APP下载

做大做强中国电子化学品助力“中国芯”

2019-03-07郭鹏

中国有色金属 2019年5期
关键词:氢氟酸中国芯化学品

郭鹏|文

介入半导体原材料领域,是多氟多化工股份有限公司又一个产业报国之举。在半导体行业有句俗话:5年入门,10年磨半剑。经过长达近10年的开发研究,多氟多终于跨入了芯片行业门槛。

2018年的中兴事件,美国人在芯片领域给了我们一个响亮的巴掌,时刻警醒我们:核心技术要不来、买不来、换不来!只有掌握了核心科技,拥有自主产权,我们才能真正具有话语权,才能不受外国的压制。于是,介入半导体原材料领域,是多氟多化工股份有限公司(以下简称“多氟多”)又一个产业报国之举。在半导体行业有句俗话:5年入门,10年磨半剑。经过长达近10年的开发研究,多氟多终于跨入了芯片行业门槛。一方面,发挥氟技术优势,专注研究芯片行业用原材料,开发出电子氢氟酸生产新工艺,有力支撑了国家关键原材料的国产化和供给安全。同时,在研究硅元素的基础上,以氟为媒介,生产高纯度单晶硅、多晶硅,应用在芯片、光伏行业等。并于2018年4月,成功并购浙江中宁硅业,利用其原有的电子级多晶硅、电子级硅烷等产品优势,深度布局半导体行业,逐步形成河南焦作本部湿电子化学品和浙江衢州干电子化学品两个生产基地。强芯梦,中国梦,企业梦。做大做强中国电子化学品产业、助力“中国芯”的举动,绝不单单是多氟多一家民营企业的个体行为,而具有风起青萍末的启示意义。

科技创新,开启“多氟多”时代

20年前,多氟多还是一家濒临倒闭的区办小厂,工艺落后、观念落后。正是依靠科技创新,成为全球无机氟化工领域的领军企业,产品布局高性能无机氟化物及电子化学品、锂离子动力电池、新能源汽车生产研发三大版块,是国家创新型试点企业,国家技术创新示范企业。先后承担国家“863”计划、国家战略性新兴产业、国家强基工程等国家级项目15 项,取得国家科技进步二等奖1 项,科技成果15 项。

多氟多公司是干什么的,很多人不一定知道,但它却和很多人有着密切关系。我们都知道,无论是满大街的电动汽车还是几乎人手一部的手机,它们的续航动力都来自锂电池。然而,即便是化工行业的人,也有很多人不知道锂电池有一种核心材料叫六氟磷酸锂,更鲜为人知的是生产六氟磷酸锂的技术,曾长期被外国企业垄断,直到一家民营企业苦心钻研8年,终于攻克难关,打破垄断,让中国不再望“锂”兴叹。这家企业,就是多氟多,现在也是全国全球最大的六氟磷酸锂供应商。

2006年,多氟多董事长李世江随团到日本访问,同行的一位老专家在聊天时对他说,“老李,氟的科技含量非常高,如果把氟这个元素研究透了,氟产品是不应该按吨卖的,应该按千克,按克来卖。比如六氟磷酸锂,它是氟化工领域‘皇冠上的明珠’,目前只有日本具有生产技术,能够批量生产,国内锂电池生产企业使用的这种原料全部依靠进口。在国际市场中,价格高达100万元/吨。但是,日本企业对生产技术封锁很严,既不接受参观学习,也不出卖生产技术,要想开发这项产品非常困难,只能依靠自己。”

老专家的一番话,激发了李世江的民族情怀,他当即决定,不管遇到多少困难,付出多大代价,多氟多一定要生产出世界上最好的六氟磷酸锂。不仅要和日本企业竞争,还要把中国的六氟磷酸锂卖到日本去。从2006年开始,他带领公司团队利用其在氟化工方面的技术和成本优势,开始了一场“氟锂结合——生产六氟磷酸锂”的研发革命。经过上千次试验,从2 克、2千克到2 吨、20 吨再到200 吨,终于攻克了技术难关,实现了规模化量产,已形成年产6000 吨生产能力,产品国内市场占有率达35%、全球市场占有率达20%。

多氟多一小步,中国一大步。多氟多六氟磷酸锂的产业化,不仅打破了国外技术垄断,还开启了低价时代,使全球六氟磷酸锂高额售价降至目前每吨10 余万元,让锂电池真正放下高贵身段,走进了千家万户。目前,全球每4块锂电池中就有一块用的是多氟多六氟磷酸锂所生产的。

从开始攻关到正式量产,再到把日本产品挤出中国市场,最后返销给日本企业,多氟多人顽强拼搏了8年。这8年对于多氟多人来说是非凡的8年,是难忘的8年,是成功的8年,是胜利的8年。2018年1月,多氟多的六氟磷酸锂项目,获得了国家科学技术进步二等奖,更是对多氟多努力奋斗最好的褒奖。

随后,以六氟磷酸锂为突破口,掌握锂电池核心技术,2010年研制出完全拥有自主知识产权的动力锂离子电池,现已形成年产3 亿AH 动力锂离子电池的生产能力;2015年收购河北红星汽车公司,取得电动汽车整车生产资格,2016年底又开始在焦作建设新能源汽车动力总成产业园,打造多氟多新能源的梦想工厂。形成了“以新材料体系为支撑,新能源汽车为引领,电动汽车动力总成为核心”的新能源汽车全产业链。

改革创新永无止境。今天,多氟多的冰晶石、氟化铝、六氟磷酸锂、氢氟酸等产品都已经做到了全国全球第一。从氟化工到新能源,打通了新能源汽车全产业链。

六氟磷酸锂生产线

电子级氢氟酸仓库

中兴事件警示国人,“缺芯少魂”亟须解决

2018年,最引人热议的无疑是美国主动挑起的贸易大战,而首当其冲的则是美国要求停止向中兴提供芯片供应。这一事件在舆论场上引发深入讨论,出口禁运触碰到了中国通信产业缺乏核心技术的痛点。“缺芯少魂”的问题,严峻地摆在我们面前。从一定层面上来讲,芯片的研发和生产水平反映的是国家整体的科技水平。在高科技产业基础的芯片半导体领域,国产芯片所占的市场份额较低,许多中国企业都应用了大量美国企业研发的计算机芯片。

电子级氢氟酸生产线

六氟磷酸锂

深思“中兴事件”的背后不难看到,美国抓住了中国的致命要害点,针对的产业都是“中国制造2025”计划中的产业,也让一批有民族意识的人们和企业深刻地认识到:这是一场赢得未来制造业优势地位的战争,只有掌握了核心科技,拥有自主产权,我们才能真正具有话语权,才能不受外国的压制。早在2013年,习近平总书记在中国商飞公司考察时,就指出“我们要做一个强国,就一定要把装备制造业搞上去。此次“中兴事件”之后,习主席再次提出“技术化缘是拿不来的、创新能力是买不来的、竞争能力是买不来的”。工欲善其事,必先利其器,这才是我们真正需要努力的地方。

芯片从体积上来看,是一个非常非常小的产品。近年来,芯片行业发展如火如荼,半导体也不断被提及,但只有少数人才知道芯片行业发展的后面还有一个非常重要的芯片用电子化学品行业。

电子化学品,也称电子化工材料,是电子工业配套的精细化工材料。无论是高大上的航空航天、军事装备,还是常用的电脑、太阳能电池,这些都离不开电子化学品。从细分领域来看,芯片电子化学品主要可以分为高纯试剂、光刻胶、特种电子气体、塑料封装材料等,但我国的技术发展水平还远远落后于世界顶尖水平。值得注意的是,超净高纯试剂的国产化程度非常低,国际上的大型超净高纯试剂厂主要在美国、日本和欧洲地区,国内市场也主要被国际巨头垄断,国内企业的市场占有率仅占10%左右,还是工艺需求较低的产品。

那么什么是超净高纯试剂?超净高纯试剂,又称湿电子化学品, 是指主体成分纯度大于99.99%,杂质离子和微粒数符合严格要求的化学试剂。主要以上游硫酸、盐酸、氢氟酸、氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、丙酮、乙醇、异丙醇等为原料,经过预处理、过滤、提纯等工艺生产得到纯度高产品。在半导体领域主要用于芯片的清洗和腐蚀,同时在硅晶圆的清洗中也起到重要作用,其纯度和洁净度对集成电路成品率、电性能及可靠性有着十分重要的影响。

“那么我们还能为这个社会做出点什么?中兴通讯事件给中国企业家、中国企业打了一闷棍子,击了一猛掌。我们应该更加清醒,需要中国民营企业和企业家的智慧和觉悟,现在这个时机来了。”李世江说。

以氟为媒介,涉足电子化学品领域

六氟磷酸锂的成功,给多氟多带来了信心,带来了自信。于是,依靠在氟技术方面的突出优势,多氟多开始了在电子化学品市场的探索与布局。经过长达近10年的开发研究,多氟多在半导体工业用电子化学品方面终于取得了突破性进展,跨入了芯片行业门槛。一方面,在湿电子化学品方面,多氟多开发出了以电子氢氟酸等系列产品为代表的生产新工艺,有力支撑了国家关键原材料的国产化和供给安全。同时,在干电子化学品方面,他们在研究硅元素的基础上,以氟为媒介,通过“氟硅巧分家”生产高纯度的单晶硅、多晶硅,应用在芯片、光伏行业等。并于2018年4月,成功并购浙江中宁硅业,利用其原有的电子级多晶硅、电子级硅烷等产品优势,深度布局半导体行业。

所有伟大的事业,都是由非常多的辛苦、牺牲和大家共同奋斗构成的。说起电子氢氟酸这个高新技术产品,李世江坚定地说,多氟多要敢为人先,就是要做“第一个吃螃蟹”的人。为此,多氟多投资13500 万元,建设年产1 万吨超净高纯电子级氢氟酸项目。该项目以工业无水氢氟酸为原料,开发电子级氢氟酸生产新工艺,突破了国内行业在原材料提纯技术、工艺过程优化技术、设备优化技术等方面的技术盲点,解决了电子级氢氟酸提纯难的行业共性问题,打破了目前高品质电子级氢氟酸依赖进口局面。据了解,这一跨越性的提纯技术,还可以大幅提高产品的附加值。无水氢氟酸的原价大概为每吨6000元~7000 元,而浓度50%的电子级氢氟酸的售价每吨2 万元左右。

2011年,多氟多对超净高纯电子级氢氟酸进行立项,制程设计最初定义为UP-S 级,采用的是全球最高端的日本纯化工艺,拥有此技术的目前全球仅有2 家公司。2012年1月,多氟多正式成立电子级氢氟酸车间。

董事长李世江(右二)到中宁硅业视察工作

多氟多科技大厦

在李世江的运筹帷幄之下,公司以年轻技术骨干为主的研发团队应运而生。从跟踪设备安装、记录到发现问题、解决问题,团队的每一名技术人员认真学习先进的提纯工艺,请教主要工艺参数控制方法,每个人都期待着电子级氢氟酸项目早日试车。

国家产业振兴和技术改造项目“年产5000吨超净高纯电子级氢氟酸”顺利通过验收

ISOTC226第十届全体会议开幕式现场

在国家认可实验室内技术人员正在检测产品标样

技术人员正在检测产品标样

2013年8月25日,对于电子级氢氟酸团队有着特殊的意义,电子级氢氟酸项目正式进酸试车。首先要打通精馏纯化工艺,主控室的操作成为重中之重。随着合理的配调与团队的协作,配调、包装迎刃而解,电子级氢氟酸项目一次试车成功,产量、质量完全符合制程设计要求。

虽然多氟多生产的电子级氢氟酸完全符合制程要求UP-S 级,但与UP-SS 级对比,阳离子中硼、砷、钾离子超标,阴离子中硫酸根离子超标,颗粒数超标。影响质量的指标虽小,但都是关键指标,控制难度较大,用于芯片清洗、蚀刻影响也最大。

为此,电子级氢氟酸团队——这一年轻、集具专业化的团队,肩负着多氟多给予的使命和自己的梦想,开始了创新之路。从2016年4月份开始,通过提高精馏操作,优化工艺,升级改造设备对电子级氢氟酸A 线进行UP-SS 级生产测试至今。经过多次反复试验研究,克服种种困难,电子级氢氟酸成品阳离子已全部符合UP-SS 级别品质要求,阴离子排除各种影响因素外,基本符合UP-SS 级别要求。2018年,公司电子级氢氟酸达到UP-SSS 级别,实现了世界级中国造。

对此,李世江讲到,产品纯度的进一步提高,不仅意味着制出的超净高纯氢氟酸可满足于微电子工业技术,尤其是极大规模集成电路的需要,而且其生产过程中所产生的废酸溶液,含量一般为氢氟酸、氟硅酸等,浓度大约为50%~60%,还可用于冰晶石生产线,从而实现了循环利用和节能降耗。

而如今,以多氟多、巨化集团为首的企业开始争相进入电子级氢氟酸领域。全球具备最高品质UPS 电子级氢氟酸生产线的企业共有8 家,多氟多是国内第一家。

据悉,现在多氟多一个月的电子氢氟酸供应量有4、5 百吨,下一步还会继续扩产。根据预测,我国今年电子氢氟酸的需求量在1 万吨,明年可能要到2 万吨,而当前国内市场中,能真正供应如此高规格产品的寥寥无几,市场空间巨大。多氟多计划今年再扩产一条年产5000 吨电子氢氟酸生产线,这样一个月的产量接近1000 吨。

敏锐布局,“南基地”新构想浮现

多氟多新介入电子化学品领域,不仅是沉浸氟、硅研究多年后很自然的相关多元化布局,更代表着李世江心中一盘更大的关于“硅”的棋局。在有超前眼光和战略思维的他看来,人类从碳基文明向硅基文明的时代已经到来——这是时代的召唤,也是互联网引发的新时代变革。李世江认定,当前互联网、大数据等新技术以及基于这些新技术的制造业升级(如中国制造2025 战略)风起云涌,必然带来电子信息技术的新一轮革命,催生“硅”元素的更绚烂、更华彩的篇章,而硅元素到电子信息产业之间,电子化学品是一个必不可少的媒介和桥梁。正是在这一信念支撑下,多氟多将战略眼光投向了“硅”,将通盘落子锁定“中国氟硅之都”浙江衢州。

2017年,位于衢州、创办已十载的浙江中宁硅业因“失血”面临破产。消息传到李世江这里,他立马眼前一亮。中宁硅业生产的产品有电子级多晶硅、电子级硅烷和四氟化硅,这3 个产品用在半导体、液晶面板和光伏行业,产品质量都达到国外的同等水平。更为关键的是,中宁硅业与多氟多气质相近,都是具有创新基因的创新型企业;业务相近,都针对硅元素做高端化精深加工,可以很好地协同起来。中宁硅业地处中国氟硅之都衢州市,产业生态和氛围得天独厚。此后,李世江以年近七旬之身,数次登门与中宁硅业高管团队交涉,终于以诚意打动了对方。2018年3月,双方最终喜结连理。4月12日,多氟多和中宁硅业股东宁波电子信息集团共同出资1.05 亿元对中宁硅业进行破产重组,多氟多占股51%,成为控股股东,标志着中宁硅业正式成为多氟多大家庭的一员。这是多氟多对外有序发展、完善产业布局、实现“硅”达五洲发展战略的重大举措。5月份,公司就实现了久违的扭亏为盈,目前员工团队不断扩充,生产正常运转,企业呈现一片重生新气象。

据介绍,中宁硅业成立之初便引进国际上先进的硅烷法工艺生产多晶硅,年产多晶硅3000 吨、高纯硅烷4000 吨、四氟化硅300 吨。中宁硅业的主打产品硅烷和多晶硅在2011年前后就已经做到了电子级,其纯度甚至可以达到11个9(电子级入门级为6 个9,即杂质含量为10 的负6 次方),其硅烷产品目前在国内光伏行业市场占有率已达70%以上,与国内多家太阳能知名企业建立了合作关系。李世江认为,目前国内应用上规模的电子特种气体就有60 多种,中宁硅业从自己擅长的品种入手,对标国内外先进同行,以替代进口为优先对象,走差异化发展,有望在2~3年内建设电子化学品集成供应商初见成效。

按照李世江的构想,中宁硅业在氟和硅的研究上已经做了10年,有一定的技术基础,现在依托多氟多的技术优势以及衢州在电子化学品领域的产业优势,以电子特种气体为突破口,走差异化发展道路,完全有条件打造成中国电子化学品“南基地”。2019年,公司将进一步发展电子级一氯硅烷到四氯化硅系列产品,提纯一氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷等产品到电子级品质,并发展乙硅烷等新产品。“实现这两个阶段性目标,中宁硅业建设电子化学品集成供应商、打造中国电子化学品‘南基地’的梦想也就有了坚实的基础。”李世江说。

完善生态协同,多方共筑强芯梦

“中美贸易战让我们意识到了与西方的真正差距,从短期来看是个严峻挑战,但从长远来看其实是个机遇,有差距不可怕,认识到差距抓紧迎头赶上,中国的高端产业就能化危为机,实现更大更快地发展。作为企业家,我们首先要有信心直面挑战、渡过难关,但另一方面,国家在政策上大力支持引导、产业和企业间的同心同德、通力合作,也是必不可少的。”李世江说。

“在半导体行业有句俗话:5年入门,10年磨半剑。”李世江说,“行业发展的难点主要是,国内的半导体企业不愿意使用国产的化学品。”在研发半导体原材料时,多氟多开发出了电子级氢氟酸生产新工艺,并同时建立了万级清洗、千级灌装、百级分析室、电子级自动灌装线,再次打破我国原材料长期依赖进口的局面,实现国产化学品的世界级、中国造。令人尴尬的是,技术创新虽然成功了,但市场开发却掉了链子。经过市场调研了解到原因主要有三个:一是电子级氢氟酸要求超净高纯,且具有产品批次质量的高稳定性,芯片制造企业压根儿就不相信国内企业能做到进口产品的质量,都不愿意首个吃螃蟹,做试验用的“小白鼠”;二是电子级氢氟酸只占芯片制造成本的1.2%,而测试周期却需要1年之久,芯片制造企业不愿意花费大量的财力物力去评估;三是半导体芯片制造工艺有成百上千道工序,对电子级氢氟酸的稳定性要求非常高,一旦出问题损失太大,所以没人愿意打破规矩和供应体系,冒险换成国产产品。

起初,多氟多的电子氢氟酸多供往光伏行业,基本不挣钱,等于高配卖了低价。不过,在国家大力推进芯片行业发展的背景下,多氟多过硬的产品,逐步敲开了市场大门。“我们首先做进去的是国外市场,经过近5年的努力,已经实现对韩国芯片厂商、美国芯片企业的批量供应。同时德国同行也在寻求跟多氟多的合作,目前初期的20 多个批次的中试产品也已经发过去了,估计很快也能够推出来。公司已有约60%的产品销往半导体行业。”李世江称,有了国外企业的示范效应,国内客户的开发也进展顺利。目前国内的很多硅片制造商、芯片企业也开始使用多氟多的电子级氢氟酸。

没有强大的原材料工业,就不会有强大的工业体系;没有良性循环的半导体原材料国产化运行机制,要在短时间内打破国外套在我们头上的枷锁、实现“中国芯”扬眉吐气的愿望,就很难有指望。“对于技术创新型企业,一方面要给时间,另一方面还要给政策,只有多方协同、破除隔阂,打造一个良好的技术创新生态系统,才能真正建立起中国的自主知识产权体系。”李世江说。2017年,国家成立了5 亿元的保险资金,对首批次应用在半导体行业的新电子化学品产品进行投保,如果芯片企业用国产原材料出了问题,国家险资可承担80%的损失,企业只需承担20%的损失,但这一措施还没有推广开来。李世江建议,“能否让下游半导体客户主动地去评估国产电子化学品材料,把风险屏蔽掉,而且还要对其给予一些奖励性措施,一定要让客户来主导,这样才可能很快地把国产材料导入到半导体的芯片制造中去。”要在电子化学品新材料领域设立政府引导的大型产业基金,发挥好示范引领作用。最近,国家发改委与建设银行设立了3000 亿元的战略性新兴产业发展基金,就是一个好的开端,但还需要细化,可以将电子化学品等战略型新材料纳入其中,尽快出台实施方案。此外,还需要加快建设国家级的测试验证平台,向国内外的电子化学品企业开放,为企业的创新提供支持,也为下游用户引进采用国产新材料提供权威可靠的指引。

“2018年11月1日,习近平总书记主持召开民营企业座谈会并发表重要讲话,总书记的讲话鼓舞人心、催人奋进,让民营企业和民营企业家吃下定心丸。”李世江说。企业要维护好自己的根据地和护城河。根据地指的是市场份额,在国内国际分工当中的位置;护城河是企业技术创新能力,二者相辅相成。做好了这两点,才能够立足于不败之地,不惧怕中美贸易战。多氟多从氟化工出发、向新能源进军,通过这些年的技术积累和创新,产业前景更加看好,技术处于国际先进水平。在这个领域我们完全可以和国际最先进水平掰手腕,我们信心满满。”李世江说。

猜你喜欢

氢氟酸中国芯化学品
二氧化硅湿法腐蚀速率的研究
邓中翰和“中国芯”
让中国蔬菜种业装上“中国芯”
南通象屿将为日伸海运建造首批LNG动力化学品船
化学品库房施工组织设计分析
制作雕花玻璃
危险化学品安全监管实践与探索
上海洋山港四期:智能码头的“中国芯”
《危险化学品目录(2015版)》解读
北斗闪耀中国芯--九院772所元器件国产化攻关纪实