“小元件”大突破

“小元件”大突破

读而思

工业强基项目“新型微小电容器电阻器”不仅形成了一批拥有自主知识产权、工艺成熟、稳定可靠的产品,而且填补了我国新型片式元器件的技术空白,改变了过度依赖进口的局面。小小的片式元件终于取得了大大的技术突破。



张通    本刊记者

本文发表于《中国工业和信息化》杂志2020年3月刊总第21期



片式元件是电子信息工业的“粮食”,其在信息产业中的重要地位不亚于传统工业中的钢铁。然而,在用量最广的片式多层陶瓷电容器(以下简称MLCC)产品市场,日本、韩国和中国台湾却占有了九成以上的产能。想要研制出微型高端电容电阻,实现“超小尺寸、超薄介质、高精度、高可靠”等技术要求,我国需要突破层层技术关卡——关键介质材料的制备技术、亚微米级和纳米级浆料金属粉体的分散技术、高精度印刷技术、烧结收缩控制技术、精密对位技术、高精密激光雕刻成型技术……这一系列电子材料以及工艺等技术短板问题,如同挡在我国高端电容电阻领域面前的座座高山。


“小元件”大突破




“小元件”大突破



为了增强国产MLCC小规格高比容产品供给能力,化解国家高新技术元器件受制于人的“卡脖子”难题。2013年,国内电子元器件行业领军企业广东风华高新科技股份有限公司(以下简称“风华高科”)紧抓电子信息产业快速增长之势,承担了工业强基工程项目——“新型微小电容器电阻器”的研发任务。项目总投资29510万元,实现片容类01005、3000V以上MLCC、高比容MLCC,片阻类01005、高精度薄膜片阻、大功率射频负载电阻、高耐压片式电阻器等新品产业化生产。



填补空白



项目伊始,风华高科就面临着工程时间短、技术难度高、投资强度大等诸多困难,公司及时统筹项目资金,由董事长挂帅,集结核心片式电容器、片式电阻器及新材料事业部强劲的技术、管理团队力量,优选出一流的设备仪器购置430多台套,投入28141.12万元。


项目通过研究瓷粉分散技术、高精度切割技术、超小尺寸排胶和快速烧结技术、关键电子材料、激光冷蚀技术、半导体封装技术、仿真技术及薄膜磁控溅射等20多项技术及工艺,对产品结构不断优化,主营产品技术水平在同行内处于领先地位,部分性能指标赶超日韩标杆企业。01005超微型片式电阻、0201高精度薄膜电阻产品研制成功,其关键技术指标电阻温度系数达到±5PPM/℃–±15PPM/℃。片式电容器产品膜片厚度下降20%,最高叠层已达500层,01005规格超微型片式电容产品已开发成功。


作为一家高科技上市公司,风华高科深深明白自主知识产权的重要性。项目实施期内,通过系统研究分析国内外专利情况,关注已有专利信息,利用现有技术方案,项目组积极规避专利风险点,形成组合专利等相关自主知识产权,以期实现与主要竞争对手在未来达成交互授权的合作。同时,根据实际情况,陆续展开国内外专利布局,防范未来潜在市场风险。项目期间共申请发明专利7件,其中国内发明专利5件、国际发明专利2件,发表论文6篇,高新技术新品4项。


经过日以继夜的不断努力,整个工程按时顺利完成,实现了年产93亿只的产能规模,超额完成项目设定的90亿只/年的目标。“新型微小电容器电阻器”项目的胜利完工,解决了以01005片式阻容元件为代表的高端产品的技术问题,形成了一批拥有自主知识产权、工艺成熟、稳定可靠的产品,且已达到国外同类产品的质量水平,强化了我国阻容基础元件的技术水平和供应能力。该项目在填补我国新型片式元器件技术空白等方面做出了突出成绩,有利于促进我国不断提高高端元件自给率,同时培育自主供应配套体系,改变当前过度依赖进口的局面。


当然,社会效益和经济效益的双丰收才是企业的追求目标。通过此次强基工程的实施,风华高科主营产品主要技术指标、质量档次及配套能力均比项目建设前有了明显提高,解决了微小型器件制备过程中普遍存在的各类疑难问题,产品各项性能稳定,符合客户使用要求。产品涵盖多个电子设备、智能手机、数码相机、穿戴式设备等应用领域。强基项目的成功实施,为公司片阻产品冲击全球前三名、片容产品冲击全球前七名奠定了一定基础,并使风华高科一举抢占了日益火爆的电子器件市场。


2015年,风华高科多层片式陶瓷电容器被评为年度“广东省名牌产品”。2016年,公司阻容类产品凭借优秀产品质量,从近千家参选企业中脱颖而出,荣获慧聪网第三届HCFT智能硬件供应链大会“阻容产品卓越企业奖”。2017年,风华高科荣获广东省政府设立的最高质量奖——广东省政府质量奖……公司创新驱动和转型升级的工作能力得以更上一层楼。


2017年9月12日,在工业强基工程现场会上,工业和信息化部副部长辛国斌、中国工程院原院长周济来到“新型微小电容器电阻器”项目展位参观,仔细询问强基工程项目情况,充分肯定了该项目的突出成绩,鼓励风华高科继续努力,实现制造业转型升级。


2019年,风华高科承担的“5G智能终端用超微型及高比容MLCC”项目获得了工业强基高质量发展专项支持,该项目正在顺利推进中。



不懈创新



在风华高科的可靠性检测分析中心,一台X投射分析仪将电子元器件内部结构清晰呈现在电脑屏幕上。要知道这一新研发的产品结构是否符合标准,还得靠技术人员进行最终把关。


“新型微小电容器电阻器”项目技术带头人付振晓是广东风华高新科技股份有限公司党委委员、副总裁,他告诉记者:“我们要仔细检查是否有缺陷,继而不断改良,确保可靠性。这样的检测与改良,有时候需要进行二三十次,有时候上百次。”付振晓介绍说,在科研创新中这一环节十分重要,他的团队曾经在研发某一产品时经过了300多次改良,才达到客户的应用标准。


强基项目取得成功后,付振晓并未让创新的步伐缓慢下来,这位材料学博士开始思考如何把最顶级的资源集中起来,在解决企业发展面临的问题之余,站在国家战略和产业发展的角度,研究高端新型电子元器件关键材料与工艺所面临的基础和共性技术课题。在他的推动下,2015年,风华高科成功获批建设国内唯一一家电子元器件材料领域的企业国家级重点实验室。


作为企业科技带头人,付振晓明白,企业创新发展,不能单靠技术创新,而是要管理创新与技术创新相辅相成,才能事半功倍。因此,他在管理上提出新做法,让创新之风在整个企业系统里铺开。


首先,风华研究院要在现有风华高科超前技术孵化器基础上,加大分析和研究与公司发展主业密切相关的核心共性技术与新领域产品,其他的一些创新工作则由各分(子)公司等负责,逐步构建并完善独具风华特色的技术创新体系。这一以风华研究院为研发储备核心,以各分(子)公司二级研究应用中心为支撑,以车间创新小组为基础的“金字塔”式技术创新体系,实现了“研发储备—产品升级—工艺革新”产品全生命周期的研发与攻关,确保了企业产品、技术在国内的领先优势和国际市场的竞争力。


成果转化是让技术创新形成实际生产力的重要一步。紧接着,付振晓再次创新,建议以小微公司去进行成熟项目的孵化,提高速度和效率,内部孵化和外部资源同步推进。实践证明,这一系列管理创新,为企业创新氛围的营造和创新成效的提升,起到了良好的驱动作用。风华科技创新成果转化体系逐步建立,为风华高科拓展5G通信、健康医疗、汽车电子、新能源及国防等高端市场领域奠定了坚实的基础。


谈到高新技术企业的“通病”——科技人才短缺的问题,付振晓说:“技术研发人员的创新激情和热情也是需要去激发的,而最好的方法就是激励机制。”为进一步激发和保持技术研发人员的创新激情和热情,不断增强企业的创新能力和可持续发展能力,风华高科从技术创新管理制度、知识产权管理制度等着手,在完善管理方法的同时加大了激励的力度,并于2017年起推行风华高科创新驱动和转型升级激励制度,进一步活跃了风华的创新氛围,推动风华的技术创新上了一个新台阶。


与此同时,风华高科十分注重产学研合作。公司以年度技术难题招标、国重实验室开放课题合作等形式开展多样的产学研合作,先后与清华大学、湖南大学、华中科技大学、中国科学院上海硅酸盐所、华南理工大学等国内二十多家高校和科研院所建立合作关系,形成了强大的产学研合作关系网络。另外,风华高科还与香港应用科技研究院签署了合作备忘录,共同开发下一代集成电源模块及其他电子和通讯新技术。


除国内资源外,风华高科积极寻求国际资源合作,先后与澳大利亚国立大学成立“风华高科——澳大利亚国立大学介电材料联合研发中心”;加入美国宾州州立大学国际介电及压电研究中心,共享全球电子元器件行业的科技成果研发信息。经过多年的深耕细作,建立了全球化的国际创新开发体系。



未来可期



片式电容器产品是多层结构的,就像千层饼一样,而且这个“千层饼”还是陶瓷材料和金属电极浆料相互叠印而成的。如果以400层计算,每一层的厚度就达到250-500纳米,且这一层如此薄的介质膜必须一致均匀。随着MLCC等片式元器件产品向小型化、薄型化方向发展,对陶瓷材料的高纯度、小粒径、分散性就提出了非常高的要求。


当前,应用于MLCC电子陶瓷领域的关键材料——钛酸钡粉体,国内外已规模应用的包括BT-04(平均粒径400nm)、BT-03(平均粒径300nm)、BT-025(平均粒径250nm)、BT-015(平均粒径150nm)等。钛酸钡粉体材料越来越细,粉体颗粒尺寸越小,售价越贵,如BT-015当前批量的进口价格达到400-500元/公斤以上。日本企业如日本堺化学、共立、富士钛等控制了全球80%以上的MLCC用电介质陶瓷材料市场,高端材料受限于人的局面尚未改变,特别是BT-015等高端材料产品限制出口我国。


针对如此“卡脖子”现状,目前,风华高科正在与清华大学、华南理工大学、桂林电子科技大学联合开展“高性能纳米晶钛酸钡介电材料及MLCC器件的研发与产业化”项目合作攻关,以期实现BT-025(平均粒径250nm)、BT-015(平均粒径150nm)材料的国产化,逐步实现高端材料全面自主,该项目已列入广东省重点研发计划重大专项。


风华高科的相关负责人告诉记者,广东省拥有深厚的电子元器件产业基础,包括风华、三环、顺络等国内知名电子元器件企业都落户于广东。同时,广东还拥有华为、中兴、格力等下游知名企业。因此,如果能充分利用这一行业地域优势,由政府有关部门牵头,有针对性地打造建立电子元器件产业化集群,进一步促进元器件厂商和整机厂家的战略合作联盟,对于广东省电子元器件行业的国内乃至国际竞争力提升有着极大的推动作用。


元器件行业和电子工业是关系到国民经济命脉和国家安全的关键领域,面对国外关键技术的封锁限制,真正的核心技术不可能购买引进,其中的新型片式阻容感元件更是投资规模大,属于资金和技术密集型行业。我们期待着风华高科这样的材料和元器件整体配套供应商不断做强做优做大,更期待着我国电子元器件行业在全球范围内拥有话语权。

(来源:中国工业和信息化)“小元件”大突破“小元件”大突破

原文始发于微信公众号(工信头条):“小元件”大突破

 

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