中国大陆三大芯片生产基地:3个省生产了66%的芯片
众所周知,这几年全国都在卯足了劲造芯,大量的芯片企业成立,大量的资金、人才涌入芯片产业,而从结果来看,也是非常乐观的,产能不断增长,产值不断提升。
以2021年来举例,中国大陆集成电路的产量为3594.3亿块,同比增长33.3%,增速较2020年提高了17.1个百分点,两年平均增长率高达24.5%,远远的超过了全球平均水平。
那么问题来了,这么多的芯片,如果按照产量来分布,又是国内哪一些省或者地区制造出来的,中国芯片生产基地究竟在哪里?
当然最牛的肯定是台湾省,这个就不用多说了,台积电、联电、联发科等巨头,大家都非常熟悉的。
但今天我们指的芯片产能是刨除台湾省的部分,所以只谈中国大陆的省份,根据国家统计局的数据,2021年的数据排名如下。
很明显,中国大陆三大芯片生产基地,分别是江苏、甘肃、广东。这三个省去年生产的芯片分别为1186.1亿、643亿、539.4亿块,合计达到了2368.5亿块,占中国大陆总产量3594.3亿块的66%,也就是约三分之二了。
要是加上上海市、浙江省,那么这五大基地,一共生产了2963.1亿块,占全部产量的82%了,已经是五分之四还要多了。
为何这几大省份生产的芯片最多?原因是这些地区的晶圆厂、封测厂比较多,芯片最终都是要从晶圆厂、封测厂出来的。
比如江苏,以封测、制造见长,长电科技,封测领域排全球第三,通富微电,全球封测领域排第五。甘肃有天水华天,在全球封测领域排第6名;
而除了这些知名企业外,江苏、甘肃、广东等地,还有众多的大大小小的封测、晶圆厂,还有众多的外资IC厂入驻,这些企业都带来了大量的芯片产能。
可见,当前的芯片产量分布,还是不太均衡的,比如前3大基地,占比非常高,有些地区可以忽略,前10名之外的地区,产量还是相当少的。
当前芯片产业特别紧张,外部环境也不太妙,发展芯片产业,依然任重道远,除了这些生产基地外,其它地区也要加油了。
造芯片需“专用砂”,中国90年代已达标,如今却依赖美国进口
最近,“天然砂”成为了热门话题,网络上一时间出现了很多让人看不懂的言论,那么,造芯片用的硅片是怎么制成的,又需要什么样的沙子,中国又有这样的沙子吗?
今天咱们来聊聊造硅锭这件事情,硅锭的成本是纯度高达11个9的圆柱体单晶硅,制造硅锭的最常用方法是直拉法,将单晶硅放进石英坩埚中熔化,然后在液态的硅中放入一个棒状的种晶,在大概1420℃环境下,液态硅会缓慢的在种晶周围结晶,如果把已经形成的结晶体稍微向上拉,下面的液态硅就会在结晶体上继续结晶,循环这个过程,就会逐渐形成一根巨大的硅锭。
一根用于8英寸硅晶圆的硅锭,一般长度是1.5米,通常需要拉70个小时,同时直拉车间对环境要求非常苛刻。放光刻机的无尘室需要架空防止缓冲减震装置,拉制硅棒的车间也同样需要,只要在70个小时内,地面发生一点震动,或者车间的出现1秒钟的供电电压波动,就会导致拉制过程失败。
当年汶川地震的时候,远在北京的单晶硅工厂就出现了液面抖动,最终只能导致上半截能用。至于电力问题,国内的半导体级单晶硅工厂基本都配备专用的变电站。
硅锭制造完成后,经过切片、倒角、研磨、清洗、贴片、抛光等很多道工序之后,就能做成硅片,卖给晶圆厂了。
什么样的沙子能造芯片呢?
首先,无论是河砂、海砂还是天然砂,都不能造芯片,问题还是在于这些沙子的杂质太多,硅含量太低。尤其是海砂,盐含量高达20%,由于会腐蚀钢筋,当作建筑材料时都需要用淡水清洗,耗时耗力增加成本。真正用于半导体行业的“沙子”是高纯度石英砂,纯度小数点后5个9,这种石英砂在自然界中并不存在,而是需要从石英矿中开采提纯后才能用于半导体制造。
这种“沙子”的价格也非常惊人,一吨大概在1.2万到1.5万美元左右。而制备高纯度石英砂的最理想选择便是高纯度石英矿原料,石英哪里都有,但是高纯度石英矿,尤其是具备经济开采价值的高纯度石英矿却又少之又少。
但是同时,高纯石英砂的用途非常广,航空航天用的玻璃,高级照明设备和光伏设备都需大量应用,所以中国已经把高纯石英砂列为了战略物资,同时高纯度石英原料矿也是稀有矿脉。
中国有这样的“沙子”吗?
上个世纪90年代,中国就已经能生产符合国际标准的高纯度石英砂,但是事到如今,高纯度石英砂的生产却越来越难。
这是因为当年的生产原料十分奢侈,是天然水晶。天然水晶同时也是重要的工艺品原料,在高强度开采下,早在10多年前,我国江苏东海较大规模的水晶矿已经基本枯竭,现在已经很难再找到大规模的水晶矿。
世界上手握芯片专利最多的国家是美国,拥有世界上最优质石英矿的国家还是美国,美国有一处名为斯普鲁斯派恩的矿脉,这里最著名的是各种宝石,除此之外,就是高纯度石英砂。
这座矿非常奇特,是全世界唯一一处受到阿乐汉尼·绿片岩运动影响的矿脉,这片矿区开采出的石英晶体的体积大,有害杂质还很少,是生产高纯度石英砂非常非常理想的原料。
美国尤尼明公司则是在这里开采石英砂的主要公司,这家公司曾经的市场份额高达90%,可以说,尤尼明公司能够长成世界巨头,斯普鲁斯派恩矿占大部分原因。
在江苏、湖北也有大型石英矿,中国早就实现了中低端石英砂的生产和出口,但是因为有害杂质太多,高端石英砂还是需要找美国公司进口。
中国国内的矿产特点就决定了,中国企业能走的路比较艰难,用低品位原料提出制备高纯度产品,无法像美国一样,能够享受大自然的赏赐。
同时还要注意,尤尼明公司虽然说是运气好,但是技术实力也很强,有点像漫威中的瓦坎达,靠着一处矿点出了世界顶尖的科技树。这家公司的生产标准在行业内就被视为国际标准,并且质量管理和产品一致性也比竞争对手高很多。
举个例子,前面说到拉硅锭用的石英坩埚,这是一个消耗品,其内壁必须使用尤尼明石英砂制造,如果用印度石英砂,寿命只有200小时,按照70小时拉一个硅锭计算,只能拉两个硅锭,寿命剩下60个小时,只能报废。而用尤尼明石英砂就可以达到400个小时,同样的坩埚,可以拉出5个硅锭,稍高的价格却能带来寿命和产能的成倍增长。
尤尼明公司同样也不是善茬,早早就进行了技术垄断,封锁了生产工艺信息和参数。
不过同时也有很多好消息,石英砂就算是再高级再难,也就是难在矿物勘探,质量管理、提纯工艺,这三个困难未来都可以被克服。
目前中国新疆阿尔泰地区,发现了超大型石英矿床,和美国斯普鲁斯派恩矿有异曲同工之妙,很有开采前景。
中国也有很多企业用小数点后两个9的矿石提纯出了小数点后5个0纯度的石英砂,随着中国芯片多个项目上马,光伏产业发展,对高纯度石英砂的需求会越来越大,中国有朝一日也必将实现自给自足。
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