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国产镀膜设备与国外到底还有多大差距?

国产镀膜设备与国外到底还有多大差距?

  • 分类:真空杂志
  • 作者:iVacuum真空聚焦
  • 来源:iVacuum真空聚焦
  • 发布时间:2020-08-11 11:08
  • 访问量:

【概要描述】

国产镀膜设备与国外到底还有多大差距?

【概要描述】

  • 分类:真空杂志
  • 作者:iVacuum真空聚焦
  • 来源:iVacuum真空聚焦
  • 发布时间:2020-08-11 11:08
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        本文转载已得到原作者周予坤(知乎账号:周予坤)的授权


        前些日子的芯片爱国潮里,被揪出来的国产镀膜设备依赖进口的问题,一度也是沸沸扬扬。日本的一家只有300多人的小公司 Canon Tokki,因在OLED镀膜领域拥有显著的技术优势而跃入人们的视野。作为镀膜行业从业十几年的一个普通技术业者,在看了连基本概念都弄错了的新闻报道之后,虽然很想一笑置之,但仔细想了想之后,也不禁汗毛直竖,国产镀膜设备到底还是差得远了点。

        那么国产镀膜设备差在哪呢?听我尝试说一下。


一、镀膜设备的分类
        这个问题如果在十年之前,其实是很容易回答的,就是两个大类:物理沉积设备和化学沉积设备。现在这样回答也是没错的,但现在再这样回答就没办法把事情说清楚了,所以笔者想从应用领域上分成以下几类:

        传统光学器件(镜片、滤光片)所用的镀膜设备:单腔体或多腔体蒸发式镀膜设备、溅射式镀膜设备;

        新材料领域的柔性设备:卷对卷柔性镀膜设备;

        光通讯行业:离子束溅射镀膜设备;

        半导体及相似工艺:化学气相沉积设备;

        功能膜:多弧离子镀设备、溅射设备、蒸发设备;

        玻璃工艺:溅射式连续线;

        其余的就得归到“工艺定制设备”这个范围里面了,例如车灯镀膜设备、太阳能的共蒸发设备、光纤镀膜设备、太阳能管设备,等等。


二、上述设备有哪些能够国产,哪些依赖进口?
        最简单的解释就是:产出利润低的,能够国产;高附加值的,都依赖进口。

大体说说:

        传统光学镜片滤光片:在国内产业化的时间大约开始于1995年左右,当时日日本的许多公司进入中国建立工厂,例如佳能、尼康、奥林巴斯。这些公司司带来的不仅仅是日本公司的产品输出,也带来了整个产业链向中国扩散。当时镜片镀膜设备在中国超过10台的公司仅仅只有几家,设备几乎全部都是日本的shincron、昭和两个品牌。再过几年,德国的莱宝光学也进入中国市场,并且一出手就是直接抢占了较为高端的滤光片和光通讯市场。而这个时候国产设备号称:北有“北仪”,南有“南光”。如果在2005年左右对比国内设备和国外设备的差异,笔者认为2005年产的日本shincron设备,至今2018年能够甩国产设备至少10年。

        光通讯行业:现在还没听说过哪家国产设备能够成功量产100g频率带宽的波分复用滤光片。

        卷绕设备:至今还没有哪家国产设备商能够产出宽幅1.6米以上,同时开12个溅射靶的设备。

        半导体行业:各位可曾听说国产设备商参与竞标?

【注】低利润产业不在这次要说的范围之内。


三、拆开来说,镀膜设备哪些零件无法实现超越?
        这才是痛点。

        镀膜设备就像其他很多精密设备一样,不仅仅是一个“机器”,它更像一个类似生态系统的复杂机构,大体来分可以分成几个部分:

真空形成系统;
        发射源和沉积系统;
        沉积环境控制系统;
        监控系统;
        传动机构系统。
        当然,不同的设备对这些部分的划分都是不同的,但多数都逃不出这样的划分体系。

下面让我们分开具体说说。

        真空形成系统:先说泵,德国莱宝、英国爱德华、日本ULVAC、美国brooks、日本丸山真空、日本大阪真空,至少占了整个市场的7成份额,到今年(2018年)为止,笔者还没看到哪怕一台被认为中高档设备上使用中国品牌的真空泵。这些真空泵包含机械式旋片泵、滑阀泵、罗茨泵、分子泵、低温泵。比较好的是扩散泵,这几年看到中国制造的了,但相对来说技术含量较低。

        发射源和沉积系统:热蒸发系统制作简单,国产一直有能力制作。但是普遍使用的电子枪系统,至2014年还都是依赖进口,这几年看到了一些国产品牌,使用效果评论不一。溅射式镀膜设备使用的DC或者MF、RF电源,国产的只适用于装饰膜或功能膜产业,只要是光学膜产业,基本上溅射电源都还是进口的,主要市场被美国AE和德国霍廷格所占据。离子束溅射所需的RF离子源,目前严重依赖进口,美国plasma process group的RF源系统比较常见,国产的是一个都无,就连RF源上用的三层珊网都要依赖进口,16cm的每套接近十万元,而这个东西,还是个消耗品。

        沉积环境控制系统:先说质量流量控制器(mass flow controller),目前比较高端的产品就是英国的MKS、荷兰的bronkhorst,中端的有泰朗、brooks、泰利德,毫无疑问也是进口产品。国产的能够在比较低端的设备上用用也算是进步了。再说真空计,作为真空系统必须要有的测量设备,德国inficon、英国爱德华、日本ULVAC几乎垄断了中国市场,国产的各位上某宝或者阿里的网页上看看样子(都不用看参数)就自然了解了。还有气体分析仪,主要是英国MKS、美国斯坦福、德国zirox的产品,国产的没有。

        监控系统:这个更痛,说起来监控系统是镀膜设备的灵魂,用比较简单的话说,镀膜设备是个汤锅,你放了多少盐,自己可以尝一尝,不够就加。而镀膜设备里面,确认膜厚的监控设备精度就决定了这个设备的精度。例如光控系统,它可以直接测量镀膜膜层厚度,现在国产设备的控制方式是晶控(晶控仪还多数是进口的),只有进口的高端设备才配光控,这就跟睁着眼睛下棋和蒙上眼睛下棋之间的差异。目前光控系统(可见光区域)比较成熟的,德国zeiss、日本的朝日有一套系统,剩下的还有shincron和光驰都有自己品牌的光控,这几年台湾设备也开发了这个系统并且投入量产。国产光控系统有么?有的。但是其可靠性实在太差了。激光光控系统方面,主要还是光通讯设备上用的,一般是美国vecoo产,近一两年也听说了国产开发的系统,但是其主要配件(激光器和光功率计)还是美国进口的。

        传动机构:这个还好,国产够用了,以前的磁流体密封件都是进口的,近几年有国产的了,已经投入量产。


四、最痛的点,是国产设备系统的整合
        上面也说了,基本上所有的高端设备核心组件都是依赖进口的,那么换句话说,我从外国买东西,回来自己组装不行么?这样的话,我照样可以拥有一家高品质设备制造企业呀!

        答案是:真的不行。

        镀膜设备系统的构架,表面看上去就是一个自动化问题,PLC控制各个组件,加一个工控电脑做图形化界面就可以了。但是,镀膜是一个门槛比较高的行业,这个门槛实际上体现在基础工程师的技能水平。一个好的工程师,使用手动设备能做出来的产品有时候比一个差的工程师使用自动设备做出来的还要好一些,所以设计制造镀膜设备系统的人,对镀膜理解的程度决定了这个设备的设计框架的先进性。

        但现实是:国内生产镀膜设备的企业,根本不重视工艺开发。我所见到的国产设备商,核心技术人员就是3、4人,一个负责机械设计,一个负责电路设计,一个负责自动化,一个负责工艺调试。

        简单一句话讲,就是技术人员整合的平台厚度不足,会自动化设计的不懂镀膜,会镀膜的不懂设备制造。所以做出来的东西,要么是100%仿制进口设备,要么就是做出来的系统不伦不类,不好用。

        这还不是全部,作为核心控制系统的光控,进口的光控系统是要依托一些光学原理算法进行控制的,而自动化方面的设计人员对这些根本不懂。一位业内的朋友告诉笔者,如果有人能够把光控系统整合在设备制造中稳定运行,不管是二手设备翻新还是一手设备制造,这在现在的中国,都是具有绝对技术优势的,能创造很大的利润。

        上面说的是问题和难度,但是痛是痛在哪里呢?笔者个人的观点是:

        作为整个行业从业人员的一份子:我痛在发展方向不明,无法触及世界高端镀膜技术领域,只能拾人牙慧。

        整个行业痛在:产学研根本不成体系。大学里面的理论高手老师教授们,非常少接触行业实际运用和制造,做出来的东西要么只是为了发论文,要么是为了忽悠经费,就凭实验室那些设备,真心没看到能搞出来什么好东西。

        而产业上:首先愿意投资研发的公司太少,其次即使投资研发,行业深度太浅导致研发突破太难,多数都还是跟在美、日、德公司产品后面仿制产品,而对方也看到了咱们人傻钱多,故意诱导整个产业往低利润的量产型设备上投资。例如美国的应用材料公司,最近十年在中国可以说赚得盆满钵满。

五、结    语

        综上所述,国产镀膜设备不是比不上进口镀膜设备,而是根本没资格和人家比。

        中国的镀膜产业,承接的是发达国家不要的低利润产业,尚未能取得突破。要想在国产镀膜设备和国产镀膜产业上有所突破,就目前看来短时间内还是没什么希望的。

        但是最近十年左右,外资企业的技术扩散相当程度上起了积极的作用。等到投资方能有耐心又有整合能力的时候,等到国内中坚人才厚度达到一定程度之后,等到学校的教授们能真正拿出来可以展示的产品而非论文的时候,中国镀膜行业也就离起飞不远了。

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