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衬底器件的产业化项目资金申请报告PAGEPAGE36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 申报日期：二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：司申报日期：目录1项目单位的基本情况和财务状况 11.1项目单位的基本情况 11.2公司目前的产品、技术及市场情况 11.3公司的财务状况 32项目的基本情况 42.1项目建设目的 42.2项目建设背景 52.3产品的市场情况 122.3.1航空航天用大尺寸平板状蓝宝石光电窗口 122.3.2民用半导体照明领域对蓝宝石材料的需求 132.3.3大尺寸、高品质蓝宝石军工窗口及器件 172.3.4其他功能器件 182.4建设内容 182.5总投资及来源 202.6项目的技术工艺情况 202.6.1项目的技术专利情况 202.6.2.技术中试鉴定情况 212.6.3项目的技术原理 232.6.4项目技术产业化成熟性分析： 262.6.5曾经承担过的国家高技术产业化示范工程项目情况 262.6.6项目产业关联度分析 282.7各项建设条件落实情况 292.7.1基本条件落实情况 292.7.2环境保护 302.7.3资源综合利用 312.7.4节能措施 312.7.5原材料供应 323申请政府补助的主要原因和政策依据 334项目招标内容 341项目单位的基本情况和财务状况1.1项目单位的基本情况项目单位：“哈尔滨某某光电技术有限公司”是由哈尔滨工业大学实业开发总公司、哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所、与部分自然人合资创建的有限责任公司，公司注册资本2000万元人民币。公司于2006年4月2日工商注册登记，公司地址：哈尔滨某某经济开发区海宾路6号。公司主要从事蓝宝石晶体材料生产及加工、航空航天光电窗口、半导体衬底晶园、衬底片、半导体器件、蓝宝石专用设备等的加工制造及生产技术开发。公司占地42000平方米，现有建筑面积13000平方米，具有1.2公司目前的产品、技术及市场情况公司主导产品为半导体衬底晶圆、激光窗口，目前月产值400万元左右，其中：60%以上出口，产品国际市场占有率5%，国内高端市场占有率85%以上。公司于2008年3月通过ISO9001-2000质量管理体系评审，获得权威机构认证。为进一步促进公司的发展，加快公司高新产品的市场占有率，形成规模化效益，公司与2008年10月27日同香港星彩科技股份有限公司签订了投资协议，香港公司拥有自主知识产权（获得国家发明专利一项，实用新型专利一项，其他4项专利正在申请中），产品技术水平国际领先。公司产品先后获得法国RSA公司，日本日亚光学、昭和电工、信光社、日立电子，以色列Gavish、英国LENGTEC、德国尼布丁、意大利马波斯（Marposs）、台湾国邦光学、晶美应用材料技术、兆远光电、兆晶光学、香港晶石光学、香港和昌隆、国内613所、209所、11所、717所、大连淡宁、大连路美、深圳世纪晶圆、山东华光等多家公司的合格分供商质量认定，产品供不应求，目前销售合同已经签订值2009年底。公司是国内唯一的直径大于4英寸的激光窗口境内供货商，目前公司蓝宝石晶体材料的产能全球排名第4位。公司2007年9月份起，公司在土建完工后开始购置、安装、调试蓝宝石生长加工设备，同时改进、固化工艺进行试生产，并于当年实现销售收入210万元。公司于2006年度承担国家发改委软件及信息化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专用设备的产业化”，并于2008年3月通过国家发改委的产业化验收，该项目填补了我国在大尺寸蓝宝石晶体及其专用设备制造方面的产业化空白，为我国的相关行业发展奠定了坚实的基础。公司2007年度承担了科技部国际合作项目“直径300mm大尺寸蓝宝石晶体生长技术的研究”，并于2008年6月成功的生长出直径325mm,重量：68.68公斤的高品质蓝宝石，经过优化和改进，目前公司在晶体单体重量（大于65公斤）、直径（大于320mm）、晶体生长的成功率(大于70%)、生长制造成本（低于1200元/公斤）等方面在全球处于领先地位。1.3公司的财务状况至2008年10月底，公司已有建筑物总面积13000平方米，具有自主研发的大尺寸、高质量蓝宝石晶体炉40台套，专用晶体加工设备35台套。至2008年10月31日，公司资产总额9760万元，流动资产4369万元，固定资产5139万元，无形资产253万元；流动负债3958万元，长期负债1410万元，负债总额5368万元，资产负债率55%。2008年12项目的基本情况2.1项目建设目的为缓解目前国内航空航天、光电子、军工领域高品质蓝宝石窗口、器件和衬底片供不应求的局面，本项目在现有大尺寸蓝宝石晶体的技术、产能、产品质量优势的基础上，进一步开展大尺寸蓝宝石晶体的深加工的产业化，完善产品系列、拓宽产品领域，使公司从大尺寸蓝宝石晶体材料制造优势升级为蓝宝石系列高端产品的优势，替代进口，为国内相关行业的发展奠定材料、产品加工、技术配套基础。大尺寸高品质蓝宝石是重要的战略基础材料，其器件的产业化可填补国内空白，满足国内外市场对光电窗口、半导体衬底、陀螺，整流罩等关键器件的迫切要求，其产业化可大大提高我国在相关产业的核心竞争力，对推动优势产业的形成，具有基础性、战略性意义。该项目符合国家产业化政策和可持续发展战略，是目前国家航空制造业、半导体照明产业、部分国防装备亟待突破的重要环节，市场前景广阔；该自主知识产权项目产业化后可使我国成为继美国、俄罗斯后世界第三个独立制造关键器件的国家，可形成年创汇8000万美元的能力，可塑造自主品牌，使企业短时间内跻身国际同行业前2位；项目有利于拉动内需，增加就业渠道，具有极强的行业带动能力。我国光电子行业中，高亮度半导体照明LED衬底材料95%以上需要进口，本项目的实施，可直接为国内相关厂家提供国际标准的衬底材料，直接替代进口。我国航空制造业在光电窗口、光电陀螺、高品质航空轴承、三光一体化窗口等方面与国家发达国家存在明显得差距，本项目的实施，可在短时间内填补国内在该方面的产业空白，突破技术瓶颈及封锁，推动相关行业的发展及技术进步起到积极的作用。21世纪是光电子时代，关键的材料、器件技术是其发展的基石，在军工、国防关键材料及器件、电子对抗、光通讯、数据传输等方面，蓝宝石器件的战略地位十分重要，如高速导弹、飞行器窗口和整流罩，激光窗口，红外窗口，深空探测窗口等，大规模集成电路衬底等。综上：本项目在自主创新基础和前期产业化基础上，通过引进先进的设备和探索、优化产业化技术，可打破发达国家垄断及封锁，填补国内急需的大尺寸的军民两用的蓝宝石光电窗口和器件的空白，为我国的光电子产业提供必备的关键战略材料和器件，为我国民用航空、国防、航天和相关高科技民用领域提供必备的技术和产品支持。2.2项目建设背景蓝宝石（-Al2O3）又称白宝石，是世界上硬度仅次于金刚石的晶体材料。其结构中的氧原子以接近HCP（hexagonalclosedpacked）的方式排列，其中氧原子间的八面体配位约有2/3的空隙是由铝原子所填充，由此使它具有强度、硬度高(莫氏硬度9)，耐高温(熔点达2050℃)、耐磨擦、耐腐蚀能力强，化学性质稳定，一般不溶于水，不受酸腐蚀，只有在高温下(3000C以上)才能为氢氟酸(HF)、磷酸(H2蓝宝石单晶首先是作为红外窗口材料而提出。因其具有优良的光学、机械、化学和电性能，特别是具有中波红外透过率高等特性，从0.190μm至5.5μm波段均具有很高的光学透过率，因此被广泛用作微波电子管介质材料，超声波传导元件，延迟线，波导激光器腔体及精密仪器轴承，天平刀口等光学元件以及红外军事装置、空间飞行器、高强度激光器的窗口材料。以白宝石单晶片为绝缘衬底材料的SOS器件则具有高集成度、高速度、低功耗和抗辐射能力强等优点。近年来民用手表的表面大量使用白蓝宝石，其特点是光洁度高、硬度高、耐磨损。表1给出了蓝宝石单晶的基本性能。表1蓝宝石单晶材料基本性能晶体性能化学式-Al2O3式量101.9612晶系六方晶系晶格常数及方向a=4.758Å(0001)，c=12.991Å空间群R3单位晶胞中的分子数2光学性能透过波段/m0.14-6折射系数n31.71341.67751.627吸收系数30.000640.05550.92毫米波特性折射系数n34GHz3.056894GHZ3.0568吸收系数34GHz0.00994GHZ0.029损耗角正切tg34GHz0.000494GHZ0.0005机械和热学性能密度/g/cm33.98硬度/kg.mm-22200熔点/℃2053沸点/℃2980断裂韧性/MPa.m1/22.0断裂强度/MPa400杨氏模量/GPa380热导率/W.m-1.K-124热膨胀系数/10-6.℃-18.8比热(J/g)0.782热容(J/mol.K)77泊松比0.27-0.29抗热冲击品质因子2.10电阻率(.cm)1014蓝宝石单晶作为一种优良透波材料，在紫外、可见光、红外波段、微波都具有良好的透过率，可以满足多模式复合制导（电视、红外成像、雷达等）的要求，在军事工业等领域被用作窗口材料及整流罩部件，在光电通讯领域作为重要的窗口材料使用。蓝宝石材料可以生长制备大尺寸的单晶，其内部缺陷很少，没有晶界、孔隙等散射源，强度的损失很小，透波率很高，是目前透波部件的首选材料；此外，由于蓝宝石电绝缘、透明、易导热、硬度高，因此可以用来作为集成电路的衬底材料，可广泛用于发光二极管（LED）及微电子电路，从而替代高价的氮化硅衬底，制作超高速集成电路；可以做成光学传感器以及其它一些光学通信和光波导器件。如高温高压或真空容器的观察窗、液晶显示投影仪的散热板、有害气体检测仪和火灾监测仪的窗口、光纤通讯接头盒等。蓝宝石单晶制备的研究开始于19世纪末，1904年，法国人用熔焰法最先获得了较大尺寸的蓝宝石晶体，经过近百年的发展，制备蓝宝石单晶的技术日趋完善。目前已有提拉法（Czochrolski）、熔焰法（Vernuil）坩锅移动法（Bridgman-Stockbarger)、温度梯度法（TGT）、导模法（EFG）、热交换法(HEM)、水平定向凝固法（GHK）、泡生法（GOI）等多种制备方法，而适于生长大尺寸蓝宝石单晶的技术主要有：热交换法、水平定向凝固法、泡生法及温度梯度法、及本项目所采用的冷心放肩微量提拉法等。1993年，俄罗斯的S.I.VavilovStateOpticalInstitute研究所报道了采用GOI法合成φ300mm的蓝宝石晶体。乌克兰的单晶研究所（InstituteforSingleCrystal）采用定向凝固法制备了大尺寸板状晶体350×200×35mm，该工艺采用保护性气氛代替了晶体生长时的高真空环境，并且用廉价的碳材料代替热交换器用的昂贵金属材料，极大的降低了生产成本。我国在大尺寸蓝宝石单晶的合成方面与国外有较大的差距，尤其在蓝宝石晶体的生长技术、生长装备及加工技术方面，至今不少单位仍然使用较为传统的提拉法、熔焰法生长氧化物单晶材料，由于机械传动过程中震动很大，电器自动控制精度低，温度场设计不合理等问题，很难满足晶体生长的基本条件。制备的晶体质量、成本很难满足使用要求，成为困扰相关产业发展的技术难题。我国在蓝宝石晶体材料的加工技术方面和国际先进水平存在明显差距，主要是晶体材料利用率低、加工表面质量差、表面损伤层大、加工后衬底材料定向精度难以满足使用要求，国内规模化生产LED用高品质蓝宝石衬底材料目前尚属空白。国内在九十年代后期，针对大尺寸蓝宝石单晶体的生长技术取得了一定的进展，中国科学院上海光学精密机械研究所采用导向温梯法（与热交换法类似），生长出国内最大尺寸的φ120mm×80mm蓝宝石晶体，用于国家“氧碘强激光工程”窗口材料，这是目前为止我国的最好水平；1999年四川师范大学固体物理所采用提拉法生长出了直径大于φ40mm的蓝宝石单晶；2000年北京人工晶体研究所采用坩埚下降法生长φ80×90mm蓝宝石单晶。我国蓝宝石晶体的产业化属起步阶段，目前主要产品为中低档产品，如用火焰法和提拉法制备直径范围在80mm以下的蓝宝石晶体，晶体质量只有少部分能达到光学级水平，如：云南玉溪蓝晶晶体有限公司、南京恒炼蓝宝石表面有限公司、大连淡宁光电技术有限公司等企业；上海光学精密机械研究所导向温梯法的产业化工作尚在起步阶段，据报道能加工制造5英寸（125mm）以下的蓝宝石晶体，由于受生长方向的限制，可加工基片直径尺寸小于100mm,材料利用率较低。在国际上能够通过产业化生产制造直径超过150mm大尺寸蓝宝石晶体的国家只有美国和前苏联，有代表性的公司有：俄罗斯的Atlas公司、Monocrystal公司和Tydex等公司，生长出晶体尺寸最大为300mm，工艺方法为泡生法；美国的CrystalSystemInc.是世界上最高水平的晶体制造公司，可生产φ300mm的大尺寸蓝宝石单晶体，采用的工艺方法为热交换法，其工艺成本较高。我国晶体生长有悠久的历史,但现代人工晶体的系统研发起步较晚。经近半个世纪的发展，已可生产制备直径150mm的蓝宝石晶体，由一个基本上是空白的领域上升到在国际上占有一席之地，来之不易。我国在晶体材料方面取得了大量研究成果，但大尺寸蓝宝石晶体材料的生长技术，高利用率、低成本的晶体材料成型及机械加工技术开发应用尚处于研制水平较低阶段，对大多需求很难提供配套，更谈不上批量生产，难以满足供货量和货期的要求；大大的制约了相关领域的发展。高品质、低成本的晶体材料生长技术是世界各国关注的难点和重点。从目前的技术水平来看，国际上能够产业化制造直径大于Φ200以上高品质蓝宝石衬底材料的只有俄罗斯、美国等三家公司，由于蓝宝石材料有着较强的军工应用背景需求，因此各国均将该项技术列为高度机密内容，相关研究报道仅仅局限在工艺角度，针对蓝宝石的特点和用途开发的专用设备及与之相配套的成型及机械加工技术的报道仅仅限于原理角度，我国在该方面的研究属刚刚起步，在基础理论、工艺、设备选配等方面的基础和经验几乎为零。目前国内现有的用于蓝宝石晶体生长设备，是基于传统方法和技术开发建设的实验室级产品，无论从晶体质量、成本、工艺控制精度、工艺重现性、晶体尺寸、生产效率等方面均难以满足产业化的需求。从工艺角度，大尺寸蓝宝石晶体生长周期长，工艺复杂。原材料纯度、处理状态、制备工艺参数等对晶体质量影响较大，需要针对不同工艺参数生长出晶体进行详细的性能测试和微观组织结构分析，在此基础上给出进一步改进的工艺参数和技术措施，才能开始下一轮次的晶体生长，达到不断优化工艺，获得高质量晶体材料的目的。然而大尺寸蓝宝石晶体生长周期大约在10天左右，准备和后处理工作7天左右，试件加工需要7天，质量检测、微观结构分析以及光电性能测试需要30天时间，工艺分析与模拟需要7天时间，这样一个正常的研究轮次需要近2个月的周期；大大拖延了研究周期。蓝宝石晶体的硬度仅次于金刚石、为莫氏硬度9级，由于其脆性较大，很难加工，对于航空航天光电窗口而言，除了要求其表面光洁度较高（Ra<0.3nm）外，关键要求其晶面轴线的方向必须与C轴沿M轴方向的偏差<0.2度，对定向精度要求极高，目前国际上产业化规模较大的企业采用的是高精度定向设备，配合相应的加工技术如：高速研磨、化学机械抛光、腐蚀研磨等技术，国内在蓝宝石材料的高利用率、低成本加工技术方面尚属刚刚起步，无成功经验可以借鉴，是困扰我国蓝宝石材料技术发展的技术难题和瓶颈。综上所述：困扰我国航空航天用高品质蓝宝石窗口部件产业化的主要问题集中在以下几个方面：技术及装备落后。与美国、俄罗斯、乌克兰等国相比，我国用来生长晶体的单晶炉大多技术原理方法落后，设备自动化程度低，晶体尺寸小，质量难以达到光学级水平，材料利用率低，成本高。产品市场竞争力弱。蓝宝石材料的低成本、高利用率成型及机械加工是技术瓶颈。蓝宝石材料硬度高、脆性大，半导体衬底材料加工需要定向精度在0.2度以内，并且晶轴的偏转方向是固定的，国内传统的蓝宝石加工技术是采用切割后再滚圆，很难达到国际标准要求的定向、表面损伤层厚度的要求，目前国内的小批量加工技术问题较多，产品质量稳定性、一致性差，并且质量检验标准与国际公认标准有明显距离，产能、技术保障等的局限难以争取长久的大用户。成果转化及规模生产不足。我国在晶体材料方面虽取得了一定的研究成果，但这些成果大多只能提供样品，不能批量生产，难以创造更高经济效益。即使能够批量生产的产品，但加工尺寸及精度与国外相比均有较大差距，规模化生产不足，对来自国内外的大订单，一般难以满足供货量和货期的要求。可见，尽快突破现有高品质蓝宝石材料及其高利用率、低成本加工的技术瓶颈，尽快实现关键窗口及器件的产业化，是未来技术发展的需求与必然。2.3产品的市场情况本项目的产品可广泛应用于民用航天、半导体衬底军工：2.3.1航空航天用大尺寸平板状蓝宝石光电窗口主要为光学探测器、传感器窗口，大尺寸平面镜衬底、激光窗口等，本部分市场年全球需求量为2亿美元，国内需求量为8000万人民币。随着航空器的高速化、智能化、多功能的发展，对光电功能材料的要求也越来越高，传统的光学玻璃窗口已经很难满足使用要求，而蓝宝石材料在性能方面的独特优势使其成为透波窗口、整流罩、光电窗口、护板、陀螺、耐磨轴承等部件不可替代的材料，如利用蓝宝石材料制备的光电窗口透过率高，可承受各种气动载荷和温升等环境变化，同时蓝宝石材料属化学稳定性材料，其光电窗口具有耐盐雾、霉菌、雨蚀、光照等特性，蓝宝石材料耐磨损，其抗砂石和颗粒冲刷的能力是传统光学玻璃的10倍以上，蓝宝石材料的比重是钢铁材料的50%左右，其较高的结构强度特性在系统减重方面有着很大的优势。蓝宝石材料的高温强度高，耐磨性能优异，比重小，性能均匀化程度高，是航空类轴承的首选材料，据文献报道，国外小型直升机，民用航空器中蓝宝石轴承占总陶瓷类轴承的比例已经由原来的3-5%提高到2007年度55%，市场前景广阔。根据国家中长期发展规划，未来5-10年内国内民用航空也将会有较大的发展，直升机、大型客机、运输机等项目将会有很快的发展，关键的窗口材料如：雷达窗口、光电窗口，三光合一窗口，光电吊舱等窗口部件的市场需求量将大于15万片，市场价值150亿元左右。主要是大尺寸（直径大于162mm）的光学级晶体。由于受到知识产权等限制，目前国内尚无其他公司及实体可供货。我公司的蓝宝石窗口材料目前已进入航空航天、军工领域的市场，全面替代进口产品，并得到用户的使用确认和好评。目前在国内军工和航空航天领域产品的年销售额已达到1700万元。2.3.2民用半导体照明领域对蓝宝石材料的需求由于发光效率提高近10倍，寿命是传统灯具的20倍以上，兼有绿色、环保等优点，LED（发光二极管）为主要器件的半导体照明产业在近年内得到了飞快的发展；我国自2003年开始启动国家半导体照明工程，国际上众多国家已经将半导体照明列为未来发展的重要计划，并付诸实施。以下是近年国内外LED的发展情况（由斯迪顾问有限公司提供）▲2007年全球LED市场规模达到175.4亿美元，增长27.6%。其中普通LED市场全年销售额为76.8亿美元，增长8.8%，高亮度LED市场全年销售额为92.5亿美元，增长39.1%，超亮度LED销售额为6.2亿美元，更比2005年增长了75%，成为未来几年最具有成长力的市场。而高亮度LED的销售额占全年总销售额的61.2%，成为2007年全球LED市场的主要力量。信号灯，移动电话，显示，LCD背光源成为LED的主要应用市场。▲2007年中国LED市场销售额230.5亿元，增长38.5%。从LED所用的材料上看，2007年国内生产的以InGaAIP为材料的LED达到20.4亿只，增长26.9%，生产以GaN为材料的LED为5.9亿只，增长25.8%。目前，中国LED应用范围包括显示屏、手机、指示灯，LCD背光源，照明、装饰灯等领域。在高亮度LED的应用市场中，手机是最主要的应用领域。▲高亮度LED，特别是白光LED市场需求旺盛。随着半导体照明技术的不断发展，LED越来越多的进入到各种照明领域中。如景观照明、建筑物外观照明和一些辅助照明等，使得市场对于LED特别是高亮度LED的需求不断扩大。其中，随着带有拍照功能的手机占整机产量的比重日益增大，做为闪光灯用的白光LED需求快速增长。白光LED市场发展迅速，成为市场中的又一重要力量。▲未来5年中。LED将更加广泛的应用于各种照明灯，装饰灯，汽车等领域。在这些领域中将主要使用白光LED。为了满足这些领域的使用要求，三波长全彩、低成本，高亮度，高能量转化效率将成为未来白光LED的发展趋势，且终将成为市场主流，成为取代荧光灯，节能灯等传统光源的新型半导体光源。▲2008年中国LED市场规模将有望达到210亿元，增长20.1%。2008年-2009年中国LED市场的年复合增长率为19.6%。2008年-2009年中国高亮度LED市场的年复合增长率达到25.8%。超高亮度LED市场2008年销售额为8亿元，增长40.9%。2008年-2009年中国超高亮度LED市场的年复合增长率为45.4%。蓝宝石材料是氮化物半导体衬底、集成电路衬底的首选材料，在特殊要求环境下，还没有替代产品，随着电子信息技术的发展，尤其是半导体照明产业的飞速发展，对蓝宝石基片的市场需求也越来越强烈。蓝宝石材料在LED应用领域一直处于供不应求的状况，台湾新竹工业园（台湾主要LED生产园区，产能占世界总产能近32%）2007年度的产业发展报告很清楚的说明了这一点。“台湾市场目前2英寸晶棒月供应量为120K/M,90%以上依赖Rubicon供应材料，数量约为100K/M,台湾市场目前可供应磊晶的2英寸蓝宝石抛光片基板约为220K/Mpcs,台湾市场目前磊晶需求的抛光片约为400K/Mpcs。需求远远大于生产能力目前国际各家大的蓝宝石生产厂纷纷将生产重心转向利润率更高的3-6英寸晶棒，使得2英寸晶棒价格由2006年底的8.2$/mm,上涨到4月中旬的9.1$/mm，上涨幅度大于10%，该价格由于产能的严重不足将在高位维持很长一段时间。表2是全球主要蓝宝石供应商的供应能力情况表2全球主要蓝宝石供应商的供应能力情况供货商名称所在地晶棒产能(mm/m)主要供应地区及规模Monocrystal俄罗斯150K(2”)欧、美、日本（3”、4”、6”）为主Rubicon美国150K(2”)台湾（２”）、欧、美、日本（3”、4”、6”Kyocera日本200K(2”)自给自足Atlas等俄罗斯50K(2”)、欧、美STC韩国15K(2”)韩国、台湾据不完全统计：国内仅2英寸衬底基片月需求就在30万片左右；年需求400万片左右；出口部分市场需求更大，保守估计每月80万片左右；年1000万片左右；约需晶体1000-1500吨左右。随着对降低成本的要求，该部分市场的竞争会趋于白热化，高技术、低成本将成为该类产品发展的主题。在2008中国深圳国际半导体照明展览会（CHINASSL’08）上，本公司产品获得了中外客商的广泛关注，其中，日本Namiki、Shinkosha，台湾兆晶科技股份有限公司、台湾晶向科技股份有限公司、台湾晶美英用材料股份有限公司、美国路美公司等等主要生产厂商均对本公司产品提出采购意向，目前公司产品已通过台湾晶向公司、兆晶公司、晶美公司、日本Shinkosha公司的质量审查，并获得合格分供商资格认定。公司目前的产能为30吨/月，其中2英寸晶棒全部被台湾晶美公司包销，3-6英寸产品销往国内外多家公司及军工单位。由于产能有限，尚不能完成大量的订单任务。随着对降低成本的要求，该部分市场的竞争会趋于白热化，高技术、低成本将成为该类产品发展的主题。这将为我公司的产品提供更好的市场竞争机会。2.3.3大尺寸、高品质蓝宝石军工窗口及器件蓝宝石军工窗口，如：新一代武器装备急需的球面、非球面、非对称截面、曲面窗口等，本部分市场年全球需求量为3亿美元，国内需求量为2亿人民币；随着导弹、战机、军舰、雷达、激光、电子对抗等武器装备的更新换代，对高速化、小型化，多功能复合的光电窗口及器件的需求也越来越大，蓝宝石窗口是马赫数大于2的高速整流罩、光电窗口的首选材料。如美国雷神公司的怪蛇-9号空空格斗导弹，自海湾战争以来已经生产了近1.5万发，仅此一项，就需求蓝宝石整流罩近2万片，苏-27型战斗机，如采用传统的玻璃窗口，每次飞行后都要更换，采用蓝宝石光电窗口后可保证20个飞行架次免维护。据美国洛克希德-马丁公司统计，至2007年底，全球军事工业用蓝宝石材料的市场预计超过3亿美元，其年增长速率将大于25%。按此计算，年需求的各类窗口数量将超过30万件。2.3.4其他功能器件高品质蓝宝石光电陀螺类产品，如小型激光陀螺，直径300mm以内的转向、稳定，抗过载陀螺等，本部分市场全球需求量为3000万美元，我国每年的需求量约1000万人民币；其他民用窗口，如新一代贵族手机窗口，平民手机窗口，光电遥控器窗口，照相机外护镜头，条码机耐磨窗口，投影仪保护棱镜，光电管感光棱镜等，全球市场需求年1.5亿美元，国内预计8000万人民币。耐磨类零部件一直占蓝宝石晶体用量的35%左右，如钟表表蒙、超市用条码机光电窗口、手机显示屏、耐磨轴承等，其市场需求量极大，以手表表蒙为例，仅深圳富士光学公司年出口量在5000万片以上，目前手机显示屏的年需求已经大于50万片，预计在3-5年内其增长速率将会大于50%，年需求晶体200吨以上。综上所述，对于高品质蓝宝石材料及其窗口器件，国内外市场需求量极大，发展较快，前景光明。2.4建设内容本项目拟建设大尺寸高品质蓝宝石晶体生长生产线一条，大尺寸、高品质蓝宝石窗口及衬底器件加工生产线一条，新增晶体生长、加工、检测设备145台套，形成年产60吨高品质、大尺寸蓝宝石晶体，40万件制品的生产能力。项目建设地点：哈尔滨市某某经济技术开发区海宾路6号，哈尔滨某某光电技术有限公司院内。项目建设周期14个月，主要包括设备的选型招投标，电力增容和招投标，设备安装调试，工艺优化固化，人员培训、试生产、正式生产等；新增主要设备见表3：表3新增主要设备清单单晶炉单晶定向仪XRD-27超声振动头SSK-6专用数控线锯床数控外园磨床金刚石切片锯床工装及夹具晶体质量激光检测仪窗口几何尺寸精度检测仪数控立式铣床数控平面磨床双晶衍射仪刀具磨床数控铣磨中心研磨抛光设备2.5总投资及来源项目建设总投资16500万元，其中：固定资产费用：14700万元，项目流动资金：1800万元。本项目建设拟企业自筹资金10650万元，银行贷款3650万元，申请国家资金支持2200万元。2.6项目的技术工艺情况2.6.1项目的技术专利情况本项目高品质蓝宝石晶体生长采用的工艺技术方法名称为：冷心放肩微量提拉法，该技术成果是在传统的泡生法基础上经近3年时间的研究探索得出的，目前该技术已获国家发明专利，证书号：CN200510010116.4（见附件4）蓝宝石晶体材料的高利用率、低成本加工方法采用专利：“蓝宝石棒材的超声振动磨削加工方法”（专利申请号：200710072016.3）及“超声振动磨削复合加工刀具”（授权专利号：200720115929.4）（见附件4）技术来源及权属情况：2005年，哈尔滨工业大学批准成立哈某某光电技术有限公司，并将冷心放肩微量提拉技术以技术入股投资形式投入到公司（哈尔滨工业大学文件校企发[2005]673号文件：《关于同意以无形资产投资入股并以股权奖励研发人员的决定》），目前该技术的所有权属哈尔滨某某光电技术有限公司。（见附件5）；专利技术“蓝宝石棒材的超声振动磨削加工方法”（专利申请号：200710072016.3）及“超声振动磨削复合加工刀具”（授权专利号：200720115929.4）为公司职务发明。2.6.2.技术中试鉴定情况2003年，根据国内外市场需求，哈尔滨工业大学结合前期科研基础，开展了“冷心放肩微量提拉法”大尺寸蓝宝石单晶制备技术的中试研究工作，提出“2-7英寸蓝宝石衬底晶圆及其专用设备的工业性试验研究”，旨在开展大尺寸、高性能蓝宝石晶体材料及其制品的产业化前期研究工作;针对大尺寸蓝宝石晶体及其制品产业化工作可能出现的技术难题和瓶颈，探索大尺寸、高质量蓝宝石晶体及制品的低成本、高效加工技术，为项目的进一步产业化提供技术保障，完成的主要工作内容有：(1)大尺寸蓝宝石晶体材料生长过程的数字模拟与工艺优化。(2)大尺寸蓝宝石晶体生长炉的研制。(3)大尺寸蓝宝石晶体材料制备工艺的优化。(4)工业化生产过程的质量成本控制。2005年，该项目通过了黑龙江省科技厅组织的成果鉴定（见附件6），鉴定结论意见如下：采用本项目工艺方法及专用设备制备的蓝宝石单晶体，尺寸可达Φ220x200mm以上，可加工成2-7英寸LED用衬底晶圆。其专用设备长时间连续工作稳定性好，功率控制精度可达万分之一瓦，提拉精度可达0.1μm，所加工晶圆在可见光范围内透过率大于80%，光学不均匀性小于3%，晶圆综合利用率不小于30%。针对大尺寸蓝宝石晶体工业化生产过程中的技术难题，课题组在大量的数值模拟及工艺探索的基础上，提出了冷心放肩微量提拉的方法。在装置设计上，采用预应力结构发热体，预留膨胀空间及搭接结构隔热屏，通过合理的散热结构设计提高熔体冷心对中精度。工艺上，在冷心处放肩、通过合理的控制发热量及提拉速度，为低成本工业化生产大尺寸高质量的蓝宝石晶体提供了一条有效的途径。通过对工艺、设备结构、原材料及热区材料、结晶方向的优化及合理选择，合理的提高了原材料及热区材料利用率；有效控制了晶体结晶过程中缺陷萌生几率，降低了材料光学不均匀性，提高了加工成晶圆的成品率及其透过率，建立了工业化生产中成本及质量控制的方法。综上所述：该课题形成的大尺寸蓝宝石生长工艺和专用设备技术已经比较成熟，所建立的冷心放肩微量提拉工艺及专用设备已能够生产尺寸不小于Φ220X200毫米的蓝宝石单晶，满足LED用2-7英寸蓝宝石衬底晶圆的要求，单晶尺寸和主要技术指标达到国际同类产品的先进水平。建议尽快完善晶圆切割工艺及设备，充分发挥大尺寸晶体的优势，早日实现产业化，满足市场对蓝宝石衬底晶圆的迫切需求。通过工业性试验研究，解决了产业化过程可能出现的技术难题，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。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%左右，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±0.05o。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17kHz~23kHz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Ra0.3~0.9µm；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，加工后表面精度高，表面粗糙度可达Ra0.3~0.9µm；晶体棒料的加工后定向精度可达到±0.05o。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220-260mm的蓝宝石晶体，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—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：(1)该项目突破了Φ240-260mm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；(2)项目承担单位在规定时间内，完成了批复文件规定的产业化建设内容，实现了年产40吨Φ240-260mm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；(3)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5669.9万元。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；(4)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%左右，这其中包含台湾地区的占全球近50%的制造能力。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，2000KW,其余1000KW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。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。2.7.2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。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，是国家十一五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，需要国家在政策、资金方面给予必要的支持。本项目建设完成后，可对区域经济及国内的相关行业提供必要的技术、产品支持，产品可全部替代进口4项目招标内容按照国家财政部、发改委对国家级项目管理要求，结合本单位实际情况，实行项目建设负责人责任制，结合合同管理、招投标管理、施工进度质量管理、资金费用管理等具体措施，在项目监理单位的协助下，本着优质、高效、认真负责地态度保质保量完成项目建设工作。完成项目的投资、实现技术、经济指标。在建设过程中，完善档案管理和成本管理制度，项目按计划、高质量完成并通过国家相关部门的检查验收。项目建设过程中，针对勘察、设计、建筑安装、监理、设备采购、重要原材料采购等重要事项，就招标范围、招标方式事先向项目主管部门报批，经过审批后按批复规定的招标方式，本着公平、公正、公开的方式招标。附件：附件一.公司营业执照、法人代码证、税务登记证附件二.有资金证明及企业经营情况证明（中国工商银行哈尔滨中央大街支行证明、损益表、资产负债表、投资入股协议书）附件三.产品检验报告，部分合同附件四.技术来源及技术先进性的有关证明文件（中试鉴定证书、专利证书、专利申请文件，技术转移文件，产业化验收文件）附件五