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随着全球信息产业的高速发展，半导体对于科技和生活的重要性越来越大。大部分的电子产品，如计算机、通讯或工业产品中都少不了半导体器件，半导体产业涉及材料、制造、器件和应用等，整个产业链也需要很多关键的企业和技术支撑。
文/Ofweek电子工程
去年中国半导体产业发生的一些事件让很多国内半导体企业意识到了我们的短板，整个半导体产业都深知核心技术的重要性。虽然我们现在的半导体产业已经发展很快了，但仍有很多“尚未掌握”的核心技术，它们涉及到制造、材料和芯片等，一起来看看吧！
1、高端ADC芯片
ADC指模／数转换器或者模数转换器，是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。真实世界的模拟信号，例如温度、压力、声音或者图像等，需要转换成更容易储存、处理和发射的数字形式。模／数转换器可以实现这个功能，在各种不同的产品中都可以找到它的身影。ADC芯片的质量与它的速度和精度密切相关。模拟数字转换器的速度根据其种类有较大的差异。当设计者有多种ADC选择时，他们必须考虑采用哪种类型的数字数据输出是CMOS、LVDS还是CML。ADC中所采用的每种数字输出类型都各有优缺点，设计者应结合自己的应用来考虑，这些因素取决于ADC的采样速率与分辨率、输出数据速率，以及系统设计的功率要求等。
目前几乎一半的电子产品中，都有ADC芯片，随着客户对电子产品信号要求越来越高，高精度的ADC芯片成市场刚需。全球能生产出高性价比的高精度的ADC芯片的企业不到十家，而又以美国企业为主。一款好的ADC芯片体现在高精度、低功耗、转换效率等指标上，目前制造ADC芯片的温度传感器和高精度振荡器非常紧缺，这也是国内企业的一大痛点。随着全球微型化工艺的进步，ADC芯片在尺寸上越来越小；同时客户对芯片的耐操性逐渐提升，这要求芯片在选型上更加精确，这给芯片的通道选择、PGA选择、输出速率等选择上增加了很大的难度，对于初创企业而言，进军ADC芯片就是一个不断挑战的“巨坑”。
目前ADC芯片主要的供应商是德州仪器、亚德诺等公司，中国是全球最主要的ADC芯片需求方，但是国内能造出高精度的ADC芯片企业微乎其微，即便造出来了，性能和价格也无法跟上市场的节奏。可以这么说，在核心的ADC芯片供给率上，国产占有率几乎为零。虽然中国目前仍无法造出高精度的ADC芯片，但随着国家和企业的重视，已经出现了中科院微电子所、上海贝岭等ADC企业，它们已经能造出小批量的ADC芯片，在不久的未来，中国一定能造出属于自己的ADC芯片。
2、基带芯片
基带芯片是用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码。具体地说，就是发射时，把音频信号编译成用来发射的基带码；接收时，把收到的基带码解译为音频信号。同时，也负责地址信息、文字信息、图片信息的编译。基带芯片可以认为是包括调制解调器，但不止于调制解调器，还包括信道编解码、信源编解码，以及一些信令处理。而射频芯片，则可看做是最简单的基带调制信号的上变频和下变频。
基带芯片发射时，把音频信号编译成用来发射的基带码；接收时，把收到的基带码解译为音频信号，同时基带芯片也负责地址信息、文字信息的编译。可以说对手机而言，基带芯片是整个手机的核心，传统的基带芯片分为ABB和DBB两个部分，基带芯片不只是要处理数字信号，也要处理模拟信号，手机最常见的也是这些信号处理。研发基带芯片由很多难度，目前全球能生产基带芯片的厂商有英特尔、华为、联发科、高通等，这几家中拥有专利最多是就是高通。基带芯片的核心之一就是调制解调器，调制就是把需要传输的信号，通过一定的规则调制到载波上面去然后通过无线收发器发送出去的过程，解调基本是相反的过程。技术是其次，对于研发基带芯芯片困扰最大的是专利。
目前常用的基带芯片大多采用基于ARM7TDMI芯核的微处理器，ARM7TDMI是低端的ARM芯核，它所使用的电路技术能使它稳定地在低于5V的电源下工作，可采用16／32位指令实现8／16／32位数据格式，具有高的指令吞吐量、良好的实时中断响应、小的处理器宏单元ARM7能高效的运行移动电话软件。
3、触觉传感器
触觉传感器是用于机器人中模仿触觉功能的传感器。按功能可分为接触觉传感器、力－力矩觉传感器、压觉传感器和滑觉传感器等。用于机器人中模仿触觉功能的传感器。触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能，研制满足要求的触觉传感器是机器人发展中的技术关键之一。随着微电子技术的发展和各种有机材料的出现，已经提出了多种多样的触觉传感器的研制方案，但目前大都属于实验室阶段，达到产品化的不多。
据笔者了解到，市场对触觉传感器的精确、稳定的严苛要求，拦住了我国大部分企业向触觉传感器迈进的步伐，目前国内传感器企业大多从事气体、温度等类型传感器的生产，几乎没有传感器制造商进行触觉传感器的生产。除了技术方面的因素，相关材料也是一大难题。曾有业内专家表示，要获得高品质的材料，需要标准导电橡胶，导电橡胶通过将玻璃镀银、铝镀银、银等众多导电颗粒均匀分布在硅橡胶中制成，目前这种几乎依赖进口。
4、高端电容电阻
电容电阻作为电子市场中最常见的元器件，对于企业而言不可或缺。中国是最大的基础电子元件市场，一年消耗的电阻和电容，数以万亿计，这些企业的电阻电容几乎来源于日本。在直流电路中，电容器是相当于断路的。电容器是一种能够储藏电荷的元件，也是最常用的电子元件之一。
以MLCC为例，它是消费电子行业用量最大的基础元件，也是日本企业的强项。据业内人士表示，MLCC就像千层酥，只不过小得多。MLCC是一个内有电极的陶瓷块儿，米粒大小，是几百层陶瓷和几百层金属叠压起来的。制作MLCC有点像摊煎饼，陶瓷粉末浆，被刮刀摊平成厚度约1微米的涂层，再敷上去一层金属粉末浆，这就是陶瓷介质贴上了电极。烙千层的煎饼，很难平整。各家水平不一样，要是‘煎饼’裂了一道缝，电容数值就不够大。很多环节都会影响质量，如陶瓷浆和电极浆不配套，干燥时就会“起皮”，烘干太快出裂纹，烘干不彻底也会导致瑕疵……细节决定品质，目前国内尚未出现非常有影响力的MLCC企业。
5、高端光刻机
光刻机又名掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等。常用的光刻机是掩膜对准光刻，一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀等工序。光刻机的主要性能指标有：支持基片的尺寸范围，分辨率、对准精度、曝光方式、光源波长、光强均匀性、生产效率等。分辨率是对光刻工艺加工可以达到的最细线条精度的一种描述方式。光刻的分辨率受受光源衍射的限制，所以与光源、光刻系统、光刻胶和工艺等各方面的限制。对准精度是在多层曝光时层间图案的定位精度。曝光方式分为接触接近式、投影式和直写式。曝光光源波长分为紫外、深紫外和极紫外区域，光源有汞灯，准分子激光器等。
光刻机是芯片制造的核心设备之一，按照用途可以分为好几种：有用于生产芯片的光刻机；有用于封装的光刻机；还有用于LED制造领域的投影光刻机。用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板，国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口，本次厦门企业从荷兰进口的光刻机就是用于芯片生产的设备。在高端光刻机上，除了龙头老大ASML，尼康和佳能也曾做过光刻机，而且尼康还曾经得到过Intel的订单。但是近些年，尼康在ASML面前被打的毫无还手之力，高端光刻机市场基本被ASML占据——即便是尼康最新的Ar－F immersion 630卖价还不到ASML Ar－F immersion 1980D平均售价的一半，也无法挽回败局。
制造高精度的对准系统需要具有近乎完美的精密机械工艺，这也是国产光刻机望尘莫及的技术难点之一，许多美国德国品牌光刻机具有特殊专利的机械工艺设计。例如Mycro N＆Q光刻机采用的全气动轴承设计专利技术，有效避免轴承机械摩擦所带来的工艺误差。对准系统另外一个技术难题就是对准显微镜。为了增强显微镜的视场，许多高端的光刻机，采用了LED照明。对准系统共有两套，具备调焦功能。主要就是由双目双视场对准显微镜主体、目镜和物镜各1对（光刻机通常会提供不同放大倍率的目镜和物镜供用户组合使用）。CCD对准系统作用是将掩模和样片的对准标记放大并成像于监视器上。工件台顾名思义就是放工件的平台，光刻工艺最主要的工件就是掩模和基片。工件台为光刻机的一个关键，由掩模样片整体运动台（XY）、掩模样片相对运动台（XY）、转动台、样片调平机构、样片调焦机构、承片台、掩模夹、抽拉掩模台组成。
其中，样片调平机构包括球座和半球。调平过程中首先对球座和半球通上压力空气，再通过调焦手轮，使球座、半球、样片向上运动，使样片与掩模相靠而找平样片，然后对二位三通电磁阀将球座和半球切换为真空进行锁紧而保持调平状态。样片调焦机构由调焦手轮、杠杆机构和上升直线导轨等组成，调平上升过程初步调焦，调平完成锁紧球气浮后，样片和掩模之间会产生一定的间隙，因此必须进行微调焦。另一方面，调平完成进行对准，必须分离一定的对准间隙，也需要进行微调焦。抽拉掩模台主要用于快速上下片，由燕尾导轨、定位挡块和锁紧手轮组成。承片台和掩模夹是根据不同的样片和掩模尺寸而进行设计的。
6、光刻胶
光刻胶是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一，特别是近年来大规模和超大规模集成电路的发展，更是大大促进了光刻胶的研究开发和应用。印刷工业是光刻胶应用的另一重要领域。光刻胶的技术复杂，品种较多。根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。
决定光刻胶质量的因素包括：
分辨率：区别硅片表面相邻图形特征的能力，一般用关键尺寸来衡量分辨率。形成的关键尺寸越小，光刻胶的分辨率越好。
对比度：指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对比度越好，形成图形的侧壁越陡峭，分辨率越好。
敏感度：光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波长光的最小能量值（或最小曝光量）。单位：毫焦／平方厘米或mJ／cm2。光刻胶的敏感性对于波长更短的深紫外光（DUV）、极深紫外光等尤为重要。
粘滞性黏度：是衡量光刻胶流动特性的参数。粘滞性随着光刻胶中的溶剂的减少而增加；高的粘滞性会产生厚的光刻胶；越小的粘滞性，就有越均匀的光刻胶厚度。光刻胶的比重是衡量光刻胶的密度的指标。它与光刻胶中的固体含量有关。
粘附性：表征光刻胶粘着于衬底的强度。光刻胶的粘附性不足会导致硅片表面的图形变形。光刻胶的粘附性必须经受住后续工艺（刻蚀、离子注入等）。
抗蚀性：光刻胶必须保持它的粘附性，在后续的刻蚀工序中保护衬底表面。耐热稳定性、抗刻蚀能力和抗离子轰击能力。
表面张力：液体中将表面分子拉向液体主体内的分子间吸引力。光刻胶应该具有比较小的表面张力，使光刻胶具有良好的流动性和覆盖。
正是这么多关键参数影响着光刻胶的质量，一般没有技术积累的企业很难做出符合市场要求的产品。
7、锂电池隔膜
锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。 隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。
锂离子电池隔膜的主要性能要求有：厚度均匀性、力学性能（包括拉伸强度和抗穿刺强度）、透气性能、理化性能（包括润湿性、化学稳定性、热稳定性、安全性）等四大性能指标。市场化的隔膜材料主要是以聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃）类隔膜，其中PE 产品主要由湿法工艺制得，PP 产品主要由干法工艺制得。至于PE 和PP 这两种材料的特性。
由于隔膜性能的优劣直接影响着电池内阻、放电容量、循环使用寿命以及电池使用的安全性能，故锂电池制造对隔膜材料产品的一致性要求极高，除了厚度、表面密度、力学性能这些基本要求之外，对隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也都有很高的要求。因此，鉴于技术工艺的难度，隔膜材料是中国唯一还没有实现自给的锂电池关键材料。不过，自2004 年率先实现隔膜材料的国产化以来，中国的隔膜材料产业发展速度非常快，国产隔膜在中低端市场快速地、规模化替代进口产品。
8、PLC
随着工业4．0的推进，工业和制造自动化的重要性越来越高，PLC已成为现代工业自动化的三大技术支柱。PLC拥有悠久的历史，早在1971年推出叫做＂可编程控制器＂时Allen－Bradley自身就泡制出了术语＂可编程逻辑控制器＂。后来 Allen－Bradley被Rockwell Automation公司收购。术语PLC很快固定下来，特别是当个人电脑（PC）出现并采用PC这个缩略语后。
从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS中已有大量的可编程控制器应用。目前，世界上有PLC厂商基本来自于美国、欧洲和日本，德国的西门子、法国的TE、日本的三菱电机和欧姆龙等，国产品牌的PLC在国内市场份额所占比例很小，一直没有形成产业化规模。
总结：
随着中国半导体产业的快速发展，AI和物联网等技术的进步，这些尚未完全掌握的技术也会被一一攻破，当我们掌握了核心技术，对于提升国内企业的国际地位非常重要，也有利于开拓国际市场。
文章来源: https://www.toutiao.com/group/6674737815487513099/