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    又一半導體核心設備成功突圍,國產高端溫控器破解卡脖子難題

    發布日期:2023-05-10
    集微網報道 時下,半導體產業已經成為全球主要國家競相爭奪的戰略高地。由于起步較晚,我國半導體產業發展中還有不少短板,尤其是在上游的設備領域,部分高端設備、設備中的核心器件仍高度依賴國外品牌。


    習近平總書記強調:“要加快科技自立自強步伐,解決外國‘卡脖子’問題?!睂τ诎雽w設備領域,提升國產化率推進自主可控勢在必行。

    集微網了解到,前不久,國內某光伏設備頭部供應商解決了一項關鍵卡脖子環節——半導體設備專用串級溫控器,產品成功通過國內光伏龍頭企業的產線驗證,不僅實現國產替代,而且在光伏良率的提升上優于國外品牌產品,在國家科技成果鑒定中被行業專家評定為國際先進。

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    據悉,該串級溫控器由在溫控領域深耕超過30年的國內廠商廈門宇電自動化科技有限公司(以下簡稱:宇電)自主研制。此次半導體設備專用國產串級溫控器的成功推出,填補了過去多年在這一領域的國內空白。隨著在光伏制造產線的成功導入,該產品接下來將向微電子等更廣泛的半導體制造領域擴展,推進上游半導體設備的儀表國產替代。

    替代國外品牌,國產溫控器實現光伏半導體領域突破

    溫控器,顧名思義,就是測量并調控溫度的設備。它通過讀取溫度傳感器的測量數值,并通過計算機程序執行復雜智能的控制算法,利用連接的執行器件精確調節加熱器等負載的溫度。是工業生產、自動化產線上必不可少的核心配件。

    而與普通PID溫控器不同,半導體生產設備中許多環節,比如擴散、氧化、刻蝕、PECVD等過程使用的串級溫控器需要高端復雜調節算法,以此來應對半導體設備中溫度控制滯后較大且擾動多等問題。作為溫控器應用的高端市場,半導體制造領域對溫控器的產品精度、可靠性、抗干擾性和穩定性要求均非??量?。

    一位光伏制造業內人士指出,生產晶體硅太陽能電池的產線上,溫度控制更是堪比靈魂。比如擴散爐需要將爐內溫度按照一定升溫速率加熱到700℃-1040℃左右,并且要快速將溫度波動穩定在±0.5℃內,這對控溫的精準度、可靠性和穩定性有極致的苛刻要求,溫度一旦發生偏差,產品性能就會大打折扣甚至報廢。

    超高的技術門檻使得能進入半導體領域的串級溫控器廠商屈指可數,以往只有日本AZBIL、英國PMA和美國WATLOW旗下EUROTHERM等少數品牌可以滿足要求。而宇電新推出的AI-8半導體設備專用串級溫控器去年成功進入光伏制造領域,成為目前產品成功通過光伏半導體市場驗證的國產溫控器企業。

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    作為中國智能調節器和溫控器龍頭企業,宇電擁有兩座建筑面積分別為1萬平方米和5萬平方米的現代化工業廠房,年產各種型號智能溫控儀表160萬臺,廣泛應用在熱處理、電爐、新能源、化工、半導體設備、晶體生長、超導材料及精密實驗設備等上百個行業領域。例如,央視《大國重器》中介紹的三一重工生產1800兆帕高強鋼,加熱爐的溫度控制就采用了宇電儀表。

    去年3月開始,在疫情及芯片漲價等因素影響下,供應鏈受阻,許多進口溫控器不僅紛紛宣布漲價,同時還限量供應,下游企業面臨斷貨停產危機。作為負責任的國產溫控器龍頭企業,宇電管理層決定寧愿高價購買市場芯片也要維持國內溫控器供應鏈的穩定,在市場出現部分客戶試圖“囤貨”宇電產品時,宇電及時在官網承諾不漲價和不斷貨,這一舉動不僅有效阻止了部分囤貨行為,使得宇電順利實現給所有客戶確保供貨且不漲價的目標,也大幅提升了客戶對宇電的信任。

    在芯片缺貨的大背景下,半導體設備所需的串級溫控器也同樣受到影響,僅有的幾家進口儀表供應商均無法及時交貨。對此國內某光伏設備龍頭企業找到宇電,希望能和宇電合作在最短的時間內解決串級溫度控制技術問題。在獲得客戶需求后,宇電研發部門上下全力以赴,夜以繼日加班工作,在短短一個多月內就研發出了全新的串級溫度控制儀表供客戶測試,其后二個月順利完成客戶廠內及生產現場的各項測試,并在客戶下單后快速完成批量供貨,最終成功批量應用到生產現場,解決了客戶因溫控器缺貨而可能導致停產的危機。

    從宇電官網得知,AI-8半導體設備專用溫控器具有高精度、低溫漂且高效節能的突出優勢,采用了宇電新一代高性能24位定制A/D芯片,基于AI人工智能技術的PID算法,具有0.05-0.2級多種測量精度可選,抗干擾性強,可靠性高。而相對進口串級溫控器來說,宇電自主研發的AI智能自動定標技術讓串級儀表的調試工作和普通單回路PID儀表的一樣簡單,遇到復雜控制對象也能輕松應對,從而在控制算法上實現了對進口串級溫控器的超越。

    客戶將宇電儀表和國外品牌儀表一同用到終端客戶的設備上進行測試,和國外品牌進行全方位對比。結果顯示,使用宇電儀表的設備調試更方便,控溫更穩定,而且生產的光伏產品良率也好于進口品牌。至此,宇電完全解決了客戶核心設備之一串級溫控器的斷供問題,并填補了國產高端儀表在半導體行業應用的空白。

    不僅僅是便宜,在性能上也實現對進口產品的全面超越

    由于過去多年以來國產品牌缺席高端市場的原因,行業普遍有一種固有認識“國產產品優勢主要是便宜,上檔次還是要用進口產品”,而且,隨著2023年芯片荒結束,進口溫控器恢復正常供應,設備企業又開始在其新產品中重新恢復使用進口溫控器產品。

    值得注意的是,光伏行業是一個快速迭代的行業,2023年起光伏設備紛紛升級到TOPCon等新工藝。已經批量使用宇電產品的某光伏龍頭企業,在其新產品中又恢復使用進口溫控器。然而始料未及的是,這批裝配進口溫控器的新設備雖然在設備廠內調試正常,但到終端現場后,由于生產工藝環境改變,使用進口溫控器的生產線出現了嚴重的溫度控制誤差等問題,導致產品遲遲無法順利生產,進口溫控器的技術人員調試半個多月仍無法解決問題,最終以客戶自身設備存在問題為由扔下客戶走人。

    由于進口串級溫控器無法適應新的光伏工藝設備,導致終端客戶每天的損失高達數百萬元。此時,宇電再次承擔起了為客戶救火的任務,負責售后服務的技術專家全體動員,前往各個終端客戶現場,在短時間內完成了現場串級溫控器更換和調試任務,成功使客戶設備順利生產。特別地,客戶發往泰國的設備采用了全新的4路SSR輸出方式,這款產品以往宇電還沒有正式生產過,在獲得客戶要求后,宇電研發部門結合生產部門,僅僅用了不到一周時間就完成了特殊新產品定制研發到批量生產及老化過程,并直接安排人員帶上產品前往泰國更換進口溫控器及進行調試,最終順利調試成功讓客戶設備及時投入生產。與進口溫控器品牌現場調試情況相比,宇電無疑在溫控器這一細分領域創造了中國速度的奇跡,也贏得了終端客戶的最終信賴。

    半導體制造是一個特別重資產的環節,其中,設備的投入占比巨大。以建設一個投資超百億元的12英寸晶圓廠為例,其中約70%的投入資金都是用來購買設備。根據SEMI統計,2022年全球半導體設備銷售額達到1076億美元,再創新高。其中,按區域劃分,中國大陸達到283億美元,占比28.27%,已連續3年成為全球最大半導體設備市場。但與全球最大半導體設備市場不匹配的是,我國在半導體設備供應上,力量仍較薄弱,高端設備儀器主要依賴國外進口,因此,關鍵設備國產化和避免卡脖子不僅是國家的國策,也是企業穩定供應鏈和提升競爭力必不可少的條件。

    據悉,在光伏制造領域應用的溫控器型號還不是宇電最高端的產品,他們已推出了面向要求更苛刻的微電子、集成電路制造領域的更高性能的溫控器型號產品,目前正與多家半導體設備供應商進行洽談合作,讓我們期待半導體設備國產化有更令人驚喜的表現。

     

     

     

     

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