常州市集成電路產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及創(chuàng)新發(fā)展路徑研究

徐彬凌

(常州市科技資源統(tǒng)籌服務(wù)中心，江蘇 常州 213000)

0 引言

集成電路(IC)是把一定數(shù)量的常用電子元件，通過半導(dǎo)體工藝集成在一起的具有特定功能的電路[1]。集成電路產(chǎn)業(yè)鏈包含價值鏈、企業(yè)鏈、供需鏈和空間鏈[2]，是“工業(yè)皇冠上的明珠”。

集成電路產(chǎn)業(yè)屬于資本與技術(shù)密集型行業(yè)，我國對外依賴程度高、自給率低下，2019年出口額4 071.3億美元，同比增長2.9%，其中進(jìn)口3 055.5億美元，出口1 015.8億美元，進(jìn)出口逆差達(dá)2 039.7億美元。

1 研究意義和內(nèi)容

國際貨幣基金組織測算，國民經(jīng)濟(jì)增值部分的65%與集成電路有關(guān)，1元產(chǎn)值可帶動10元電子信息產(chǎn)值和百元GDP。近年來，美國出臺芯片法案，對以華為為代表的我國科技企業(yè)禁售列出實體名單，使我國面臨供應(yīng)鏈安全挑戰(zhàn)。

國務(wù)院《新時期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》，正探索關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)新型舉國體制[3]。集成電路產(chǎn)業(yè)是常州新一輪產(chǎn)業(yè)變革和轉(zhuǎn)型升級的推動力，將賦能常州傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展，為常州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效。

2 常州市集成電路發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)七八十年代，常州市半導(dǎo)體廠生產(chǎn)三極管、CMOS、集成電路，常州市無線電元件七廠生產(chǎn)三極管；20世紀(jì)90年代逐步衰弱，但為后期發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才奠定了基礎(chǔ)。

2.1 集成電路設(shè)計業(yè)

常州市現(xiàn)有芯片設(shè)計企業(yè)14家，2019年銷售收入合計11.9億元，規(guī)模小，市場需求廣泛，尤其是在工業(yè)控制、智能硬件、光通信等細(xì)分領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先。

在激光芯片、顯示驅(qū)動芯片等多個細(xì)分領(lǐng)域擁有核心技術(shù)，欣盛半導(dǎo)體顯示驅(qū)動芯片打破日本企業(yè)在COF顯示驅(qū)動芯片制造行業(yè)的壟斷，縱慧芯光在砷化鎵半導(dǎo)體外延片生長和激光器設(shè)計領(lǐng)域技術(shù)全球領(lǐng)先；在化合物半導(dǎo)體芯片制造和系統(tǒng)集成領(lǐng)域存在優(yōu)勢，搭載國科微電子主控芯片的固態(tài)硬盤已與國內(nèi)主流軟硬件平臺完成適配，國光開發(fā)的基于龍芯處理器和國科微固態(tài)硬盤的智能整機(jī)產(chǎn)品已具備進(jìn)入辦公領(lǐng)域的條件。

2.2 集成電路材料產(chǎn)業(yè)

材料方面集中在光刻膠原料、靶材制造、化合物襯底、掩膜版、工藝化學(xué)品、封裝材料等細(xì)分領(lǐng)域。

在光刻膠原料領(lǐng)域，強(qiáng)力電子是國內(nèi)唯一掌握半導(dǎo)體級光刻膠引發(fā)劑技術(shù)的頭部企業(yè)，HABI系列雙咪唑類光引發(fā)劑獲得65%的全球市場份額，PBG肟酯類光引發(fā)劑成功獲得全球45%市場份額；在靶材領(lǐng)域，常州蘇晶電子主要產(chǎn)品是高純度金屬靶材、合金靶材、金屬氧化物靶材、薄膜太陽能等，亞芯半導(dǎo)體主要生產(chǎn)集成電路高品質(zhì)超高純鎢、鉭等難熔金屬靶材、石英連熔爐等；在化合物襯底領(lǐng)域，集中了恒嘉半導(dǎo)體、索爾思(磷化銦襯底)、京晶光電(藍(lán)寶石)等企業(yè)；在掩膜版領(lǐng)域，常州高光半導(dǎo)體材料是一家專門從事AMOLED金屬掩膜版研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)，預(yù)計可實現(xiàn)年產(chǎn)2 400件金屬掩膜版，江蘇樂萌主要研發(fā)OLED金屬掩膜版產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)，實現(xiàn)MaskFrame的量產(chǎn)。

2.3 光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)

常州集聚了23家上下游企業(yè)，已經(jīng)基本形成從襯底材料、外延片生長、有機(jī)電子核心材料、芯片制備到器件封裝、應(yīng)用等各環(huán)節(jié)較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈接。

在藍(lán)寶石襯墊方面，京晶光電已實現(xiàn)月產(chǎn)10萬片LED高亮度人造藍(lán)寶石4英寸晶圓；在金屬掩膜版方面，江蘇樂萌已實現(xiàn)MaskFrame(掩膜版框架)量產(chǎn)1 000張/年；在有機(jī)電子材料方面，強(qiáng)昱光電建成萬級OLED無塵生產(chǎn)車間千余平方米；在液晶顯示LCD領(lǐng)域，欣盛半導(dǎo)體自主研發(fā)的“COF-IC超微電路驅(qū)動芯片”是LCD/OLED顯示屏的關(guān)心核心芯片之一；在OLED領(lǐng)域，湖畔光電與美國KOPIN、日本松下聯(lián)合研發(fā)出全球首款1.3英寸2.6K OLED微型顯示器；在外延片方面，晶品光電是臺灣晶元光電首次將外延片高新技術(shù)轉(zhuǎn)移到大陸區(qū)域。

2.4 化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)

常州在砷化鎵、磷化銦、氮化鎵和碳化硅等主要高端化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域都有布局，優(yōu)勢明顯處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。常州市有8家企業(yè)涉及碳化硅電力電子器件的設(shè)計、封裝測試，具有很大發(fā)展空間。

常州縱慧擁有芯光砷化鎵外延片、VCSEL芯片項目；常州承芯半導(dǎo)體擁有砷化鎵晶圓代工項目；江蘇索爾思通信則基于2寸和3寸磷化銦襯底，從外延生長-蝕刻、電極制造-光刻-光學(xué)鍍膜-芯片封裝共擁有250多道工序，是國內(nèi)第一家高速率激光器芯片生產(chǎn)線。

2.5 集成電路裝備產(chǎn)業(yè)

常州市在集成電路裝備制造產(chǎn)業(yè)具備一定的基礎(chǔ)，主要集中在長晶設(shè)備、沉積設(shè)備、晶圓清洗設(shè)備、晶圓檢測設(shè)備、點膠焊機(jī)器人等領(lǐng)域，基本涉及IC制造流程中除光刻機(jī)、離子注入機(jī)、拋光機(jī)外的大部分設(shè)備。

在清洗設(shè)備領(lǐng)域，捷佳創(chuàng)的產(chǎn)品涵蓋晶體硅電池生產(chǎn)設(shè)備、硅片加工設(shè)備、多晶硅提純輔助設(shè)備等，瑞擇微自主研發(fā)的“130納米級光掩模清洗設(shè)備”打破了國外壟斷；在檢測設(shè)備領(lǐng)域，維普光電的檢測產(chǎn)品是涵蓋先進(jìn)光學(xué)、精密運動控制、軟件、電子、GPU海量數(shù)據(jù)處理和精密機(jī)械結(jié)構(gòu)的綜合高端裝備；在長晶設(shè)備領(lǐng)域，昀豐半導(dǎo)體是國內(nèi)唯一一家擁有藍(lán)寶石生長技術(shù)、大尺寸藍(lán)寶石長晶設(shè)備研發(fā)制造、產(chǎn)品終端應(yīng)用全產(chǎn)業(yè)鏈整合能力的制造商。

3 常州市集成電路產(chǎn)業(yè)問題研究

3.1 缺乏“核芯”產(chǎn)品

納米技術(shù)、半導(dǎo)體制造是集成電路產(chǎn)業(yè)的核心，常州市集成電路產(chǎn)業(yè)“缺芯少魂”。臺積電早已實現(xiàn)了5 nm硅基芯片的量產(chǎn)，常州還是空白，僅僅在集成電路設(shè)計業(yè)、化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、集成電路裝備以及集成電路材料等細(xì)分市場還有一定競爭力。

3.2 重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求瓶頸

常州集成電路產(chǎn)業(yè)無法生產(chǎn)出精確、安全、可靠，以及高功率的產(chǎn)品，導(dǎo)致本地十大重點產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)和價值鏈高端缺位。例如，常州工程機(jī)械中的登高車，安全性要求很高，國內(nèi)芯片技術(shù)無法滿足，只能依賴進(jìn)口；又如疫情防控期間，由于沒有成熟的芯片控制，機(jī)電一體化控制不好，常州的口罩機(jī)、熔噴布機(jī)供不應(yīng)求，而且產(chǎn)品質(zhì)量問題嚴(yán)重；軌道交通、智能制造和光電產(chǎn)業(yè)等都缺少芯片。

3.3 特色產(chǎn)業(yè)鏈薄弱

在芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)，由于周邊城市已經(jīng)形成一定規(guī)模的集聚，導(dǎo)致可流入常州的潛在資源匱乏，高端處理器芯片和存儲芯片的設(shè)計能力、制程工藝、封測技術(shù)等方面還處于追趕狀態(tài)；在化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)常州雖然具有一定的優(yōu)勢，在細(xì)分領(lǐng)域存在“單打冠軍”，但產(chǎn)業(yè)比較分散，還未形成比較完整的IDM模式；在光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，核心企業(yè)的優(yōu)勢不明顯，尤其是在新型顯示產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，重點不突出；在集成電路裝備材料等方面，關(guān)鍵裝備和核心部件技術(shù)落后，進(jìn)口的依賴度過高，短板問題突顯[4]。

3.4 和需求產(chǎn)業(yè)結(jié)合度低

常州雖然在集成電路設(shè)計業(yè)、化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、集成電路裝備業(yè)、集成電路材料上比較強(qiáng)勢，但和本地的十大產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展結(jié)合度不高，無法形成集聚效應(yīng)。在對十大產(chǎn)業(yè)鏈重點企業(yè)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)廠商經(jīng)常抱怨其產(chǎn)品所需要的芯片無法在本地采購，部分高端芯片依賴進(jìn)口，即使本地有也因無法大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)而導(dǎo)致產(chǎn)能不足。

3.5 資金和人才短缺

集成電路產(chǎn)業(yè)投資高、研發(fā)長、見效慢、風(fēng)險大，社會資本不愿涉足。走訪的多個企業(yè)都反映：一是融資困難，即使有了好的技術(shù)突破也難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，無法快速實現(xiàn)成效；二是核心人才的匱乏，常州既沒有具有吸引力的產(chǎn)業(yè)規(guī)模也沒有“985”“211”“雙一流”的高校院所，人才引育困難。

4 常州市集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展路徑建議

4.1 基礎(chǔ)性研究提前布局

根據(jù)摩爾定律，芯片每隔兩年性能會翻一倍，但1 nm的工藝將可能是其極限難關(guān)。2020年10月，中科院上海微系統(tǒng)團(tuán)隊公布了一種新型芯片材料：碳基晶圓(石墨烯晶圓)[5]，無論是功耗還是性能，同級別的碳基芯片完美超越硅基芯片。常州石墨烯產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢明顯，建議提前布局碳基芯片。但常州集成電路基礎(chǔ)性研究薄弱，缺乏超一流的高校和科研院所，建議和中科院等各大有實力的科研機(jī)構(gòu)合作，提供常州的自身資源，實現(xiàn)共贏。

4.2 加強(qiáng)“卡脖子”技術(shù)項目建設(shè)

建議政府部門針對常州市十大產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展瓶頸，研究“卡脖子”的要害，鼓勵集成電路企業(yè)建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新平臺，打造集成電路制造業(yè)創(chuàng)新中心，集中突破關(guān)鍵工藝技術(shù)、重點產(chǎn)品和行業(yè)應(yīng)用等瓶頸制約，提升核心競爭力。

項目是產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的保障[6]。一方面，要跟蹤服務(wù)現(xiàn)有項目，力爭項目快投產(chǎn)、早產(chǎn)效，例如對常州市生態(tài)體系有重要意義的砷化鎵、磷化銦、碳化硅、氮化鎵芯片及功率模塊項目；另一方面，優(yōu)化營商環(huán)境，對于沒有能力建設(shè)的項目，瞄準(zhǔn)主流廠商，吸引國內(nèi)外集成電路企業(yè)來常建設(shè)，共同發(fā)展。

4.3 資金和人才資源“創(chuàng)新”探索

巨額研發(fā)資金投入和高端人才需求是集成電路產(chǎn)業(yè)的兩大核心要素，常州可以學(xué)習(xí)日本六大財團(tuán)合作模式。常州缺乏國際性寡頭企業(yè)，但是民間資本充裕，產(chǎn)業(yè)鏈較完整。針對不同產(chǎn)業(yè)對集成電路產(chǎn)品的需求進(jìn)行互相融資，引入和扶持集成電路企業(yè)，互相派遣人才協(xié)同發(fā)展，既解決了需求問題又確保產(chǎn)品質(zhì)量。

在人才方面，常州市可依托科教城等產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺，加強(qiáng)與高校院所聯(lián)系，引進(jìn)高層次人才；與西電科合作在常州大學(xué)設(shè)立微電子學(xué)院，培養(yǎng)本地產(chǎn)業(yè)人才。

4.4 集成電路設(shè)計業(yè)和封裝測試業(yè)做大做強(qiáng)

芯片設(shè)計是集成電路的靈魂[7]。建議以芯片設(shè)計為突破口和主要抓手，加大對常州優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)的芯片開發(fā)力度，實現(xiàn)關(guān)鍵功率器件制造自主可控；鼓勵發(fā)展面向人工智能應(yīng)用的圖形處理器芯片、現(xiàn)場可編程門陣列、專用集成電路等專用芯片以及基于RISC-V指令集架構(gòu)的處理器芯片，形成產(chǎn)品。

4.5 化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展

常州應(yīng)抓緊第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)遇，堅持全面系統(tǒng)布局與重點環(huán)節(jié)突破結(jié)合的原則，布局氮化鎵、碳化硅芯片，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，研制關(guān)鍵應(yīng)用產(chǎn)品，提升整體競爭能力。重點發(fā)展面向新型顯示、汽車電子、5G通訊、軌道交通等應(yīng)用領(lǐng)域的化合物半導(dǎo)體芯片，打造光電子、光通訊、電力電子器件、功率模塊、快充系統(tǒng)等產(chǎn)業(yè)工業(yè)園，形成化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基地。

4.6 新型顯示產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展

新型顯示產(chǎn)業(yè)在常州市集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占據(jù)重要地位[8]。一方面，優(yōu)先發(fā)展精細(xì)金屬掩膜版，依托江蘇樂萌、高光半導(dǎo)體實現(xiàn)精細(xì)金屬掩膜版規(guī)范化生產(chǎn)，打破國外壟斷；另一方面，大力發(fā)展OLED設(shè)備，在推動本土設(shè)備廠商涉足OLED領(lǐng)域的設(shè)備研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化同時，引進(jìn)蒸鍍設(shè)備制造商，進(jìn)一步確保OLED技術(shù)研發(fā)和制造的領(lǐng)先地位[9]。

5 結(jié)論

常州的集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，基礎(chǔ)薄弱，但有旺盛的市場需求，必須圍繞十大重點產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展需求，創(chuàng)新資本運作和人才引進(jìn)的模式，大力發(fā)展集成電路設(shè)計業(yè)、化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、集成電路裝備產(chǎn)業(yè)和材料產(chǎn)業(yè)，依據(jù)用戶需求和市場應(yīng)用建立包括芯片設(shè)計、芯片制造、芯片封裝的完整產(chǎn)業(yè)鏈，打造完整的產(chǎn)業(yè)集群。