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打造“中国芯” 工业区布局壮大集成电路及物联网产业

作为其他各项新兴应用的基础,集成电路是一个国家实现信息化和制造业转型升级的关键。然而,在集成电路领域,中国与世界先进国家相比,仍然有一定的差距。随着物联网在各个领域的运用,传感器技术作为信息技术的基础与三大支柱之一,受到世界发达国家的高度关注和竞相追逐研究,到2030年,全球应用的传感器数量将从2013年的35亿个突飞猛进到超过100万亿个,布局物联网MEMS传感器产业已成为了中国在半导体领域弯道超车的捷径。工业区物联网产业链上,从基础原料、设计研发、工艺装备、封装测试、产业运用均有布点,实现了多点开花。

原材料摆脱进口,实现国产化。硅片是芯片的基础性材料,然而长期以来,国内硅片依赖进口。2001年,在工业区投产启用的新傲科技股份公司,作为上海微系统所孵化的企业,成为了我国唯一的SOI产业化基地,发展我国自主可控、规模化的硅材料产业,对保障我国半导体战略的健康发展、维护国家产业自主和信息具有重要意义。SOI是“绝缘衬底上的硅”的英文缩写,是通过对半导体硅材料进行“改性”,在其中“植入”一层绝缘“夹心”埋层,赋予其特殊性能的技术。这种“升级版”硅片有广泛用途。电脑、智能手机、传感器中的芯片都需要使用SOI材料。

SOI晶片厚度0.5毫米,却有着“三明治结构”:上层和底层是硅,中间层是二氧化硅。上层和中间层的厚度仅为1/10000毫米左右。更神奇的是,“三明治”的每一层都极其均匀,各点的厚薄只相差正负几纳米。上海新傲科技股份有限公司副总经理李炜博士说,“这好比从北京到上海1000多公里距离上,路面的起伏只有几厘米。”公司自主研发的120多项专利技术,特别是注氧隔离和键合技术确保了SOI硅片的国产化,是国内唯一一家、世界仅有5家,可以生产此硅片的企业。经过近几年技术突破,新傲相继实现了4—6英寸硅片、8英寸硅片的规模化生产。硅片越大,质量越难控制,难度也就越大,目前世界上的发达国家已经生产出了12英寸的硅片,每一种尺寸硅片的面世就意味着技术密集和资金密集地投入,一条生产线往往是百亿元的投入。到2020年,我国对12英寸大硅片需求量将达到每月100万片,但目前这一市场完全依赖于进口,正在建设中的新傲科技二期项目将向这一高难度的大硅片批量化生产发起冲击。

与世界接轨,弯道赶超。继手机、汽车、可穿戴设备后,物联网是传感器的下一个核心驱动力。但目前我国的传感器产品仍处于中低端区域,高端传感器依赖进口。MEMS(微机电系统)传感器是各国争相研究的高端领域,它是把微电子同微机械结合,在芯片上做出凹槽、梁架等微观机械结构,感知外界变化,电子电路则把模拟信号转化为数字信号。如果,把微电子电路比作人的大脑,微机械比作人的五官(传感器)和手脚(执行器),是一个具有微型化、集成化、多样化、批量化特点的微系统。工业区企业矽睿科技公司是国内研发设计智能运动传感器的龙头,是手机魅族的主要供应商。三轴单芯片地磁传感器、三轴单芯片陀螺仪、三轴单芯片加速度传感器都实现了国内首创,尽管如此,矽睿科技公司的资深工程师吴臻炜却显得云淡风轻,“光是国内领先没有用,传感器是一个全球竞争的市场,必须对标国际领先水平,国内真正研究智能高端传感器是从2012年开始,又落后了世界发达国家七八年。”因此公司成立之初选择的战略定位就是开展对MEMS新一代高集成度单芯片技术的自主研发,两位专家和多名海外留学回国博士领军数十名海内外管理技术专家和科学家,潜心研发,立志打破国际垄断,公司每年投入数千万元用于产品研发。2018年前,矽睿研发的陀螺仪&加速度6轴、磁&加速度6轴、磁&加速度&陀螺仪9轴组合三种集合成度更高的单芯片将面世。

产研结合,打造中试平台。在传感器的产业链条上,有一个环节缺一不可,就是中试环节。从产品的设计研发到批量生产,需要中试实验产品的性能稳定可靠。目前的一些研发公司,大多把产品送到空间距离较远的代工企业测试,专业程度欠缺,成本也较为高昂。产研结合,为企业创新搭建基础平台。由上海微技术工业研究院主导建设的8英寸MEMS研发中试线将为传感器的产业链创新提供技术支撑,它具备了惯性传感器、光传感器生物MEMS、压力和声学传感器等新型传感器的研发能力,可与生产线无缝衔接,在未来将帮助一批创新创业人才基于该中试线开展产品技术研发,并与产业孵化器、产业基金高效联动,打造具有全球影响力的物联网企业集群,以此培育出一系列产品公司,增强我国MEMS和MtM产业实力,引领可穿戴、智能家居、智慧汽车等物联网领域的大发展。8英寸MEMS研发中试线目前正在新傲二期项目中建设,已基本完成基础设施,有望在明年投入使用。

产业运用,方兴未艾。传感器技术的突飞猛进,也催生了其产业运用蓬勃发展。在工业区已经聚集了禾赛科技、家联网、爱盛生物、创帛智能等十多家这样的下游产业,涉及气体监测、农业生产、智慧家居、医疗诊断等领域。家庭和爆炸现场危险气体的种类和浓度如何实现精确安全便捷的监测?起源于美国硅谷的禾赛科技以在斯坦福大学高温气体动力实验室近半个世纪的技术积累的基础上,集聚1名专家和7名拥有博士学位的光电领域专家开发出了基于激光的高性能传感器,其原理就是当一束光穿过气体时,部分光会被气体吸收,通过对气体吸收后的光进行光谱分析,可以准确得出被测气体的各项指标。2015年,禾赛科技还基于传感技术完成了手持式甲烷遥测仪的开发,检测灵敏度优于美国汉斯、日本东京燃气和德国西门子的同类产品。2016年1月,禾赛开发了世界首套全自动飞行四旋翼无人机甲烷遥测系统,这套系统五组视觉超声波组合传感器,辅以视觉算法,可自行在空中定位,方便检测高楼居民家里的天然气浓度。

传感器技术也让太空洁净培育蔬菜的模式变成可能。位于嘉定工业区的爱盛生物科技致力于生产高科技智能室内农业专业设备和洁净蔬菜,公司自主研发的气体传感器、水传感器、温度传感器和光传感器,以及各种算法和系统软件,能够自动调控湿度光照温度,一键培育蔬菜,为上海在室内农业、生态农业、健康农业领域抢占科技高地提供了强力支持。上海家联网络自主研发的iComhome智慧家居产品系列,率先采用“端+云+端”的体系架构,被万科、绿地、远洋、等著名房地产企业采用。