新時代 新征程 新偉業(yè)丨 打破技術(shù)壟斷 國產(chǎn)高頻濾波器即將在新鄉(xiāng)量產(chǎn)
更新時間：2023-7-18 11:44:33 來源：大河網(wǎng)-河南日報
時政要聞
“濾波器是移動通信射頻前端的核心部件之一，主要應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，其中手機占據(jù)著約70%的需求。我們以很低的成本，實現(xiàn)了高頻濾波器的國產(chǎn)化，在打破國外壟斷的同時，有望推動濾波器芯片價格大幅下降。”
河南日報記者 趙振杰 河南日報社全媒體記者 袁楠 通訊員 劉陽 林子俊
全球高頻濾波器領(lǐng)域迎來“中國玩家”，“中國智造”故事又多了一位“續(xù)寫者”。
“我們以很低的成本，實現(xiàn)了高頻濾波器的國產(chǎn)化，在打破國外壟斷的同時，有望推動濾波器芯片價格大幅下降。”7月15日，在新鄉(xiāng)經(jīng)開區(qū)，河南科之誠第三代半導(dǎo)體碳基芯片有限公司負責(zé)人謝波瑋說，由該公司研發(fā)的金剛石基2GHz-10GHz高頻射頻濾波器已經(jīng)完成核心技術(shù)攻關(guān)，即將實現(xiàn)量產(chǎn)。
全新技術(shù)路線
國產(chǎn)高頻濾波器從無到有
濾波器是移動通信射頻前端的核心部件之一，主要應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，其中手機占據(jù)著約70%的需求。
濾波器有什么用？
“好比身處一個嘈雜的菜市場內(nèi)，我只想聽到你說的話，就需要過濾掉其他雜音，這就是濾波器的作用。”謝波瑋解釋說。
據(jù)介紹，我國每年大約需要200億顆濾波器芯片，其中低頻濾波器90%以上從國外進口，價格更高的高頻濾波器更是無法自主生產(chǎn)。
“之所以會這樣，主要源于材料和專利的限制。”謝波瑋說，一方面，國內(nèi)目前無法大規(guī)模生產(chǎn)制造濾波器芯片的材料——高品質(zhì)電子級鈮酸鋰、鉭酸鋰單晶；另一方面，國外長期的發(fā)展已經(jīng)形成了明確的專利壁壘。
也就是說，高頻濾波器要真正實現(xiàn)國產(chǎn)，必須在芯片基礎(chǔ)材料和技術(shù)專利上雙雙取得突破。
科之誠公司與中國科學(xué)院電工研究所經(jīng)過8年的聯(lián)合攻關(guān)，在基礎(chǔ)材料領(lǐng)域提出了“金剛石+氮化鋁”的材料體系，在電路設(shè)計方面全新設(shè)計了“螺旋結(jié)構(gòu)的IDT換能電路”，最終推出了高頻金剛石基射頻濾波器產(chǎn)品，繞過了傳統(tǒng)技術(shù)路線的專利限制，打破了國外在高頻濾波器領(lǐng)域的壟斷，填補了國內(nèi)空白。
今年年初，該項目從全國2800多個技術(shù)項目中脫穎而出，獲得了由科技部主辦的2022年全國顛覆性技術(shù)創(chuàng)新大賽總決賽最高獎——優(yōu)勝獎，并被推薦進入科技部顛覆性技術(shù)備選庫。
從1000元到1毛錢
產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵在成本
“我們這項技術(shù)創(chuàng)新最大的亮點是通過材料創(chuàng)新，以更低成本的工藝實現(xiàn)了高頻性能，可謂是物美價廉。”謝波瑋說。
事實上，用金剛石晶片制造濾波器芯片早有前人嘗試，雖然產(chǎn)品性能非常好，但單顆芯片成本在1000元以上，只在軍工等特殊領(lǐng)域應(yīng)用，無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
科之誠公司的思路是，不完全采用金剛石作為基礎(chǔ)材料，而是依然以硅基晶圓片為支撐層，讓金剛石以薄膜的形式“生長”在上面，作為功能層再進行電路設(shè)計。
在實際攻關(guān)中，該公司突破了“大面積、高平整度金剛石薄膜沉積”“氮化鋁多元素共摻雜、高平整度C軸擇優(yōu)取向薄膜”等技術(shù)難點，成功將一塊芯片的金剛石使用成本從1000元降到了0.1元。
目前，科之誠公司已申請了多項專利，掌握了2英寸至6英寸硅基金剛石薄膜制備工藝、2英寸至6英寸取向壓電薄膜制備工藝，以及金剛石基射頻濾波器芯片的設(shè)計、半導(dǎo)體工藝、封裝、檢測技術(shù)，并完成全工藝流片驗證，將高頻濾波器芯片的總體成本控制在0.6元左右，形成了巨大的價格優(yōu)勢。
高端成果為何落戶河南
一項國際前沿的技術(shù)成果，為何最終選擇落戶河南、在新鄉(xiāng)進行轉(zhuǎn)化？
“剛剛我們提到的1000元，其實還是采用‘電子級人造金剛石晶片’生產(chǎn)芯片的成本，如果是天然鉆石，每一顆芯片的成本可能要高達上萬元。”謝波瑋的這句話，道出了其中玄機。
世界超硬材料看中國，中國超硬材料看河南。我省超硬材料產(chǎn)量占全球的70%以上，人造金剛石產(chǎn)量占全國的80%，得天獨厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和政策支持，成了科之誠公司落戶新鄉(xiāng)的主要原因。同時，新鄉(xiāng)經(jīng)開區(qū)在用地、融資等方面同樣給予了大量幫助。
業(yè)內(nèi)專家評價，科之誠公司的這項技術(shù)將拓展金剛石在新領(lǐng)域的應(yīng)用，進一步鞏固河南在人造金剛石領(lǐng)域的引領(lǐng)地位，未來有望在國內(nèi)打造一個產(chǎn)值數(shù)百億元的涵蓋金剛石基多層膜晶圓、濾波器芯片制造、封裝測試的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集群。
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河南日報記者 趙振杰 河南日報社全媒體記者 袁楠 通訊員 劉陽 林子俊
全球高頻濾波器領(lǐng)域迎來“中國玩家”，“中國智造”故事又多了一位“續(xù)寫者”。
“我們以很低的成本，實現(xiàn)了高頻濾波器的國產(chǎn)化，在打破國外壟斷的同時，有望推動濾波器芯片價格大幅下降。”7月15日，在新鄉(xiāng)經(jīng)開區(qū)，河南科之誠第三代半導(dǎo)體碳基芯片有限公司負責(zé)人謝波瑋說，由該公司研發(fā)的金剛石基2GHz-10GHz高頻射頻濾波器已經(jīng)完成核心技術(shù)攻關(guān)，即將實現(xiàn)量產(chǎn)。
全新技術(shù)路線
國產(chǎn)高頻濾波器從無到有
濾波器是移動通信射頻前端的核心部件之一，主要應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域，其中手機占據(jù)著約70%的需求。
濾波器有什么用？
“好比身處一個嘈雜的菜市場內(nèi)，我只想聽到你說的話，就需要過濾掉其他雜音，這就是濾波器的作用。”謝波瑋解釋說。
據(jù)介紹，我國每年大約需要200億顆濾波器芯片，其中低頻濾波器90%以上從國外進口，價格更高的高頻濾波器更是無法自主生產(chǎn)。
“之所以會這樣，主要源于材料和專利的限制。”謝波瑋說，一方面，國內(nèi)目前無法大規(guī)模生產(chǎn)制造濾波器芯片的材料——高品質(zhì)電子級鈮酸鋰、鉭酸鋰單晶；另一方面，國外長期的發(fā)展已經(jīng)形成了明確的專利壁壘。
也就是說，高頻濾波器要真正實現(xiàn)國產(chǎn)，必須在芯片基礎(chǔ)材料和技術(shù)專利上雙雙取得突破。
科之誠公司與中國科學(xué)院電工研究所經(jīng)過8年的聯(lián)合攻關(guān)，在基礎(chǔ)材料領(lǐng)域提出了“金剛石+氮化鋁”的材料體系，在電路設(shè)計方面全新設(shè)計了“螺旋結(jié)構(gòu)的IDT換能電路”，最終推出了高頻金剛石基射頻濾波器產(chǎn)品，繞過了傳統(tǒng)技術(shù)路線的專利限制，打破了國外在高頻濾波器領(lǐng)域的壟斷，填補了國內(nèi)空白。
今年年初，該項目從全國2800多個技術(shù)項目中脫穎而出，獲得了由科技部主辦的2022年全國顛覆性技術(shù)創(chuàng)新大賽總決賽最高獎——優(yōu)勝獎，并被推薦進入科技部顛覆性技術(shù)備選庫。
從1000元到1毛錢
產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵在成本
“我們這項技術(shù)創(chuàng)新最大的亮點是通過材料創(chuàng)新，以更低成本的工藝實現(xiàn)了高頻性能，可謂是物美價廉。”謝波瑋說。
事實上，用金剛石晶片制造濾波器芯片早有前人嘗試，雖然產(chǎn)品性能非常好，但單顆芯片成本在1000元以上，只在軍工等特殊領(lǐng)域應(yīng)用，無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
科之誠公司的思路是，不完全采用金剛石作為基礎(chǔ)材料，而是依然以硅基晶圓片為支撐層，讓金剛石以薄膜的形式“生長”在上面，作為功能層再進行電路設(shè)計。
在實際攻關(guān)中，該公司突破了“大面積、高平整度金剛石薄膜沉積”“氮化鋁多元素共摻雜、高平整度C軸擇優(yōu)取向薄膜”等技術(shù)難點，成功將一塊芯片的金剛石使用成本從1000元降到了0.1元。
目前，科之誠公司已申請了多項專利，掌握了2英寸至6英寸硅基金剛石薄膜制備工藝、2英寸至6英寸取向壓電薄膜制備工藝，以及金剛石基射頻濾波器芯片的設(shè)計、半導(dǎo)體工藝、封裝、檢測技術(shù)，并完成全工藝流片驗證，將高頻濾波器芯片的總體成本控制在0.6元左右，形成了巨大的價格優(yōu)勢。
高端成果為何落戶河南
一項國際前沿的技術(shù)成果，為何最終選擇落戶河南、在新鄉(xiāng)進行轉(zhuǎn)化？
“剛剛我們提到的1000元，其實還是采用‘電子級人造金剛石晶片’生產(chǎn)芯片的成本，如果是天然鉆石，每一顆芯片的成本可能要高達上萬元。”謝波瑋的這句話，道出了其中玄機。
世界超硬材料看中國，中國超硬材料看河南。我省超硬材料產(chǎn)量占全球的70%以上，人造金剛石產(chǎn)量占全國的80%，得天獨厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和政策支持，成了科之誠公司落戶新鄉(xiāng)的主要原因。同時，新鄉(xiāng)經(jīng)開區(qū)在用地、融資等方面同樣給予了大量幫助。
業(yè)內(nèi)專家評價，科之誠公司的這項技術(shù)將拓展金剛石在新領(lǐng)域的應(yīng)用，進一步鞏固河南在人造金剛石領(lǐng)域的引領(lǐng)地位，未來有望在國內(nèi)打造一個產(chǎn)值數(shù)百億元的涵蓋金剛石基多層膜晶圓、濾波器芯片制造、封裝測試的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)集群。
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