大尺寸、高品質(zhì)藍(lán)寶石窗口及襯底器件的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目建設(shè)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(chǎn)業(yè)升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整專項(xiàng)項(xiàng)目項(xiàng)目資金申請報告項(xiàng)目名稱：大尺寸、高品質(zhì)藍(lán)寶石窗口及襯底器件的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目建設(shè)單位：哈爾濱某某光電技術(shù)有限公司建設(shè)地址：聯(lián)系人：聯(lián)系電話：08傳真：電子郵件：項(xiàng)目主管部門：黑龍江省經(jīng)濟(jì)委員會國家產(chǎn)業(yè)升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整專項(xiàng)項(xiàng)目項(xiàng)目資金申請報告項(xiàng)目名稱：大尺寸、高品質(zhì)藍(lán)寶石窗口及襯底器件的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目建設(shè)單位：哈爾濱某某光電技術(shù)有限公司建設(shè)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(xiàng)目主管部門：黑龍江省經(jīng)濟(jì)委員會編制單位：司大尺寸、高品質(zhì)藍(lán)寶石窗口及襯底器件的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目資金申請報告大尺寸、高品質(zhì)藍(lán)寶石窗口及

2、襯底器件的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目資金申請報告 為該項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。2.6.3項(xiàng)目的技術(shù)原理晶體生長的技術(shù)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(nèi)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(zhì)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(zhì)、質(zhì)量、尺寸均會得到嚴(yán)格的控制。原材料利用率超過97% 由于在高真空條件下實(shí)施工藝，熱區(qū)材料損耗小，工藝控制簡單方便， 重現(xiàn)性強(qiáng)。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(zhì)量的藍(lán)寶石晶體角度，泡生法無疑是最先進(jìn)、最經(jīng)濟(jì)的方法。這一點(diǎn)已被國外多家公司的產(chǎn)業(yè)化實(shí)例所證明。 冷心 放肩微量提拉法是從泡生法技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展出來的新方法，在提拉方 式、能量控制、溫度場設(shè)計等方面均較泡生法有明顯的改進(jìn)，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(jié)晶過程晶向遺傳特 性良好，保證材料的優(yōu)良品質(zhì)。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(shè)計使得高溫區(qū)內(nèi)材料壽命提高，大大降低了生產(chǎn)制造成本。與泡生法相比，僅此一項(xiàng)，每生產(chǎn)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(lán)寶石晶體。超聲振動加工技術(shù)的原理及工藝特點(diǎn)國內(nèi)藍(lán)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(xiàng)目采用超聲振動加工技術(shù)，大大提高了材料的利用率和加 工精度，材料的利用率可達(dá) 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(dá)到士 0.05。技術(shù)原理如下： 藍(lán)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(jié)合的 一種復(fù)合加工方法，它是在磨削加工藍(lán)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(lán)寶石材 料在表面微層區(qū)域內(nèi)達(dá)到共振狀態(tài)，并在表面0-30微米范圍內(nèi)擊碎， 并經(jīng)后續(xù)研磨去除，采用該方法可低成本、高質(zhì)量的制造出藍(lán)寶石棒 材。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，其生產(chǎn)效率磨

6、削方法效率約提高5倍；加工表面質(zhì)量好，表面粗糙度可達(dá) 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(zhì)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(shù)，結(jié)合技術(shù)特點(diǎn)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(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢如下：可利用傳統(tǒng)的機(jī)械加工設(shè)備，如磨床、銑床、鉆床等設(shè)備，只要 將超聲振動設(shè)備同機(jī)床的主軸有效的聯(lián)接即可已實(shí)現(xiàn)超聲振動加 工;設(shè)備使用方便，刀具簡單，可實(shí)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(dá)Ra0.30.9 m晶體棒料的加工后定向精度可達(dá)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(shí)現(xiàn)單晶體加工制造單位質(zhì)量成本：低于1000元/Kg。2.6.4項(xiàng)目技術(shù)產(chǎn)業(yè)化成熟性分析：技術(shù)適用性、成熟性分析技術(shù)由中試過渡到產(chǎn)業(yè)化過程是單臺爐擴(kuò)大到多臺爐的過程，無技術(shù)難題和工藝障礙。泡生法已由國外多家公司驗(yàn)證，并正在實(shí)施產(chǎn)業(yè)化，本技術(shù)在其 基礎(chǔ)上的改進(jìn)，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(chǎn)直徑為220-260m m的藍(lán)寶

8、石晶體，成品率可達(dá)85%利用超聲振動結(jié)合磨削工藝生產(chǎn)藍(lán)寶石晶棒，藍(lán)寶 石材料利用率可超過35%產(chǎn)品已銷往臺灣和國內(nèi)多家企業(yè)。產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程分析產(chǎn)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(jī)自動控制，產(chǎn)品質(zhì)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(jīng)承擔(dān)過的國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目情況公司承擔(dān)了 2006年度國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目，2-7英寸 半導(dǎo)體襯底晶圓及其關(guān)鍵設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化，并于 2008年3月份通過國 家發(fā)改委的產(chǎn)業(yè)化驗(yàn)收，項(xiàng)目驗(yàn)收結(jié)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(zhì)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(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技 術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)“ LED用2-7英寸襯底晶圓及其專用設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng) 目驗(yàn)收會。驗(yàn)收委員會聽取了項(xiàng)目建設(shè)單位關(guān)于產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目建設(shè)的工 作總結(jié)報告、技術(shù)總結(jié)報告，審查了項(xiàng)目資金使用審計報告、項(xiàng)目產(chǎn) 品的質(zhì)量檢測報告、項(xiàng)目建設(shè)環(huán)境影響、消防、勞動安全、衛(wèi)生及職 業(yè)病防護(hù)、檔案管理等各分項(xiàng)驗(yàn)收報告，依據(jù)國家發(fā)展改革委的批復(fù) 內(nèi)容，經(jīng)討論形成驗(yàn)收意見如下：該項(xiàng)目突破了240-260mm藍(lán)寶石晶體生長技術(shù)、高效率加工技術(shù)、專用設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)等難題，實(shí)現(xiàn)了 LED用2-7英寸襯底晶圓及其專用設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化，起到了示范工程作用；項(xiàng)目承擔(dān)單位在規(guī)定時間內(nèi)，完成了批復(fù)文件規(guī)定的產(chǎn)業(yè)

10、化 建設(shè)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)40噸240-260mm藍(lán)寶石單晶及40臺專用生 長設(shè)備的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品質(zhì)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(jīng)濟(jì)、社會效益，為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；國家發(fā)改委批復(fù)總投資額為5123萬元。根據(jù)黑龍江華盛會計 師事務(wù)所提供的專項(xiàng)審計報告(黑華盛專審字2008第001 號),項(xiàng) 目建設(shè)完成總投資5669.9萬兀。資金籌措方面：項(xiàng)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(guān)管理規(guī)定要求；根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)屬地各級管理部門出具的分項(xiàng)驗(yàn)收文件，項(xiàng)目 在建設(shè)過程中滿足了環(huán)鏡保護(hù)、消防、勞動安全、衛(wèi)生及職

11、業(yè)病防護(hù)、 檔案管理等要求；項(xiàng)目建設(shè)管理規(guī)范。綜上，驗(yàn)收委員會認(rèn)為：該項(xiàng)目全面完成了批復(fù)的建設(shè)內(nèi)容，經(jīng) 費(fèi)使用合理，驗(yàn)收材料齊備，同意通過驗(yàn)收。建議：完善產(chǎn)品系列，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模2.6.6項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度分析本項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化，對相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步將會帶來積極的意義， 具體體現(xiàn)在：該項(xiàng)目的推廣應(yīng)用，可為我國新興的航空航天業(yè)提供關(guān)鍵的器件 保障。很久以來，國內(nèi)大尺寸、多波段通透藍(lán)寶石窗口器件一直依賴進(jìn) 口，在訂貨周期、保密、限制尺寸能力等多方面境外對我國進(jìn)行封鎖， 嚴(yán)重影響了國內(nèi)航空制造、航天業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)成為制約該領(lǐng)域發(fā)展 的瓶頸，本項(xiàng)目的推廣實(shí)施，可大大改善國內(nèi)大尺寸、多波段通透藍(lán) 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(shí)現(xiàn)快速 發(fā)展。本項(xiàng)目實(shí)施，還可為LED產(chǎn)業(yè)提供必要的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性襯底材 料支持我國目前LED產(chǎn)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(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流要求。本項(xiàng)目技術(shù)的推廣應(yīng)用，可以為困境中的 國內(nèi)LED業(yè)提供強(qiáng)有力技術(shù)支持，為降低生產(chǎn)制造成本、提高產(chǎn)品質(zhì) 量，完善產(chǎn)業(yè)鏈條，改善LED行業(yè)的產(chǎn)銷局面，將起到重要的推動作 用。該技術(shù)的推廣應(yīng)用，可為國內(nèi)相關(guān)光學(xué)加工企業(yè)制造廠擺脫困境， 盤活、激活現(xiàn)有存量資產(chǎn)，成為新的國民經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，提供技術(shù) 依托和市場保證。國內(nèi)有多家光學(xué)加工生產(chǎn)型企

13、業(yè)，目前的生產(chǎn)狀況和市場要求之 間差距較大，關(guān)鍵是光學(xué)產(chǎn)品質(zhì)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(xiàng)目的推廣應(yīng)用，可在技術(shù)本質(zhì)上解決上述問題。該技術(shù)的推廣應(yīng)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(shù)進(jìn)步，縮短與國際先進(jìn)水平的差距，確立 我國在相關(guān)行業(yè)的技術(shù)領(lǐng)先地位。該技術(shù)的推廣應(yīng)用，可降低材料加工制造成本，減少能源消耗，改善行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)該技術(shù)的推廣應(yīng)用，可減少材料消耗、降低環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)可持 續(xù)發(fā)展。2.7各項(xiàng)建設(shè)條件落實(shí)情況2.7.1基本條件落實(shí)情況項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)：哈爾濱市某某經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)海濱路

14、 6號，哈爾濱某 某光電技術(shù)有限公司廠區(qū)院內(nèi)。項(xiàng)目建設(shè)是在企業(yè)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)廠房內(nèi) 進(jìn)行，公司現(xiàn)有新建成廠房6300平方米，完全滿足本項(xiàng)目的需要。公司項(xiàng)目建設(shè)的土地、規(guī)劃已通過當(dāng)?shù)卣膶徟?，土建施工?成后獲得了廠房的房產(chǎn)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(xiàng)目建設(shè)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(yīng)保障可靠。廠區(qū)內(nèi)自來水管網(wǎng)及園區(qū)管網(wǎng)能夠滿足供水需求。 本項(xiàng)目僅需要 在原供水站和現(xiàn)有廠房基礎(chǔ)上，增加供水設(shè)備及相應(yīng)的管網(wǎng)，條件具 備。廠內(nèi)現(xiàn)有的排水設(shè)施滿足本項(xiàng)目要求。

15、某某開發(fā)區(qū)為入?yún)^(qū)企業(yè)提供了通訊、交通基礎(chǔ)設(shè)施、給排水等諸 多項(xiàng)便利條件。項(xiàng)目其他建設(shè)條件具備。272環(huán)境保護(hù)本項(xiàng)目生產(chǎn)過程中無三廢，生活污水及垃圾可利用現(xiàn)有排污設(shè)施 排放。藍(lán)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(chǎn)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(chǎn)品生產(chǎn)完成后，即成為藍(lán)寶石坯料，該產(chǎn)品可直 接分類出售，不合格品直接作為生產(chǎn)原材料再次加工。生產(chǎn)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(nèi)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(shù)量較少。由于整個工藝過程是在高真空環(huán)境下生產(chǎn)，對環(huán)境影響程度

16、極 低。本項(xiàng)目在生產(chǎn)過程中無三廢， 對周圍環(huán)境無不良影響（見建設(shè)項(xiàng) 目環(huán)境影響評價表（附件7）。2.7.3資源綜合利用生產(chǎn)過程中的冷卻水經(jīng)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(xiàng)目技術(shù)產(chǎn)品可循環(huán)使用。無廢棄 物。生產(chǎn)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(xiàng)目建設(shè)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(zhì)量熱源。建設(shè)過程中還考慮將多臺設(shè)備控制系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)合，實(shí)現(xiàn)資源共 享，一機(jī)多點(diǎn)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(jìn)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(chǎn)業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，本項(xiàng)目技術(shù)在中試過程中即針對節(jié) 能逐項(xiàng)措施開展了研究工作，在產(chǎn)業(yè)化過程中擬利用如下措施實(shí)現(xiàn)節(jié)厶匕能:合理控制加熱速度、加熱功率分布；適當(dāng)調(diào)整冷卻水溫度，增加設(shè)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(zhì)量的前 提下，提高提拉速度，縮短退火時間；在加熱體設(shè)計、熱溫區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，在保證設(shè)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(shè)計、匯流電極結(jié)構(gòu)設(shè)計、發(fā)熱體結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力設(shè)計等。本項(xiàng)目建設(shè)的節(jié)能目標(biāo)是在前期產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)上，單位產(chǎn)量節(jié)能10%單位生產(chǎn)成本可降低7-8%2.7.5

18、原材料供應(yīng)本項(xiàng)目生產(chǎn)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(nèi)采購。供應(yīng)充足，價格穩(wěn)定。消耗的原材料有鎢鉬材料，國內(nèi)生產(chǎn)能力及技術(shù)水平能夠滿足本 項(xiàng)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(nèi)供 應(yīng)充足。項(xiàng)目建設(shè)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(bǔ)助的主要原因和政策依據(jù)本項(xiàng)目屬于國家重點(diǎn)支持領(lǐng)域，是先進(jìn)制造技術(shù)、新材料等國家 重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域的關(guān)鍵瓶頸技術(shù)，是國家一五中長期發(fā)展規(guī)劃中的主 要內(nèi)容。該項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化后對國家國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)將起到重要的作用。本項(xiàng)目建設(shè)擬申請國家資金支持 2200萬元，主要用于設(shè)備的采購，項(xiàng) 目建設(shè)由于投資時間間隔短，投資密度較大，企業(yè)自身的成長、團(tuán)隊(duì) 建設(shè)、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，