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北京芯歷程

2020-01-10 13:14:36 來源:來源:芯思想 作者:趙元闖
今天談的是北京市。北京市簡稱“京”,是中華人民共和國首都、也是中國4個直轄市之一,是世界著名古都和現代化國際城市。公元前11世紀中期,武王克商,分封諸侯,史載“封帝堯之后于薊”、“封召公奭于燕”,從此,北京的歷史邁入“方國都邑”的階段。公元1403年(明永樂元年),明成祖朱棣永樂皇帝取得皇位后,將他做燕王時的封地北平府改為順天府,建北京城,這是正式命名為北京的開始,至今已有600多年的歷史。

 

北京是我國政治、經濟、文化中心,歷來重視集成電路產業發展。自2000年國務院18號文頒布以來,北京市集成電路產業進入了快速發展階段,從2000年到2019年,北京集成電路產業銷售收入從不足5億元增長到1000億元,排名全國第三,復合年均增長率達到30%;其中集成電路設計產業銷售收入從不足2億元增長到600億,集成電路設計公司數量從2000年的23家增加到130多家。北京集成電路產業經過十多年的發展,初步建立起產業鏈相對完備的產業格局,并呈現出制造帶動、設計引領、裝備材料穩步成長的態勢,產業規模和技術水平一直在全國均占據著舉足輕重的地位,已成為支撐我國集成電路產業創新發展的重要支柱力量。

 

北京是中國半導體產業的搖籃,在中國集成電路產業發展史上創造了無數的第一:1956年研制成功第一支晶體管、1958年成立第一個半導體器件生產廠109廠、1975年試制成功第一塊1K DRAM、1986年成立第一家設計公司北京集成電路設計中心、1993年開發成功第一套自主知識產權的CAD系統、2004年中芯國際第一條12英寸晶圓制造線投產、2004年大唐首顆通信SoC芯片COMIP研發成功、2005年中星微成為第一家登陸納斯達克的中國集成電路設計公司、中芯國際首顆65/45/28納米產品成功量產。

 

2017年12月,北京市發布《北京市加快科技創新發展集成電路產業的指導意見》提出“優化產業布局。促進集成電路產業集中集約發展,支持在海淀區重點布局集成電路設計業和創新創業平臺,在北京經濟技術開發區重點布局工藝與制造創新平臺以及集成電路制造業、裝備業、先進封裝制造業、特色集成電路設計業,在順義區重點布局第三代半導體產業。支持集成電路材料產業和一般封裝制造業在河北省發展,形成京津冀優勢互補、共同發展格局。”

 

《指導意見》也提出“發揮本市集成電路先進制造工藝領先優勢,支持制造企業知識產權庫建設,提高對國內設計企業的服務能力。推進12英寸晶圓產線產能規模提升,加快先進、特色工藝平臺建設,努力滿足本地設計企業代工需求。支持8英寸晶圓產線、8英寸微機電系統(MEMS)產線及第二、三代半導體產線建設。堅持市場需求與技術開發相結合,推動存儲器、圖像傳感器等細分領域特色工藝研發與產業化,支持細分領域垂直整合制造(IDM)項目建設。”

 

下面就讓我們一起了解北京芯歷程。

 

一、109廠:中國“芯”起步

 

1949年10月1日,中華人民共和國成立。建國初期,經濟基礎極為薄弱,可謂一窮二白,百廢待興。同年11月,巴黎統籌委員會(Coordinating Committee for Export to Communist Countries,輸出管制統籌委員會)成立,主要是限制成員國向社會主義國家出口戰略物資和高技術,列入禁運清單的有軍事武器裝備、尖端技術產品和稀有物資等三大類上萬種產品。新中國的半導體事業從一開始就面臨重重困難。

 

1950年代,王守武、黃昆、謝希德、成眾志、高鼎三、吳錫九、林蘭英、黃敞等大批半導體學者從海外學成回國,加入新中國半導體建設浪潮。

 

1956年在中國現代科學技術發展史上是具有里程碑意義的一年。黨中央發出了“向科學進軍”的偉大號召。根據國外發展電子器件的進程,提出了中國也要研究半導體科學,把半導體、計算機、自動化和電子學這四個在國際上發展迅速而國內急需發展的高新技術列為四大緊急措施。同年,為了落實發展半導體規劃,中國科學院物理研究所首先舉辦了半導體器件短期培訓班,請回國的半導體專家講授半導體理論、晶體管制造技術和半導體線路。在北京大學、復旦大學、吉林大學、廈門大學和南京大學五所大學開辦了半導體物理專業,共同培養第一批半導體人才。在“重點發展、迎頭趕上”和“以任務帶學科”的方針指引下,我國半導體事業從無到有,有了長足的進展。

 

1956年第一支晶體管在北京誕生,隨后在1958年8月,為研制高技術專用109計算機,作為高技術半導體器件和集成電路研制生產中試廠的109廠在北京建成,這是新中國的第一個半導體器件生產廠,初期主要生產鍺器件,1964年全面轉產硅器件。

 

109廠在條件極其艱苦的情況,109廠與國內各相關企業緊密合作,研制成功國內多種首臺設備。1966年與上海光學儀器廠協作,研制成功我國第一臺65型接觸式光刻機;和上海無線電22廠合作,在國內首先研制成功超聲波鋁絲壓焊機;1969年與丹東精密儀器廠協作,研制成功全自動步進重復照相機,套刻精度達3微米;1973年開發成功我國第一臺用于半導體器件生產的專用凈化設備。為我國從晶體管計算機時代進入單塊集成電路計算機時代作出重大貢獻。

 

1975年北京大學研制首顆1K DRAM,1978年109廠中國科學院半導體所研制首顆4K DRAM,1981年中國科學院半導體研究所研制首顆16K DRAM,都在109廠試制成功。

 

1986年,109廠與中國科學院半導體研究所、計算技術研究所有關研制大規模集成電路部分合并,更名為中國科學院微電子中心,2003年9月更名為中國科學院微電子研究所。

 

二、774廠換新顏

 

774廠(北京電子管廠)是在我國第一個五年計劃(1953-1957)期間由蘇聯援助建設的156項重點項目之一。“一五”期間,全國電子工業總投資5.5億元,774廠就獲得1.03億元。774廠于1954年6月開工建設,1956年7月建成,10月舉行投產典禮,是中國第一座現代化的電子元器件廠,改變了中國電子管依賴進口的局面。

 

774廠最初的籌備組隸屬于軍委總參通信兵部電信工業局,一開始規劃為軍工企業,沒有考慮民用問題,而當時國家下達計劃生產的軍事通訊用電子管數量還不到工廠產能的10%,生產吧,產品沒有銷路;不生產吧,產線極大浪費。在首任廠長的堅持下,決定生產沒有技術含量但是卻很有市場需求的收音機用電子管。

 

同時,774廠作為首個電子管廠,還有一個最重要的任務是,承擔了國家半導體晶體管建設援助任務,比如878廠(東光電工廠),比如770廠(曙光電子管廠)等。

 

774廠作為中國電子工業和國防工業的骨干企業,也曾輝煌多年,但是改革開放以后,隨著電子管技術被半導體技術取代,電子管受到很大的沖擊,這個“萬人大廠”因產品市場的萎縮而漸漸陷入危機。

 

1980年代,774廠決定從國外引進3英寸工藝設備,并于1985年成功建成了凈化車間(811車間),但是后期由于工程總體計劃改變,774廠工藝設備引進后并沒有生產配套的大規模集成電路,于是811車間成了774廠最大的虧損來源。

 

774廠于1985年由電子部下放給北京市后,就持續虧損,至1992年頻臨破產。新任的年輕廠長王東升帶領員工自籌650萬元種子基金進行股份制改造,創辦北京東方電子集團股份有限公司(2001年更名京東方),1997年6月在學嘉實現B股上市。2003年通過收購韓國HYDIS進入液晶市場,并實現了快速擴張。

 

原本消失在集成電路行業的774廠,終于在面板行業煥發了新的生機。

 

三、878廠:老將謝幕

 

為了加速發展集成電路,四機部決定建設877廠(衛光電工廠,陜西商縣,后遷至西安)、878廠(東光電工廠)、879廠(新光電工廠,四川青川,后遷至成都改名紅光)三家集成電路專業化工廠。

 

為了爭取時間,決定878廠建在北京,由774廠(北京電子管廠)抽人籌建,在北京無線電工業學校內合作建立878廠(國營東光電工廠)。1968年開始建設,到1970年建成投產,到1978年建成我國第一條2英寸生產線,1980年建成我國第一條3英寸生產線,到此國內第一家集成電路專業化工廠建成,陸續為國內軍工和各工業部門提供愈來愈多的各類集成電路。

 

當時878廠采用集成器件制造模式(IDM),麻雀雖小,五臟俱全,自行設計電路、磨片拋光、外延、制版、加工芯片,直至封裝測試,最后打印包裝,連特種材料(包括四氯化硅和硅烷)、引線框架和外殼都由自己生產。

 

878廠第一個集成電路產品是SiO2介質隔離的DTL型與非門電路,后來陸續開發生產模擬電路、TTL中速電路、抗飽和型肖特基TTL(S-TTL)高速電路、MOS電路等。

 

878廠鼎盛時期一直持續至1980年代中期。然而巔峰過后,在技術、資金等多種因素影響下,曾被業者譽為“北霸天”的878廠日漸衰落,逐步退出了集成電路舞臺。

 

四、燕東“芯”創業

 

在1985年期間,國家進行體制改革工作,電子部將170個直屬電子工廠下放給各省、直轄市,只留下為電視機配套的無錫742廠和咸陽4400廠,無錫742廠生產電視機集成電路,咸陽4400廠生產顯像管。位于北京的774廠、878廠和另外10個工廠都下放到北京市。

 

國家“七五”集成電路行業發展規劃建設南北兩個微電子基地,隨后進一步明確上海和北京建設各建一條4英寸芯片生產線。南方微電子基地的主體是上海貝嶺公司,在上海漕河涇地區新建項目,新建凈化廠房、引進全新工藝設備,總投資5000萬美元;北方微電子基地北京燕東公司,則是利用878廠已經引進的原仙童半導體的4英寸部分二手設備,以及北京市半導體器件二廠在建、而未建完的5000平方米凈化廠房的技術改造項目,總投資規模僅5000萬元人民幣。

 

北方基地籌建組為了資金可謂費盡心機,在電子部出資830萬元后,北京市財政局及其所屬投資公司和其他單位逐個承諾跟進投資燕東,并與市工商銀行商談申請貸款事項。

 

1993年年底和美國BIT公司簽訂合同,收購其一條4英寸線的完整設備,1995年安裝調試完畢,于1996年6月底通過驗收。

 

燕東公司4英寸線建設因為資金問題延續了差不多10年才建成,而同時起步的上海貝嶺公司早在1989年就建成國內第一條4英寸線投產,北京首鋼NEC建設的國內第一條6英寸線也于1995年投產。

 

為了避免和國內5大集成電路骨干企業無錫華晶、紹興華越、上海貝嶺、上海飛利浦、北京首鋼日電去競爭,燕東管理層決定主攻半導體分立器件,兼作集成電路,這一戰略決策使得燕東公司之后在國內外激烈的市場競爭中不倒而不斷前進具有長遠的意義。

 

1996年投產,經歷8年時間,2004年燕東4英寸生產線才達到20000片的規模。之后,從2005年12月開始籌劃采購6英寸設備,到2007年3月建成6英寸線開始投片,到2013年12月達到月產6英寸30000片,而且光刻和刻蝕設備已具備0.5微米的水準。

 

經過多年醞釀選擇考慮,2017年燕東公司作出重要戰略抉擇,提出“二次創業”目標:成為國內知名的高可靠器件供應商,決定就在北京建設特種工藝8英寸0.11微米芯片生產線。8英寸芯片項目得到國家大基金的全力支持。根據北京市總體規劃,新廠建在亦莊經濟技術開發區。目前新的凈化廠房已經完成,設備正在調試,預計年底投產。

 

燕東公司經過30年的艱苦歷程,從4英寸起步,經過6英寸,正向8英寸專家進;從酒仙橋起步,到亦莊新發展;既生產分立器件,又生產集成電路;既有雙極型工藝,又有CMOS工藝的IDM模式的半導體生產企業,連續多年獲得中國半導體功率器件十強企業稱號。

 

五、首鋼“芯”夢棄

 

首鋼涉足半導體事業始自1980年代末。當時首鋼無法進一步擴大鋼鐵生產規模。在政府大力發展半導體產業政策的引導下,借鑒新日鐵涉足半導體的示范作用,首鋼開始把注意力轉向集成電路制造領域。在首鋼發展以芯片為龍頭的高科技產業的背景中,曾經先后催生過支撐首鋼芯夢的兩大生產基地,一是首鋼NEC;二是華夏半導體

 

為了彌補在技術和市場資源方面的不足,首鋼選擇NEC合資成立子公司的方式進軍集成電路領域。首鋼NEC于1991年12月正式成立,其中首鋼占股60%。新成立的首鋼日電雄心勃勃,計劃從NEC公司全面引進芯片設計、生產、管理技術并購買整套生產設備和CAD、CAT和CAM系統,以實現開發、設計、生產、銷售、服務一條龍經營。

 

1994年12月,國內首條6英寸1.2微米晶圓生產線在首鋼NEC建成投產,全部采用NEC的原裝設備及技術工藝,按照日方提供的圖紙進行生產,主要生產國內最先進的最小線幅為1.2微米的6英寸4M DRAM芯片;1995年底首鋼與NEC協商決定,追加投資進行技術升級和擴產,生產技術水平由1.2微米提升到0.7微米,DRAM的技術水平由4M提升到16M。但為換取NEC的技術,首鋼占股由60%降到49%,喪失了控股權,此時的首鋼NEC成了NEC全球業務中的一顆棋子。

 

1996年首鋼NEC內部的IC設計部門開始接受國內外的IC委托設計,并于1999年開放代工產能,在代工領域上,首鋼和NEC產生了分歧。由于NEC的訂單無法滿足首鋼NEC的產能需求,NEC在代工方面產生了妥協,同意首鋼NEC對放提供代工產能。

 

2000年首鋼NEC完成6英寸0.35微米項目升級,2002年計劃將6英寸項目升級至0.25微米;并同時籌建一條8英寸生產線,但于2003年放棄。

 

首鋼NEC的6英寸生產線最終因為股東方瑞薩電子全球生產基地調整的原因,終歸關停,并將前工序機臺出售給世紀金光。

 

其實在2000年,首鋼、北京市國有資產經營公司以及美國AOS半導體公司等三家境外公司共同投資成立華夏半導體(HSMC),總投資額為13.35億美元。根據首鋼股份公告,資本金部分由首鋼系出資1.2億美元;美國AOS半導體公司提供知識產權部分,另兩家境外公司分別出資1億美元;北京市國有資產經營公司投入4500萬美元,其余部分由銀行貸款構成。

 

華夏半導體計劃2000年動工興建兩條8英寸、0.25微米的芯片生產線,2002年投產,2004年形成月投片達4.5萬片的能力。但是2001年,受互聯網泡沫破滅影響,全球半導體出現大,受此影響,美國AOS公司率先放棄華夏項目投資,致使該項目由其負責提供并承擔知識產權責任的承諾無法兌現,影響了項目的進展;緊接著另外兩家境外投資者也因為國際芯片市場低迷而撤資。期間,和新的合作伙伴的談判未能取得實質性進展,收購韓國現代DRAM生產線未能實現,華夏半導體項目陷入僵局。2004年10月26日,首鋼股份以公告的形式宣布,原擬用募集資金投資的8英寸芯片項目,由于市場變化,外方公司放棄合作投資,公司本著謹慎原則,在進行多方努力仍達不到原投資方案目標的情況下,做出終止華夏項目投資的決定,并將用于該項目的2.5億元募集資金投向“高等級機械用鋼”技術改造項目。

 

華夏半導體項目和首鋼NEC兩個8英寸項目的終止,表明首鋼對集成電路產業的“癡情”不在。

 

六、中芯北方:北京“芯”行動

 

2000年6月25日,《鼓勵軟件產業和集成電路產業發展的若干政策》(2000年18號文)正式發布,國內掀起集成電路產業發展高潮。

 

2000年10月26日至27日,在信息產業部、北京市人民政府的支持下,北京微電子國際研討會在北京港澳中心首次舉辦,至2019年已經成功舉辦了20屆。北京微電子國際研討會的成功舉辦,對促進北京微電子產業的國際合作和推動北京微電子產業發展起到了很好的作用,活動也得到全球半導體專業國際組織的大力支持和長期參與,成為北京市開展高新技術產業交流和技術合作的重要平臺之一,為北京乃至中國微電子產業的發展發揮了重要作用。

 

當年北京是中國最大的電子、通信產品研究、開發、生產基地和最大的應用市場。作為北京第一支柱產業的電子信息產業,2000年實現銷售收入500多億元。北京電子信息產業的飛速發展,為北京微電子產業提供了廣闊的市場空間。據有關數據分析,北京IC市場容量約占全國IC市場總容量的20%以上,其中60%左右是為北京地區整機產品配套的。

 

北京已初步形成從微電子技術研發、集成電路設計、芯片生產、封裝測試、集成電路應用等比較完整的產業發展鏈,形成互動發展的產業格局,發展微電子產業的綜合優勢明顯。北京IC設計實力全國第一,營收占有全國的40%。

 

2001年中芯國際首條8英寸生產線在上海投產,且正在上海建設另外兩8英寸生產線。但管理層認為12英寸是未來的代工主流,希望快速上馬12英寸生產線。導致董事會內有著不同的聲音。

 

北京錯過了8英寸生產線的建設,當然不希望再錯過12英寸生產線。于是中芯環球在北京應運而生,在北京亦莊建設12英寸生產線。

 

首座12英寸工廠(B1)于2002年9月動工建設,至2004年9月正式投產,初期為英飛凌的110納米、爾必達100納米DRAM產品提供代工服務;2007年下半年DRAM價格暴跌,于是中芯國際B1在2008年轉型邏輯代工,中國首顆90納米、65納米、45納米量產芯片都在北京B1工廠完成,自2012年第二季度首次實現盈利以來,已經持續盈利。B1廠規劃月產能5萬片,目前已經處于滿負荷生產狀態。

 

2012年,為了滿足不斷增長的市場需要,提高規模生產效益,提升技術水平,同時更好地服務于本土設計企業,為國內的半導體裝備、材料及工藝開發商提供先進的支撐平臺,中芯國際與北京市共同出資建設了中芯國際北京二期項目,也就是中芯北方項目。

 

2015年中芯北方B2A廠投產,規劃月產能3.5萬片,主要生產65納米、40納米和28納米Polysion工藝產品,B2A是國內代工廠首個實現28納米芯片量產的工廠,目前產能已經接近滿載。

 

為了加速中芯北方的產能擴張,力爭實現月產能7萬片,2015開始了B2B廠的建設,2016年引進新股東大基金,2017年引進新股東亦莊國投。B2B工廠已經于2018年順利投產,B2B廠具備28納米HKMG工藝及更高技術水平,規劃月產能3.5萬片。

 

制造技術從65納米到28納米、國產設備從初次驗證到加工晶圓產品突破一千萬片次,中芯北方創造了一個又一個奇跡。

 

七、結語

 

2014年2月,北京市政府頒布了關于《北京市進一步促進軟件產業和集成電路產業發展若干政策》的通知,通知明確闡述推進集成電路產業聚集發展,在中關村科學城建設國家級集成電路設計產業基地,在南部高技術制造業和國家級新興產業發展帶建設集成電路產業園。

經過五年多時間的發展,北京已逐漸確立“南(亦莊)制造,北(海淀)設計”的集成電路產業空間布局。

 

北京亦莊已聚集了中芯國際、中芯北方、北方華創、威訊、英飛凌、集創北方等集成電路企業,形成了包括設計、制造、裝備、材料、零部件及封裝測試等完備的集成電路產業鏈,已成為國內重要的集成電路產業基地,產業規模占到北京的1/2、全國的1/10,率先在國內建成首條12英寸集成電路晶圓生產線。由中芯國際聯合上下游合作單位共同創建的集成電路創新中心是一個開放性的、實體性的集成電路產業協作平臺,將為北京地區設計企業、科研院所提供試制平臺,為裝備和材料企業提供驗證平臺,有助于加快北京打造全國集成電路產業的技術創新中心。

 

同時,設計業在以中關村集成電路設計園(IC PARK)為核心的海淀北部形成集聚效應,吸引包括比特大陸、兆易創新、兆芯、豪威科技、北京君正、久好電子、文安智能等50多家集成電路設計企業,約創造了北京市近50%的集成電路設計產值。中關村集成電路設計園發起設立了開放性IC產業培訓平臺“中關村芯學院”,旨在落實國家集成電路產教融合要求,培養集成電路專業人才。通過芯學院可以給在職人員提供一條再提升的途徑,通過實訓課程企業員工可以擴展視野,增強實戰技能,聯通IC人才學校和企業間的最后一公里。

 

“芯”動不如行動,晚動不如早動。北京正堅定不移貫徹新發展理念,牢牢把握首都城市戰略定位,以集成電路產業“承載國家戰略、布局新興前沿、支撐轉型升級”為主線,集中資源、重點投入,實施“核心企業—關鍵領域—重點產品”突破戰略,不斷提高集成電路產業發展水平,為加快構建高精尖經濟結構提供有力支撐。

 

祝福北京集成電路產業的明天更輝煌。
 

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