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又一半导体核心设备成功突围,国产高端温控器破解卡脖子难题
集微网报道 时下,半导体产业已经成为全球主要国家竞相争夺的战略高地。由于起步较晚,我国半导体产业发展中还有不少短板,尤其是在上游的设备领域,部分高端设备、设备中的核心器件仍高度依赖国外品牌。


习近平总书记强调:“要加快科技自立自强步伐,解决外国‘卡脖子’问题。”对于半导体设备领域,提升国产化率推进自主可控势在必行。

集微网了解到,前不久,国内某光伏设备头部供应商解决了一项关键卡脖子环节——半导体设备专用串级温控器,产品成功通过国内光伏龙头企业的产线验证,不仅实现国产替代,而且在光伏良率的提升上优于国外品牌产品,在国家科技成果鉴定中被行业专家评定为国际先进。

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据悉,该串级温控器由在温控领域深耕超过30年的国内厂商厦门宇电自动化科技有限公司(以下简称:宇电)自主研制。此次半导体设备专用国产串级温控器的成功推出,填补了过去多年在这一领域的国内空白。随着在光伏制造产线的成功导入,该产品接下来将向微电子等更广泛的半导体制造领域扩展,推进上游半导体设备的仪表国产替代。

替代国外品牌,国产温控器实现光伏半导体领域突破

温控器,顾名思义,就是测量并调控温度的设备。它通过读取温度传感器的测量数值,并通过计算机程序执行复杂智能的控制算法,利用连接的执行器件精确调节加热器等负载的温度。是工业生产、自动化产线上必不可少的核心配件。

而与普通PID温控器不同,半导体生产设备中许多环节,比如扩散、氧化、刻蚀、PECVD等过程使用的串级温控器需要高端复杂调节算法,以此来应对半导体设备中温度控制滞后较大且扰动多等问题。作为温控器应用的高端市场,半导体制造领域对温控器的产品精度、可靠性、抗干扰性和稳定性要求均非常苛刻。

一位光伏制造业内人士指出,生产晶体硅太阳能电池的产线上,温度控制更是堪比灵魂。比如扩散炉需要将炉内温度按照一定升温速率加热到700℃-1040℃左右,并且要快速将温度波动稳定在±0.5℃内,这对控温的精准度、可靠性和稳定性有极致的苛刻要求,温度一旦发生偏差,产品性能就会大打折扣甚至报废。

超高的技术门槛使得能进入半导体领域的串级温控器厂商屈指可数,以往只有日本AZBIL、英国PMA和美国WATLOW旗下EUROTHERM等少数品牌可以满足要求。而宇电新推出的AI-8半导体设备专用串级温控器去年成功进入光伏制造领域,成为目前唯一一家产品通过光伏半导体市场验证的国产温控器企业。

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作为中国智能调节器和温控器龙头企业,宇电拥有两座建筑面积分别为1万平方米和5万平方米的现代化工业厂房,年产各种型号智能温控仪表160万台,广泛应用在热处理、电炉、新能源、化工、半导体设备、晶体生长、超导材料及精密实验设备等上百个行业领域。例如,央视《大国重器》中介绍的三一重工生产1800兆帕高强钢,加热炉的温度控制就采用了宇电仪表。

去年3月开始,在疫情及芯片涨价等因素影响下,供应链受阻,许多进口温控器不仅纷纷宣布涨价,同时还限量供应,下游企业面临断货停产危机。作为负责任的国产温控器龙头企业,宇电管理层决定宁愿高价购买市场芯片也要维持国内温控器供应链的稳定,在市场出现部分客户试图“囤货”宇电产品时,宇电及时在官网承诺不涨价和不断货,这一举动不仅有效阻止了部分囤货行为,使得宇电顺利实现给所有客户确保供货且不涨价的目标,也大幅提升了客户对宇电的信任。

在芯片缺货的大背景下,半导体设备所需的串级温控器也同样受到影响,仅有的几家进口仪表供应商均无法及时交货。对此国内某光伏设备龙头企业找到宇电,希望能和宇电合作在最短的时间内解决串级温度控制技术问题。在获得客户需求后,宇电研发部门上下全力以赴,夜以继日加班工作,在短短一个多月内就研发出了全新的串级温度控制仪表供客户测试,其后二个月顺利完成客户厂内及生产现场的各项测试,并在客户下单后快速完成批量供货,最终成功批量应用到生产现场,解决了客户因温控器缺货而可能导致停产的危机。

从宇电官网得知,AI-8半导体设备专用温控器具有高精度、低温漂且高效节能的突出优势,采用了宇电新一代高性能24位定制A/D芯片,基于AI人工智能技术的PID算法,具有0.05-0.2级多种测量精度可选,抗干扰性强,可靠性高。而相对进口串级温控器来说,宇电自主研发的AI智能自动定标技术让串级仪表的调试工作和普通单回路PID仪表的一样简单,遇到复杂控制对象也能轻松应对,从而在控制算法上实现了对进口串级温控器的超越。

客户将宇电仪表和国外品牌仪表一同用到终端客户的设备上进行测试,和国外品牌进行全方位对比。结果显示,使用宇电仪表的设备调试更方便,控温更稳定,而且生产的光伏产品良率也好于进口品牌。至此,宇电完全解决了客户核心设备之一串级温控器的断供问题,并填补了国产高端仪表在半导体行业应用的空白。

不仅仅是便宜,在性能上也实现对进口产品的全面超越

由于过去多年以来国产品牌缺席高端市场的原因,行业普遍有一种固有认识“国产产品优势主要是便宜,上档次还是要用进口产品”,而且,随着2023年芯片荒结束,进口温控器恢复正常供应,设备企业又开始在其新产品中重新恢复使用进口温控器产品。

值得注意的是,光伏行业是一个快速迭代的行业,2023年起光伏设备纷纷升级到TOPCon等新工艺。已经批量使用宇电产品的某光伏龙头企业,在其新产品中又恢复使用AZBIL等进口温控器。然而始料未及的是,这批装配进口温控器的新设备虽然在设备厂内调试正常,但到终端现场后,由于生产工艺环境改变,使用进口温控器的生产线出现了严重的温度控制误差等问题,导致产品迟迟无法顺利生产,进口温控器的技术人员调试半个多月仍无法解决问题,最终以客户自身设备存在问题为由扔下客户走人。

由于进口串级温控器无法适应新的光伏工艺设备,导致终端客户每天的损失高达数百万元。此时,宇电再次承担起了为客户救火的任务,负责售后服务的技术专家全体动员,前往各个终端客户现场,在短时间内完成了现场串级温控器更换和调试任务,成功使客户设备顺利生产。特别地,客户发往泰国的设备采用了全新的4路SSR输出方式,这款产品以往宇电还没有正式生产过,在获得客户要求后,宇电研发部门结合生产部门,仅仅用了不到一周时间就完成了特殊新产品定制研发到批量生产及老化过程,并直接安排人员带上产品前往泰国更换进口温控器及进行调试,最终顺利调试成功让客户设备及时投入生产。与进口温控器品牌的怠慢和拉跨相比,宇电无疑在温控器这一细分领域创造了中国速度的奇迹,也赢得了终端客户的最终信赖。

半导体制造是一个特别重资产的环节,其中,设备的投入占比巨大。以建设一个投资超百亿元的12英寸晶圆厂为例,其中约70%的投入资金都是用来购买设备。根据SEMI统计,2022年全球半导体设备销售额达到1076亿美元,再创新高。其中,按区域划分,中国大陆达到283亿美元,占比28.27%,已连续3年成为全球最大半导体设备市场。但与全球最大半导体设备市场不匹配的是,我国在半导体设备供应上,力量仍较薄弱,高端设备仪器主要依赖国外进口,因此,关键设备国产化和避免卡脖子不仅是国家的国策,也是企业稳定供应链和提升竞争力必不可少的条件。

据悉,在光伏制造领域应用的温控器型号还不是宇电最高端的产品,他们已推出了面向要求更苛刻的微电子、集成电路制造领域的更高性能的温控器型号产品,目前正与多家半导体设备供应商进行洽谈合作,让我们期待半导体设备国产化有更令人惊喜的表现。
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