大尺寸、高品質藍寶石窗口及襯底器件的產業(yè)化項目建設可行性研究報告

1、申報日期：二申報日期：二八年一月二十日國家產業(yè)升級和結構調整專項項目項目資金申請報告項目名稱：大尺寸、高品質藍寶石窗口及襯底器件的產業(yè)化項目建設單位：哈爾濱某某光電技術有限公司建設地址：聯(lián)系人：聯(lián)系電話：08傳真：電子郵件：項目主管部門：黑龍江省經濟委員會國家產業(yè)升級和結構調整專項項目項目資金申請報告項目名稱：大尺寸、高品質藍寶石窗口及襯底器件的產業(yè)化項目建設單位：哈爾濱某某光電技術有限公司建設地址：哈爾濱市某某開發(fā)區(qū)海賓路6號聯(lián)系人：某某聯(lián)系電話：傳真：電子郵件：m項目主管部門：黑龍江省經濟委員會編制單位：司大尺寸、高品質藍寶石窗口及襯底器件的產業(yè)化項目資金申請報告大尺寸、高品質藍寶石窗口及

2、襯底器件的產業(yè)化項目資金申請報告 為該項目的產業(yè)化生產應用打下了堅實的基礎。2.6.3項目的技術原理晶體生長的技術原理冷心放肩微量提拉法是在高真空環(huán)境下， 加熱坩堝內的原料，使 之熔化，利用平衡溫度場原理，采用頂部籽晶提拉方式生長晶體，與 傳統(tǒng)的泡生法（見圖1）不同的是，利用特殊控制手段，在冷心處 放肩，在保證晶體尺寸的同時，通過合理的控制能量及微量提拉獲得 高質量晶體，由于在整個晶體材料的生長過程中，外部影響因素較少， 晶體品質、質量、尺寸均會得到嚴格的控制。原材料利用率超過97% 由于在高真空條件下實施工藝，熱區(qū)材料損耗小，工藝控制簡單方便， 重現(xiàn)性強。工藝成本低于傳統(tǒng)工藝方法。Pumpi

3、ngCrucibleOutlineSeed 0 0 O O 0 o000000000Heating Unitof Kyropoulos MethodPumpingCrucibleOutlineSeed 0 0 O O 0 o000000000Heating Unitof Kyropoulos Method圖1泡生法的原理圖從生長大尺寸高質量的藍寶石晶體角度，泡生法無疑是最先進、最經濟的方法。這一點已被國外多家公司的產業(yè)化實例所證明。 冷心 放肩微量提拉法是從泡生法技術基礎上發(fā)展出來的新方法，在提拉方 式、能量控制、溫度場設計等方面均較泡生法有明顯的改進，具體體 現(xiàn)在：冷心放肩保證了能夠生長大尺

4、寸晶體，整個結晶過程晶向遺傳特 性良好，保證材料的優(yōu)良品質。通過高精度的能量控制配合微量提拉，使得在整個晶體生長過程中無明顯的熱擾動，缺陷可能萌生的幾率較其它方法明顯降低。由于提拉速度降低，工藝時間較泡生法延長5%右，單塊晶體成本增加600元左右。合理的溫度場設計使得高溫區(qū)內材料壽命提高，大大降低了生產制造成本。與泡生法相比，僅此一項，每生產一塊晶體可節(jié)約1500-2500元人民幣。晶體尺寸大，材料的綜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論上可生長直徑大于300mm的藍寶石晶體。超聲振動加工技術的原理及工藝特點國內藍寶石晶體的加工，尤其是棒料的加工，一般采用的是切割 后滾

5、圓的工藝方法，加工成本高，精度低，原材料的利用率僅為15%左右，本項目采用超聲振動加工技術，大大提高了材料的利用率和加 工精度，材料的利用率可達 35%刀具壽命提高10倍，綜合加工成 本降低40%棒料的定向精度可達到士 0.05。技術原理如下： 藍寶石棒材的超聲振動磨削加工，是將超聲加工和磨削加工相結合的 一種復合加工方法，它是在磨削加工藍寶石的同時，在磨削工作面上加17kHz23kHz的高能超聲波，利用超聲波的高頻特征，使藍寶石材 料在表面微層區(qū)域內達到共振狀態(tài)，并在表面0-30微米范圍內擊碎， 并經后續(xù)研磨去除，采用該方法可低成本、高質量的制造出藍寶石棒 材。與現(xiàn)有技術相比較，其生產效率磨

6、削方法效率約提高5倍；加工表面質量好，表面粗糙度可達 Ra0.30.9冋 加工成本低，一方面是 由于降低了工具損耗，延長了工具使用壽命（比普通磨削方法約增加 10倍），另一方面也是由于加工表面質量好，縮短了后續(xù)的研磨拋光 時間。為最大限度的發(fā)揮超聲振動磨削技術，結合技術特點開發(fā)超聲振 動專用刀具，使用效果良好。超聲振動磨削加工技術特點及優(yōu)勢如下：可利用傳統(tǒng)的機械加工設備，如磨床、銑床、鉆床等設備，只要 將超聲振動設備同機床的主軸有效的聯(lián)接即可已實現(xiàn)超聲振動加 工;設備使用方便，刀具簡單，可實現(xiàn)較方便的互換，刀具使用壽命大幅提高，使用成本降低10倍；加工效率是傳統(tǒng)磨削加工方法的 5倍以上，加工后

7、表面精度高， 表面粗糙度可達Ra0.30.9 m晶體棒料的加工后定向精度可達到 士 0.05。采用超聲振動磨削，材料的綜合利用率提高近25%成本降低近40%工藝成功率：大于95%避免了由于傳統(tǒng)的切割、滾圓過程中出現(xiàn)的崩邊、表面損傷等問題，可實現(xiàn)單晶體加工制造單位質量成本：低于1000元/Kg。2.6.4項目技術產業(yè)化成熟性分析：技術適用性、成熟性分析技術由中試過渡到產業(yè)化過程是單臺爐擴大到多臺爐的過程，無技術難題和工藝障礙。泡生法已由國外多家公司驗證，并正在實施產業(yè)化，本技術在其 基礎上的改進，具有較好的成熟性到適用性，目前公司已利用冷 心放肩微量提拉法開始生產直徑為220-260m m的藍寶

8、石晶體，成品率可達85%利用超聲振動結合磨削工藝生產藍寶石晶棒，藍寶 石材料利用率可超過35%產品已銷往臺灣和國內多家企業(yè)。產品的生產制造過程分析產品制造成本相對較低一成本優(yōu)勢原材料來源充足，價格穩(wěn)定工藝穩(wěn)定、且全部由計算機自動控制，產品質量穩(wěn)定性好管理工作到位后，成本可大幅度降低2.6.5曾經承擔過的國家高技術產業(yè)化示范工程項目情況公司承擔了 2006年度國家高技術產業(yè)化示范工程項目，2-7英寸 半導體襯底晶圓及其關鍵設備的產業(yè)化，并于 2008年3月份通過國 家發(fā)改委的產業(yè)化驗收，項目驗收結論如下：2008年3月10日，受國家發(fā)展改革委的委托，國防科工委科技 與質量司在北京主持召開了國家發(fā)

9、展改革委軟件等信息產業(yè)關鍵技 術產業(yè)化專項“ LED用2-7英寸襯底晶圓及其專用設備的產業(yè)化”項 目驗收會。驗收委員會聽取了項目建設單位關于產業(yè)化項目建設的工 作總結報告、技術總結報告，審查了項目資金使用審計報告、項目產 品的質量檢測報告、項目建設環(huán)境影響、消防、勞動安全、衛(wèi)生及職 業(yè)病防護、檔案管理等各分項驗收報告，依據國家發(fā)展改革委的批復 內容，經討論形成驗收意見如下：該項目突破了240-260mm藍寶石晶體生長技術、高效率加工技術、專用設備的產業(yè)化制造技術等難題，實現(xiàn)了 LED用2-7英寸襯底晶圓及其專用設備的產業(yè)化，起到了示范工程作用；項目承擔單位在規(guī)定時間內，完成了批復文件規(guī)定的產業(yè)

10、化 建設內容，實現(xiàn)了年產40噸240-260mm藍寶石單晶及40臺專用生 長設備的生產能力，產品質量穩(wěn)定，現(xiàn)已銷售至多個國家和地區(qū)，取得了良好的經濟、社會效益，為相關行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎；國家發(fā)改委批復總投資額為5123萬元。根據黑龍江華盛會計 師事務所提供的專項審計報告(黑華盛專審字2008第001 號),項 目建設完成總投資5669.9萬兀。資金籌措方面：項目使用國家支持 資金750萬元、哈爾濱市地方配套資金475萬元，企業(yè)自籌資金4444.9 萬元，資金使用符合國家相關管理規(guī)定要求；根據項目建設屬地各級管理部門出具的分項驗收文件，項目 在建設過程中滿足了環(huán)鏡保護、消防、勞動安全、衛(wèi)生及職

11、業(yè)病防護、 檔案管理等要求；項目建設管理規(guī)范。綜上，驗收委員會認為：該項目全面完成了批復的建設內容，經 費使用合理，驗收材料齊備，同意通過驗收。建議：完善產品系列，擴大產業(yè)規(guī)模2.6.6項目產業(yè)關聯(lián)度分析本項目的產業(yè)化，對相關行業(yè)的技術進步將會帶來積極的意義， 具體體現(xiàn)在：該項目的推廣應用，可為我國新興的航空航天業(yè)提供關鍵的器件 保障。很久以來，國內大尺寸、多波段通透藍寶石窗口器件一直依賴進 口，在訂貨周期、保密、限制尺寸能力等多方面境外對我國進行封鎖， 嚴重影響了國內航空制造、航天業(yè)的發(fā)展，已經成為制約該領域發(fā)展 的瓶頸，本項目的推廣實施，可大大改善國內大尺寸、多波段通透藍 寶石窗口的供貨保

12、障能力，擺脫國際封鎖，完善自主能力，實現(xiàn)快速 發(fā)展。本項目實施，還可為LED產業(yè)提供必要的基礎性、戰(zhàn)略性襯底材 料支持我國目前LED產品的加工制造能力僅占全球總額的 60注右，這 其中包含臺灣地區(qū)的占全球近 50%勺制造能力。目前高亮度、低成本 是該產業(yè)發(fā)展的主流要求。本項目技術的推廣應用，可以為困境中的 國內LED業(yè)提供強有力技術支持，為降低生產制造成本、提高產品質 量，完善產業(yè)鏈條，改善LED行業(yè)的產銷局面，將起到重要的推動作 用。該技術的推廣應用，可為國內相關光學加工企業(yè)制造廠擺脫困境， 盤活、激活現(xiàn)有存量資產，成為新的國民經濟增長點，提供技術 依托和市場保證。國內有多家光學加工生產型企

13、業(yè)，目前的生產狀況和市場要求之 間差距較大，關鍵是光學產品質量穩(wěn)定性差、成本高、可制造窗口直 徑小等問題，直接限制了其發(fā)展和與市場接軌， 許多企業(yè)的生存問題 顯得十分突出，本項目的推廣應用，可在技術本質上解決上述問題。該技術的推廣應用，可帶動微電子、軍工、航空航天、能源、通 訊等一系列行業(yè)的技術進步，縮短與國際先進水平的差距，確立 我國在相關行業(yè)的技術領先地位。該技術的推廣應用，可降低材料加工制造成本，減少能源消耗，改善行業(yè)產業(yè)結構狀態(tài)該技術的推廣應用，可減少材料消耗、降低環(huán)境污染，實現(xiàn)可持 續(xù)發(fā)展。2.7各項建設條件落實情況2.7.1基本條件落實情況項目建設地點：哈爾濱市某某經濟開發(fā)區(qū)海濱路

14、 6號，哈爾濱某 某光電技術有限公司廠區(qū)院內。項目建設是在企業(yè)現(xiàn)有的標準廠房內 進行，公司現(xiàn)有新建成廠房6300平方米，完全滿足本項目的需要。公司項目建設的土地、規(guī)劃已通過當地政府的審批，土建施工完 成后獲得了廠房的房產證書。公司廠區(qū)正門距哈同高速公路某某出口僅 1000米，交通便利。項目建設需電力：3000KW（雙回路供電，已具備，2000 KW其余 1000 KW需增容）目前已同賓縣電業(yè)局簽訂了供用電、增容合同，電 力供應保障可靠。廠區(qū)內自來水管網及園區(qū)管網能夠滿足供水需求。 本項目僅需要 在原供水站和現(xiàn)有廠房基礎上，增加供水設備及相應的管網，條件具 備。廠內現(xiàn)有的排水設施滿足本項目要求。

15、某某開發(fā)區(qū)為入區(qū)企業(yè)提供了通訊、交通基礎設施、給排水等諸 多項便利條件。項目其他建設條件具備。272環(huán)境保護本項目生產過程中無三廢，生活污水及垃圾可利用現(xiàn)有排污設施 排放。藍寶石晶體原材料為氧化鋁碎晶，采購自大連、南京等地，其包 裝為紙箱及編織袋，生產過程中原材料利用率大于97%剩余原材料可繼續(xù)使用。單晶產品生產完成后，即成為藍寶石坯料，該產品可直 接分類出售，不合格品直接作為生產原材料再次加工。生產過程中， 高溫區(qū)材料（主要為鎢鉬金屬材料）使用一段時間損壞后，可直接從 爐內取出，作為原材料出售給煉鋼廠。廢棄包裝物等同于生活垃圾， 數量較少。由于整個工藝過程是在高真空環(huán)境下生產，對環(huán)境影響程度

16、極 低。本項目在生產過程中無三廢， 對周圍環(huán)境無不良影響（見建設項 目環(huán)境影響評價表（附件7）。2.7.3資源綜合利用生產過程中的冷卻水經過濾軟化后可用于生活輔助用水， 碎晶可 用于珠寶首飾加工業(yè)的原材料。本項目技術產品可循環(huán)使用。無廢棄 物。生產過程中的冷卻循環(huán)水中的熱能通過熱泵交換后，作為熱源， 為冬季采暖使用，除本企業(yè)自足外，項目建設完成后可為開發(fā)區(qū)相鄰 企業(yè)提供采暖面積20000平米的高質量熱源。建設過程中還考慮將多臺設備控制系統(tǒng)優(yōu)化結合，實現(xiàn)資源共 享，一機多點控制，節(jié)省資源。在現(xiàn)有控制水平下最大限度提高控制精度，利用專家系統(tǒng)不斷改 進控制方式和優(yōu)化工藝，降低材料的損耗，合理利用資源

17、。2.7.4節(jié)能措施晶體生長產業(yè)是高耗能產業(yè)，本項目技術在中試過程中即針對節(jié) 能逐項措施開展了研究工作，在產業(yè)化過程中擬利用如下措施實現(xiàn)節(jié)厶匕能:合理控制加熱速度、加熱功率分布；適當調整冷卻水溫度，增加設備的保溫能力、減少溢氣熱損失，降低功耗；在控制工藝過程中，盡量減少引晶、放肩時間，在保證質量的前 提下，提高提拉速度，縮短退火時間；在加熱體設計、熱溫區(qū)結構設計過程中，在保證設備可靠性、工 藝穩(wěn)定性得前提下，盡可能的采取一切節(jié)能措施。如高溫區(qū)的熱 斷路設計、匯流電極結構設計、發(fā)熱體結構預應力設計等。本項目建設的節(jié)能目標是在前期產業(yè)化基礎上，單位產量節(jié)能10%單位生產成本可降低7-8%2.7.5

18、原材料供應本項目生產的原材料主要有，純度為99.95%的三氧化二鋁粉體或碎晶，該材料可在國內采購。供應充足，價格穩(wěn)定。消耗的原材料有鎢鉬材料，國內生產能力及技術水平能夠滿足本 項目的要求。其他消耗材料如鎢鉬材料、金剛石刀具、傳感器、儀表等國內供 應充足。項目建設面積6500平方米，全部利用現(xiàn)有廠房，僅作簡單 改造即可。3申請政府補助的主要原因和政策依據本項目屬于國家重點支持領域，是先進制造技術、新材料等國家 重點發(fā)展領域的關鍵瓶頸技術，是國家一五中長期發(fā)展規(guī)劃中的主 要內容。該項目產業(yè)化后對國家國民經濟建設將起到重要的作用。本項目建設擬申請國家資金支持 2200萬元，主要用于設備的采購，項 目建設由于投資時間間隔短，投資密度較大，企業(yè)自身的成長、團隊 建設、市場開發(fā)等方面的投入對企業(yè)的利潤占用過大等原因，