新時(shí)代 新征程 新偉業(yè)丨 打破技術(shù)壟斷 國產(chǎn)高頻濾波器即將在新鄉(xiāng)量產(chǎn)
更新時(shí)間：2023-7-18 11:44:33 來源：大河網(wǎng)-河南日?qǐng)?bào)
時(shí)政要聞
“濾波器是移動(dòng)通信射頻前端的核心部件之一，主要應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，其中手機(jī)占據(jù)著約70%的需求。我們以很低的成本，實(shí)現(xiàn)了高頻濾波器的國產(chǎn)化，在打破國外壟斷的同時(shí)，有望推動(dòng)濾波器芯片價(jià)格大幅下降。”
河南日?qǐng)?bào)記者 趙振杰 河南日?qǐng)?bào)社全媒體記者 袁楠 通訊員 劉陽 林子俊
全球高頻濾波器領(lǐng)域迎來“中國玩家”，“中國智造”故事又多了一位“續(xù)寫者”。
“我們以很低的成本，實(shí)現(xiàn)了高頻濾波器的國產(chǎn)化，在打破國外壟斷的同時(shí)，有望推動(dòng)濾波器芯片價(jià)格大幅下降。”7月15日，在新鄉(xiāng)經(jīng)開區(qū)，河南科之誠第三代半導(dǎo)體碳基芯片有限公司負(fù)責(zé)人謝波瑋說，由該公司研發(fā)的金剛石基2GHz-10GHz高頻射頻濾波器已經(jīng)完成核心技術(shù)攻關(guān)，即將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
全新技術(shù)路線
國產(chǎn)高頻濾波器從無到有
濾波器是移動(dòng)通信射頻前端的核心部件之一，主要應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，其中手機(jī)占據(jù)著約70%的需求。
濾波器有什么用？
“好比身處一個(gè)嘈雜的菜市場(chǎng)內(nèi)，我只想聽到你說的話，就需要過濾掉其他雜音，這就是濾波器的作用。”謝波瑋解釋說。
據(jù)介紹，我國每年大約需要200億顆濾波器芯片，其中低頻濾波器90%以上從國外進(jìn)口，價(jià)格更高的高頻濾波器更是無法自主生產(chǎn)。
“之所以會(huì)這樣，主要源于材料和專利的限制。”謝波瑋說，一方面，國內(nèi)目前無法大規(guī)模生產(chǎn)制造濾波器芯片的材料——高品質(zhì)電子級(jí)鈮酸鋰、鉭酸鋰單晶；另一方面，國外長期的發(fā)展已經(jīng)形成了明確的專利壁壘。
也就是說，高頻濾波器要真正實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)，必須在芯片基礎(chǔ)材料和技術(shù)專利上雙雙取得突破。
科之誠公司與中國科學(xué)院電工研究所經(jīng)過8年的聯(lián)合攻關(guān)，在基礎(chǔ)材料領(lǐng)域提出了“金剛石+氮化鋁”的材料體系，在電路設(shè)計(jì)方面全新設(shè)計(jì)了“螺旋結(jié)構(gòu)的IDT換能電路”，最終推出了高頻金剛石基射頻濾波器產(chǎn)品，繞過了傳統(tǒng)技術(shù)路線的專利限制，打破了國外在高頻濾波器領(lǐng)域的壟斷，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。
今年年初，該項(xiàng)目從全國2800多個(gè)技術(shù)項(xiàng)目中脫穎而出，獲得了由科技部主辦的2022年全國顛覆性技術(shù)創(chuàng)新大賽總決賽最高獎(jiǎng)——優(yōu)勝獎(jiǎng)，并被推薦進(jìn)入科技部顛覆性技術(shù)備選庫。
從1000元到1毛錢
產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵在成本
“我們這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新最大的亮點(diǎn)是通過材料創(chuàng)新，以更低成本的工藝實(shí)現(xiàn)了高頻性能，可謂是物美價(jià)廉。”謝波瑋說。
事實(shí)上，用金剛石晶片制造濾波器芯片早有前人嘗試，雖然產(chǎn)品性能非常好，但單顆芯片成本在1000元以上，只在軍工等特殊領(lǐng)域應(yīng)用，無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
科之誠公司的思路是，不完全采用金剛石作為基礎(chǔ)材料，而是依然以硅基晶圓片為支撐層，讓金剛石以薄膜的形式“生長”在上面，作為功能層再進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。
在實(shí)際攻關(guān)中，該公司突破了“大面積、高平整度金剛石薄膜沉積”“氮化鋁多元素共摻雜、高平整度C軸擇優(yōu)取向薄膜”等技術(shù)難點(diǎn)，成功將一塊芯片的金剛石使用成本從1000元降到了0.1元。
目前，科之誠公司已申請(qǐng)了多項(xiàng)專利，掌握了2英寸至6英寸硅基金剛石薄膜制備工藝、2英寸至6英寸取向壓電薄膜制備工藝，以及金剛石基射頻濾波器芯片的設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體工藝、封裝、檢測(cè)技術(shù)，并完成全工藝流片驗(yàn)證，將高頻濾波器芯片的總體成本控制在0.6元左右，形成了巨大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
高端成果為何落戶河南
一項(xiàng)國際前沿的技術(shù)成果，為何最終選擇落戶河南、在新鄉(xiāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化？
“剛剛我們提到的1000元，其實(shí)還是采用‘電子級(jí)人造金剛石晶片’生產(chǎn)芯片的成本，如果是天然鉆石，每一顆芯片的成本可能要高達(dá)上萬元。”謝波瑋的這句話，道出了其中玄機(jī)。
世界超硬材料看中國，中國超硬材料看河南。我省超硬材料產(chǎn)量占全球的70%以上，人造金剛石產(chǎn)量占全國的80%，得天獨(dú)厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和政策支持，成了科之誠公司落戶新鄉(xiāng)的主要原因。同時(shí)，新鄉(xiāng)經(jīng)開區(qū)在用地、融資等方面同樣給予了大量幫助。
業(yè)內(nèi)專家評(píng)價(jià)，科之誠公司的這項(xiàng)技術(shù)將拓展金剛石在新領(lǐng)域的應(yīng)用，進(jìn)一步鞏固河南在人造金剛石領(lǐng)域的引領(lǐng)地位，未來有望在國內(nèi)打造一個(gè)產(chǎn)值數(shù)百億元的涵蓋金剛石基多層膜晶圓、濾波器芯片制造、封裝測(cè)試的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集群。
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“濾波器是移動(dòng)通信射頻前端的核心部件之一，主要應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，其中手機(jī)占據(jù)著約70%的需求。我們以很低的成本，實(shí)現(xiàn)了高頻濾波器的國產(chǎn)化，在打破國外壟斷的同時(shí)，有望推動(dòng)濾波器芯片價(jià)格大幅下降。”
河南日?qǐng)?bào)記者 趙振杰 河南日?qǐng)?bào)社全媒體記者 袁楠 通訊員 劉陽 林子俊
全球高頻濾波器領(lǐng)域迎來“中國玩家”，“中國智造”故事又多了一位“續(xù)寫者”。
“我們以很低的成本，實(shí)現(xiàn)了高頻濾波器的國產(chǎn)化，在打破國外壟斷的同時(shí)，有望推動(dòng)濾波器芯片價(jià)格大幅下降。”7月15日，在新鄉(xiāng)經(jīng)開區(qū)，河南科之誠第三代半導(dǎo)體碳基芯片有限公司負(fù)責(zé)人謝波瑋說，由該公司研發(fā)的金剛石基2GHz-10GHz高頻射頻濾波器已經(jīng)完成核心技術(shù)攻關(guān)，即將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
全新技術(shù)路線
國產(chǎn)高頻濾波器從無到有
濾波器是移動(dòng)通信射頻前端的核心部件之一，主要應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，其中手機(jī)占據(jù)著約70%的需求。
濾波器有什么用？
“好比身處一個(gè)嘈雜的菜市場(chǎng)內(nèi)，我只想聽到你說的話，就需要過濾掉其他雜音，這就是濾波器的作用。”謝波瑋解釋說。
據(jù)介紹，我國每年大約需要200億顆濾波器芯片，其中低頻濾波器90%以上從國外進(jìn)口，價(jià)格更高的高頻濾波器更是無法自主生產(chǎn)。
“之所以會(huì)這樣，主要源于材料和專利的限制。”謝波瑋說，一方面，國內(nèi)目前無法大規(guī)模生產(chǎn)制造濾波器芯片的材料——高品質(zhì)電子級(jí)鈮酸鋰、鉭酸鋰單晶；另一方面，國外長期的發(fā)展已經(jīng)形成了明確的專利壁壘。
也就是說，高頻濾波器要真正實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)，必須在芯片基礎(chǔ)材料和技術(shù)專利上雙雙取得突破。
科之誠公司與中國科學(xué)院電工研究所經(jīng)過8年的聯(lián)合攻關(guān)，在基礎(chǔ)材料領(lǐng)域提出了“金剛石+氮化鋁”的材料體系，在電路設(shè)計(jì)方面全新設(shè)計(jì)了“螺旋結(jié)構(gòu)的IDT換能電路”，最終推出了高頻金剛石基射頻濾波器產(chǎn)品，繞過了傳統(tǒng)技術(shù)路線的專利限制，打破了國外在高頻濾波器領(lǐng)域的壟斷，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。
今年年初，該項(xiàng)目從全國2800多個(gè)技術(shù)項(xiàng)目中脫穎而出，獲得了由科技部主辦的2022年全國顛覆性技術(shù)創(chuàng)新大賽總決賽最高獎(jiǎng)——優(yōu)勝獎(jiǎng)，并被推薦進(jìn)入科技部顛覆性技術(shù)備選庫。
從1000元到1毛錢
產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵在成本
“我們這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新最大的亮點(diǎn)是通過材料創(chuàng)新，以更低成本的工藝實(shí)現(xiàn)了高頻性能，可謂是物美價(jià)廉。”謝波瑋說。
事實(shí)上，用金剛石晶片制造濾波器芯片早有前人嘗試，雖然產(chǎn)品性能非常好，但單顆芯片成本在1000元以上，只在軍工等特殊領(lǐng)域應(yīng)用，無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
科之誠公司的思路是，不完全采用金剛石作為基礎(chǔ)材料，而是依然以硅基晶圓片為支撐層，讓金剛石以薄膜的形式“生長”在上面，作為功能層再進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。
在實(shí)際攻關(guān)中，該公司突破了“大面積、高平整度金剛石薄膜沉積”“氮化鋁多元素共摻雜、高平整度C軸擇優(yōu)取向薄膜”等技術(shù)難點(diǎn)，成功將一塊芯片的金剛石使用成本從1000元降到了0.1元。
目前，科之誠公司已申請(qǐng)了多項(xiàng)專利，掌握了2英寸至6英寸硅基金剛石薄膜制備工藝、2英寸至6英寸取向壓電薄膜制備工藝，以及金剛石基射頻濾波器芯片的設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體工藝、封裝、檢測(cè)技術(shù)，并完成全工藝流片驗(yàn)證，將高頻濾波器芯片的總體成本控制在0.6元左右，形成了巨大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
高端成果為何落戶河南
一項(xiàng)國際前沿的技術(shù)成果，為何最終選擇落戶河南、在新鄉(xiāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化？
“剛剛我們提到的1000元，其實(shí)還是采用‘電子級(jí)人造金剛石晶片’生產(chǎn)芯片的成本，如果是天然鉆石，每一顆芯片的成本可能要高達(dá)上萬元。”謝波瑋的這句話，道出了其中玄機(jī)。
世界超硬材料看中國，中國超硬材料看河南。我省超硬材料產(chǎn)量占全球的70%以上，人造金剛石產(chǎn)量占全國的80%，得天獨(dú)厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和政策支持，成了科之誠公司落戶新鄉(xiāng)的主要原因。同時(shí)，新鄉(xiāng)經(jīng)開區(qū)在用地、融資等方面同樣給予了大量幫助。
業(yè)內(nèi)專家評(píng)價(jià)，科之誠公司的這項(xiàng)技術(shù)將拓展金剛石在新領(lǐng)域的應(yīng)用，進(jìn)一步鞏固河南在人造金剛石領(lǐng)域的引領(lǐng)地位，未來有望在國內(nèi)打造一個(gè)產(chǎn)值數(shù)百億元的涵蓋金剛石基多層膜晶圓、濾波器芯片制造、封裝測(cè)試的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集群。
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