够快速进入世界先进行列。这是一个战略选择,但同时我们也要思考,在面临巨大市场的时候,封装以后的部分也是值得我们关注的。封装以后的部分与应用关联更大。同时,封装、应用等领域获得知识产权的机会比上游芯片更大。要想获得自主知识产权,创新很重要,创新的基础是人才。产业化要强调的是竞争力,竞争力来自核心技术,来自合作伙伴,来自产业的聚集。我们有13亿人口,是最大的单一市场 ,在全球能源、资源紧缺的情况下,节能很重要。人才方面,网罗一流人才需要培育创新环境。


除了市场、资本、技术、人才之外,创新体制的建立需要认真思考。另外,除了发挥规模化优势之外,还要注重专业化,注重专业化才能讲求质量和创新。发挥规模化和专业化优势,才能造就强大竞争力。


  (责任编辑:落雪)


 


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