国投集团中国电子院：打通半导体产业化最后一公里
人民政协网9月3日电作为高科技产业桂冠上的明珠——半导体芯片产业在经历了一段周期性下滑后，今年以来强烈逆势回暖，实现了10%的正增长。业内预测，在可预见的未来将进一步升温，2030年将突破万亿美元大关。
作为半导体产业的消费大国，我国消费了全球6成以上芯片，其也成为继石油之后，我国进口排名第一的商品。国投集团旗下中国电子工程设计院股份有限公司（以下简称中国电子院）是国内电子工程设计龙头企业，承揽了国内90%以上显示器件、60%以上存储芯片、50%以上BAT企业数据中心的高端电子基础设施设计业务。打造出又好又便宜的芯片，是中国电子院一直以来的使命和任务。
“我们为新中国建设而生，为电子工业发展而立。伴随中国电子产业发展，我们一直专注于解决从实验室到产业化的最后一公里难题。”中国电子院董事长、全国工程勘察设计大师娄宇说。
半导体产业化有多难？
一颗小小的芯片究竟“卡”在哪儿？在消费电子领域，难点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。
生产芯片的半导体生产厂，生产系统极其复杂，自动化程度高，工业设备昂贵，一般工厂投资都在数百亿至上千亿人民币规模。工厂对环境要求极其严苛，需要超高精度的洁净室，不含任何金属离子和杂质的超纯水，还要恒温恒湿的生产条件，工艺设备的高精密性也对微振动环境控制的要求极为严格。此外，工厂巨大的耗电量和耗水量，也让其维护日常生产的成本不断攀升。
“实验室与大规模量产有着本质不同，100个难题攻克了一个，对于科学实验室来说就是成功，而大规模量产时100个问题解决了99个也不能算成功。”中国电子院首席技术官杨光明解释道，对于半导体工厂来说，一个没有解决的问题会导致生产线产品合格率低甚至生产不出产品。
“对此，我们从一座工厂的人机料法环全系统、全方位去规划并不断优化，持续降低企业的制造成本。”杨光明说。
护航产业化最后一公里
为解决产业化最后一公里中的难题，中国电子院研发并掌握了一系列自主知识产权和专有核心技术。
芯片的制造需要非常干净的环境，捕捉比头发丝直径还要小100倍的灰尘，难度非常大。“中国电子院拥有精准分区控制技术、微环境控制技术、气流流型垂直度修正技术等，不仅能够对洁净环境要求高的部分进行精准控制，还能降低洁净室的建设投资，并提供包括智能诊断服务在内的全周期服务保障，进一步提升良品率。”中国电子院洁净专家阎冬介绍。
据了解，中国电子院持续将技术成果化，自主研发了平板式化学过滤器和化学过滤机组，是国内首台商用的化学过滤设备，处理效率达到98%，填补国内技术空白。
某项目微振动控制现场
光刻是芯片制造的核心工艺，如果光刻时受到轻微振动干扰，就将造成偏离，整个芯片都将毁于一旦。如何准确辨识和控制这些微小振动，保证和提升半导体产品的精度和良品率，这就涉及到中国电子院另一项核心技术——微振动控制技术。中国电子院经过多年技术积累，成功研制出中国第一套大型主动控制隔振装置，能够实现在1~100HZ频段内0.05um/s的振动速度，一举打破国际垄断，达到世界领先水平。
中国电子院微振动技术部门负责人金春峰介绍说：“我们首创提出‘测、避、抗、隔’综合微振动控制理念，采用防微振有限元仿真模拟技术和多级分段的振动隔离技术，针对不同振源、不同设备，进行精细化分类防微振设计。”据悉，中国电子院主编的《电子工业防微振工程技术规范》，是国内第一部电子信息行业的微振动控制规范，填补了国内空白。该规范已发行英文版，提高了中国标准在国际上的影响力。
数智化改变产业生态
如今，人工智能和数字化潮流正以势不可挡的趋势改变着产业发展与生态，中国半导体产业未来如何破“卡”出圈，中国电子院给出的答案是——PSIM数字孪生工厂解决方案。
中国电子院首创的PSIM数字孪生工厂解决方案，致力于打造精益智能绿色的高科技工厂，即在工厂建设之前，构建一座虚拟工厂，利用“工艺技术+数字化仿真技术”，动态模拟工厂投产后实际运行，探寻最优设计方案。具体来说，就是通过精细化设计、精准化分析、数字化优化、智能化控制，最终实现建设投资降低、建设周期缩短、生产效率提升、运行成本下降的ITEC目标。
先进电子制造数字孪生工厂解决方案
“我们搭建形成了IC-MASTER数据系统，可以更好地为产业发展提供数字化智能化支撑服务。”数字化技术负责人程星华介绍，该系统可为芯片制造提供所需的高精度控制，生产运行分析涉及的海量数据，通过仿真技术有效支撑精益制造。
“目前这一技术已应用在多个项目，实践证明，其解决了工艺源头与厂务系统断点难题，实现运行效率提升5%以上，系统优化8%以上，降低投资12%以上，局部环节优化后有效实现年运行成本降低近千万元。”中国电子院总经理夏连鲲介绍说。（邢艳娇）