大尺寸、高品质蓝宝石窗口及衬底器件的产业化项目建设可行性研究报告

1、申报日期：二申报日期：二八年一月二十日国家产业升级和结构调整专项项目项目资金申请报告项目名称：大尺寸、高品质蓝宝石窗口及衬底器件的产业化项目建设单位：哈尔滨某某光电技术有限公司建设地址：联系人：联系电话：08传真：电子邮件：项目主管部门：黑龙江省经济委员会国家产业升级和结构调整专项项目项目资金申请报告项目名称：大尺寸、高品质蓝宝石窗口及衬底器件的产业化项目建设单位：哈尔滨某某光电技术有限公司建设地址：哈尔滨市某某开发区海宾路6号联系人：某某联系电话：传真：电子邮件：m项目主管部门：黑龙江省经济委员会编制单位：司大尺寸、高品质蓝宝石窗口及衬底器件的产业化项目资金申请报告大尺寸、高品质蓝宝石窗口及

2、衬底器件的产业化项目资金申请报告 为该项目的产业化生产应用打下了坚实的基础。2.6.3项目的技术原理晶体生长的技术原理冷心放肩微量提拉法是在高真空环境下， 加热坩埚内的原料，使 之熔化，利用平衡温度场原理，采用顶部籽晶提拉方式生长晶体，与 传统的泡生法（见图1）不同的是，利用特殊控制手段，在冷心处 放肩，在保证晶体尺寸的同时，通过合理的控制能量及微量提拉获得 高质量晶体，由于在整个晶体材料的生长过程中，外部影响因素较少， 晶体品质、质量、尺寸均会得到严格的控制。原材料利用率超过97% 由于在高真空条件下实施工艺，热区材料损耗小，工艺控制简单方便， 重现性强。工艺成本低于传统工艺方法。Pumpi

3、ngCrucibleOutlineSeed 0 0 O O 0 o000000000Heating Unitof Kyropoulos MethodPumpingCrucibleOutlineSeed 0 0 O O 0 o000000000Heating Unitof Kyropoulos Method图1泡生法的原理图从生长大尺寸高质量的蓝宝石晶体角度，泡生法无疑是最先进、最经济的方法。这一点已被国外多家公司的产业化实例所证明。 冷心 放肩微量提拉法是从泡生法技术基础上发展出来的新方法，在提拉方 式、能量控制、温度场设计等方面均较泡生法有明显的改进，具体体 现在：冷心放肩保证了能够生长大尺

4、寸晶体，整个结晶过程晶向遗传特 性良好，保证材料的优良品质。通过高精度的能量控制配合微量提拉，使得在整个晶体生长过程中无明显的热扰动，缺陷可能萌生的几率较其它方法明显降低。由于提拉速度降低，工艺时间较泡生法延长5%右，单块晶体成本增加600元左右。合理的温度场设计使得高温区内材料寿命提高，大大降低了生产制造成本。与泡生法相比，仅此一项，每生产一块晶体可节约1500-2500元人民币。晶体尺寸大，材料的综合利用率是泡生法的 1.2倍以上。采用冷心放肩微量提拉法理论上可生长直径大于300mm的蓝宝石晶体。超声振动加工技术的原理及工艺特点国内蓝宝石晶体的加工，尤其是棒料的加工，一般采用的是切割 后滚

5、圆的工艺方法，加工成本高，精度低，原材料的利用率仅为15%左右，本项目采用超声振动加工技术，大大提高了材料的利用率和加 工精度，材料的利用率可达 35%刀具寿命提高10倍，综合加工成 本降低40%棒料的定向精度可达到士 0.05。技术原理如下： 蓝宝石棒材的超声振动磨削加工，是将超声加工和磨削加工相结合的 一种复合加工方法，它是在磨削加工蓝宝石的同时，在磨削工作面上加17kHz23kHz的高能超声波，利用超声波的高频特征，使蓝宝石材 料在表面微层区域内达到共振状态，并在表面0-30微米范围内击碎， 并经后续研磨去除，采用该方法可低成本、高质量的制造出蓝宝石棒 材。与现有技术相比较，其生产效率磨

6、削方法效率约提高5倍；加工表面质量好，表面粗糙度可达 Ra0.30.9冋 加工成本低，一方面是 由于降低了工具损耗，延长了工具使用寿命（比普通磨削方法约增加 10倍），另一方面也是由于加工表面质量好，缩短了后续的研磨抛光 时间。为最大限度的发挥超声振动磨削技术，结合技术特点开发超声振 动专用刀具，使用效果良好。超声振动磨削加工技术特点及优势如下：可利用传统的机械加工设备，如磨床、铣床、钻床等设备，只要 将超声振动设备同机床的主轴有效的联接即可已实现超声振动加 工;设备使用方便，刀具简单，可实现较方便的互换，刀具使用寿命大幅提高，使用成本降低10倍；加工效率是传统磨削加工方法的 5倍以上，加工后

7、表面精度高， 表面粗糙度可达Ra0.30.9 m晶体棒料的加工后定向精度可达到 士 0.05。采用超声振动磨削，材料的综合利用率提高近25%成本降低近40%工艺成功率：大于95%避免了由于传统的切割、滚圆过程中出现的崩边、表面损伤等问题，可实现单晶体加工制造单位质量成本：低于1000元/Kg。2.6.4项目技术产业化成熟性分析：技术适用性、成熟性分析技术由中试过渡到产业化过程是单台炉扩大到多台炉的过程，无技术难题和工艺障碍。泡生法已由国外多家公司验证，并正在实施产业化，本技术在其 基础上的改进，具有较好的成熟性到适用性，目前公司已利用冷 心放肩微量提拉法开始生产直径为220-260m m的蓝宝

8、石晶体，成品率可达85%利用超声振动结合磨削工艺生产蓝宝石晶棒，蓝宝 石材料利用率可超过35%产品已销往台湾和国内多家企业。产品的生产制造过程分析产品制造成本相对较低一成本优势原材料来源充足，价格稳定工艺稳定、且全部由计算机自动控制，产品质量稳定性好管理工作到位后，成本可大幅度降低2.6.5曾经承担过的国家高技术产业化示范工程项目情况公司承担了 2006年度国家高技术产业化示范工程项目，2-7英寸 半导体衬底晶圆及其关键设备的产业化，并于 2008年3月份通过国 家发改委的产业化验收，项目验收结论如下：2008年3月10日，受国家发展改革委的委托，国防科工委科技 与质量司在北京主持召开了国家发

9、展改革委软件等信息产业关键技 术产业化专项“ LED用2-7英寸衬底晶圆及其专用设备的产业化”项 目验收会。验收委员会听取了项目建设单位关于产业化项目建设的工 作总结报告、技术总结报告，审查了项目资金使用审计报告、项目产 品的质量检测报告、项目建设环境影响、消防、劳动安全、卫生及职 业病防护、档案管理等各分项验收报告，依据国家发展改革委的批复 内容，经讨论形成验收意见如下：该项目突破了240-260mm蓝宝石晶体生长技术、高效率加工技术、专用设备的产业化制造技术等难题，实现了 LED用2-7英寸衬底晶圆及其专用设备的产业化，起到了示范工程作用；项目承担单位在规定时间内，完成了批复文件规定的产业

10、化 建设内容，实现了年产40吨240-260mm蓝宝石单晶及40台专用生 长设备的生产能力，产品质量稳定，现已销售至多个国家和地区，取得了良好的经济、社会效益，为相关行业的发展奠定了基础；国家发改委批复总投资额为5123万元。根据黑龙江华盛会计 师事务所提供的专项审计报告(黑华盛专审字2008第001 号),项 目建设完成总投资5669.9万兀。资金筹措方面：项目使用国家支持 资金750万元、哈尔滨市地方配套资金475万元，企业自筹资金4444.9 万元，资金使用符合国家相关管理规定要求；根据项目建设属地各级管理部门出具的分项验收文件，项目 在建设过程中满足了环镜保护、消防、劳动安全、卫生及职

11、业病防护、 档案管理等要求；项目建设管理规范。综上，验收委员会认为：该项目全面完成了批复的建设内容，经 费使用合理，验收材料齐备，同意通过验收。建议：完善产品系列，扩大产业规模2.6.6项目产业关联度分析本项目的产业化，对相关行业的技术进步将会带来积极的意义， 具体体现在：该项目的推广应用，可为我国新兴的航空航天业提供关键的器件 保障。很久以来，国内大尺寸、多波段通透蓝宝石窗口器件一直依赖进 口，在订货周期、保密、限制尺寸能力等多方面境外对我国进行封锁， 严重影响了国内航空制造、航天业的发展，已经成为制约该领域发展 的瓶颈，本项目的推广实施，可大大改善国内大尺寸、多波段通透蓝 宝石窗口的供货保

12、障能力，摆脱国际封锁，完善自主能力，实现快速 发展。本项目实施，还可为LED产业提供必要的基础性、战略性衬底材 料支持我国目前LED产品的加工制造能力仅占全球总额的 60注右，这 其中包含台湾地区的占全球近 50%勺制造能力。目前高亮度、低成本 是该产业发展的主流要求。本项目技术的推广应用，可以为困境中的 国内LED业提供强有力技术支持，为降低生产制造成本、提高产品质 量，完善产业链条，改善LED行业的产销局面，将起到重要的推动作 用。该技术的推广应用，可为国内相关光学加工企业制造厂摆脱困境， 盘活、激活现有存量资产，成为新的国民经济增长点，提供技术 依托和市场保证。国内有多家光学加工生产型企

13、业，目前的生产状况和市场要求之 间差距较大，关键是光学产品质量稳定性差、成本高、可制造窗口直 径小等问题，直接限制了其发展和与市场接轨， 许多企业的生存问题 显得十分突出，本项目的推广应用，可在技术本质上解决上述问题。该技术的推广应用，可带动微电子、军工、航空航天、能源、通 讯等一系列行业的技术进步，缩短与国际先进水平的差距，确立 我国在相关行业的技术领先地位。该技术的推广应用，可降低材料加工制造成本，减少能源消耗，改善行业产业结构状态该技术的推广应用，可减少材料消耗、降低环境污染，实现可持 续发展。2.7各项建设条件落实情况2.7.1基本条件落实情况项目建设地点：哈尔滨市某某经济开发区海滨路

14、 6号，哈尔滨某 某光电技术有限公司厂区院内。项目建设是在企业现有的标准厂房内 进行，公司现有新建成厂房6300平方米，完全满足本项目的需要。公司项目建设的土地、规划已通过当地政府的审批，土建施工完 成后获得了厂房的房产证书。公司厂区正门距哈同高速公路某某出口仅 1000米，交通便利。项目建设需电力：3000KW（双回路供电，已具备，2000 KW其余 1000 KW需增容）目前已同宾县电业局签订了供用电、增容合同，电 力供应保障可靠。厂区内自来水管网及园区管网能够满足供水需求。 本项目仅需要 在原供水站和现有厂房基础上，增加供水设备及相应的管网，条件具 备。厂内现有的排水设施满足本项目要求。

15、某某开发区为入区企业提供了通讯、交通基础设施、给排水等诸 多项便利条件。项目其他建设条件具备。272环境保护本项目生产过程中无三废，生活污水及垃圾可利用现有排污设施 排放。蓝宝石晶体原材料为氧化铝碎晶，采购自大连、南京等地，其包 装为纸箱及编织袋，生产过程中原材料利用率大于97%剩余原材料可继续使用。单晶产品生产完成后，即成为蓝宝石坯料，该产品可直 接分类出售，不合格品直接作为生产原材料再次加工。生产过程中， 高温区材料（主要为钨钼金属材料）使用一段时间损坏后，可直接从 炉内取出，作为原材料出售给炼钢厂。废弃包装物等同于生活垃圾， 数量较少。由于整个工艺过程是在高真空环境下生产，对环境影响程度

16、极 低。本项目在生产过程中无三废， 对周围环境无不良影响（见建设项 目环境影响评价表（附件7）。2.7.3资源综合利用生产过程中的冷却水经过滤软化后可用于生活辅助用水， 碎晶可 用于珠宝首饰加工业的原材料。本项目技术产品可循环使用。无废弃 物。生产过程中的冷却循环水中的热能通过热泵交换后，作为热源， 为冬季采暖使用，除本企业自足外，项目建设完成后可为开发区相邻 企业提供采暖面积20000平米的高质量热源。建设过程中还考虑将多台设备控制系统优化结合，实现资源共 享，一机多点控制，节省资源。在现有控制水平下最大限度提高控制精度，利用专家系统不断改 进控制方式和优化工艺，降低材料的损耗，合理利用资源

17、。2.7.4节能措施晶体生长产业是高耗能产业，本项目技术在中试过程中即针对节 能逐项措施开展了研究工作，在产业化过程中拟利用如下措施实现节厶匕能:合理控制加热速度、加热功率分布；适当调整冷却水温度，增加设备的保温能力、减少溢气热损失，降低功耗；在控制工艺过程中，尽量减少引晶、放肩时间，在保证质量的前 提下，提高提拉速度，缩短退火时间；在加热体设计、热温区结构设计过程中，在保证设备可靠性、工 艺稳定性得前提下，尽可能的采取一切节能措施。如高温区的热 断路设计、汇流电极结构设计、发热体结构预应力设计等。本项目建设的节能目标是在前期产业化基础上，单位产量节能10%单位生产成本可降低7-8%2.7.5

18、原材料供应本项目生产的原材料主要有，纯度为99.95%的三氧化二铝粉体或碎晶，该材料可在国内采购。供应充足，价格稳定。消耗的原材料有钨钼材料，国内生产能力及技术水平能够满足本 项目的要求。其他消耗材料如钨钼材料、金刚石刀具、传感器、仪表等国内供 应充足。项目建设面积6500平方米，全部利用现有厂房，仅作简单 改造即可。3申请政府补助的主要原因和政策依据本项目属于国家重点支持领域，是先进制造技术、新材料等国家 重点发展领域的关键瓶颈技术，是国家一五中长期发展规划中的主 要内容。该项目产业化后对国家国民经济建设将起到重要的作用。本项目建设拟申请国家资金支持 2200万元，主要用于设备的采购，项 目建设由于投资时间间隔短，投资密度较大，企业自身的成长、团队 建设、市场开发等方面的投入对企业的利润占用过大等原因，