【簡介:】荷蘭的軍事工業(yè),由于二戰(zhàn)后的工業(yè)發(fā)展較快,特別是在上世紀七十年代,電子半導體時代到耒,荷蘭呈現(xiàn)出如象菲利普這樣先進企業(yè),且很快成為世界級的電子跨國公司。有此基礎(chǔ),軍事工業(yè)也
荷蘭的軍事工業(yè),由于二戰(zhàn)后的工業(yè)發(fā)展較快,特別是在上世紀七十年代,電子半導體時代到耒,荷蘭呈現(xiàn)出如象菲利普這樣先進企業(yè),且很快成為世界級的電子跨國公司。有此基礎(chǔ),軍事工業(yè)也快速發(fā)展,這從幾方面試談一下:荷蘭在1963年,軍費占政府予祘19%后在1973年開始逐年下調(diào),但在1991年,經(jīng)改革,進入發(fā)展的快車道。一,造船能力,是荷蘭強項,尤其兩棲攻擊艦,即以鹿特丹級為荷蘭港命名。排水達13000T,與約翰特維特級相彷。潛艇,A丨卩動力系常規(guī)柴油潛艇海鱔級,另有更先進些的海象級,雖在動力和排水只1600T至2000T,但其火控雷達及魚雷導彈,如三坐標搜索雷達,夜視糸統(tǒng),都是自配較強的,還有如海麻雀對艦導彈,四聯(lián)防空導彈等。各種艦能造,數(shù)量少點,仍有出口。二,它的相控陣雷達,用在艦機上較早,且很先進,這對超視距先敵發(fā)現(xiàn)是很有幫助的。包括它改造飛機的航電糸統(tǒng),都是世界有名的,如改造F16,已有三次升級,達到三代半的効果。這些都超過歐洲和日夲,所以它是F16的海外最大生產(chǎn)廠。三,它在以色列的影響下,軍工發(fā)展很快,正向精高邁進,它改造豹二型坦克主炮為120毫米滑膛炮,射速達2000米每秒,超過世界最高射速,就是能擊毀現(xiàn)有世界任何主戰(zhàn)坦克。目前,它的芯片母機光刻機,也是世界首屈一指的。除上述外,它的軍工研發(fā)能力及核能力都是令人曙目的,雖在多方面仍落后于英法德,但在與瑞典,西班牙,意大利等比較中是名例前矛的,以上是我對荷蘭軍事工業(yè)一點了解和認識。
荷蘭的軍事工業(yè)不算大,但是在光學、電子和精密冶金方面水平不俗。荷蘭軍工和其整個工業(yè)一樣,從“海上馬車夫”和七省時代一直延續(xù)下來的所謂“行會”擁有強大的影響力,打個比方,荷蘭的冶金、電子和光學軍工單位最主要的行會是MCW,冶金行業(yè)雇主聯(lián)合體,該組織成立于1951年,號稱其前身是中世紀就存在的,在荷蘭的商業(yè)和工業(yè)政府部門有著極為強大的影響力。DIA荷蘭工業(yè)營銷協(xié)會是負責進行國防訂單洽談的獨立團體,每年荷蘭工業(yè)企業(yè)都會拿出一大筆錢來供養(yǎng)DIA,其在荷蘭經(jīng)濟事務部中有著相當影響力,是許多荷蘭軍事工業(yè)訂單的總包商,然后再由其分包給荷蘭中小企業(yè)。另一家荷蘭金屬制造業(yè)行會Metallunie,據(jù)說成立于1930年前后,現(xiàn)在集合了超過5000架荷蘭企業(yè),基本都是金屬制造業(yè),從農(nóng)具到汽車和造船都能搞定,這些年在電子、塑料和高分子制造方面也有了相當大的實力。
跟Metallunie搞多元化類似的還有MN聯(lián)合會和荷蘭機械與電子工程行業(yè)協(xié)會FME,前者主要集中了荷蘭精密制造和電氣工程的相關(guān)企業(yè),在玻璃、高分子、光學以及儀器制造、真空處理等方面掌握著很多不錯的技術(shù)和設(shè)備,后者據(jù)說涉及的企業(yè)占荷蘭工程類企業(yè)總產(chǎn)值的80%以上,有2000多會員,但更多是提供資訊和咨詢服務。另外像荷蘭燃氣論及協(xié)會VGT這些年也很活躍。
世界上最頂尖的光刻機來自荷蘭,荷蘭是如何做到的?
答:近幾年來,中國科技行業(yè)遭到國外的嚴重打壓,尤其是電子芯片成為我國半導體領(lǐng)域最突出的短板,生產(chǎn)芯片最重要的設(shè)備是光刻機,世界上先進的光刻機主要由荷蘭一家名為阿斯麥(ASML)的公司制造,市場占有率超過80%,而其中最先進的極紫外光刻機(EUV光刻),全世界只有ASML一家公司能制造。
ASMLASML雖然是一家荷蘭的公司,但是出口光刻機受到西方國家的嚴格控制,ASML的大股東包括美國因特爾、臺灣積體電路制造(臺積電)、韓國的三星、荷蘭皇家飛利浦電子公司等等,其中因特爾占有股份大約為15%,臺積電大約5%。
ASML的股份結(jié)構(gòu)相當復雜,國際上眾多大公司參股,使得ASML形成一個龐大的利益共同體,但是ASML受到《瓦森納協(xié)定》的約束,中國也是被該協(xié)定限制的國家之一,一些敏感的設(shè)備和技術(shù)無法出口到中國。
光刻機是當今世界科技領(lǐng)域的集大成者,是人類當前科技的巔峰產(chǎn)物,ASML之所以能制造最先進的光刻機,也是因為特殊的股權(quán)結(jié)構(gòu),使得ASML能匯集當前各項前沿科技,整合各種零部件。
一臺光刻機重達幾十噸,包含十多萬個零部件,每臺機器從下單到交付要21個月,單價格超過1億美元,即便這樣買家還是排著長隊,數(shù)據(jù)顯示,ASML在2017年交付了12臺光刻機,2018年18臺,2019年26臺,預計2020年達到35臺。
電子芯片第一臺電子計算機誕生于1946年,位于美國的賓夕法尼亞大學,當時研究人員使用了18000個電子管,1萬多個電阻和電容,6000多個開關(guān),總重量30多噸,啟動時功率高達150千瓦,運算能力為每秒5000次。
每秒5000次的計算能力,還遠遠比不上現(xiàn)在幾塊錢的掌上計算器,人類科技之所以有這么大的進步,就是因為有了芯片的發(fā)明,而芯片的發(fā)明者是美國人杰克·基爾比,他在2000年因此獲得諾貝爾獎。
杰克·基爾比1947年畢業(yè)于美國伊利諾斯大學,然后就職于德州儀器,擔任研發(fā)工程師,期間產(chǎn)生了一個天才的想法——把所有的元器件弄到一塊材料上,并相互連接成電路。
杰克·基爾比很快付諸實踐,并開始構(gòu)思這個電路,然后以硅作為材料,制造出了人類第一個芯片,他把自己的想法告訴公司后,受到了公司的高度重視,次年,杰克·基爾就申請了專利。
利用杰克·基爾比發(fā)明的芯片,我們就可以把一臺幾十噸的計算機“裝進”一個指甲蓋大小的體積內(nèi),而且運算速度大幅提高,功耗大幅降低。
光刻機原理光刻機的基本原理并不是機密,但其中的零部件不是誰都能制造的,以至于外國人對我們說“即便把光刻機的所有圖紙給你們,你們也造不出來光刻機?!?/p>
制造芯片首先需要用到的材料就是高純度硅,然后把硅切片得到晶圓,接下來就是高精度的晶圓加工,也是光刻機中的核心技術(shù)。
我們首先在晶圓上涂一層特殊的材料,該材料在光線的照射下會融化蒸發(fā),于是我們使用繪制好圖案的透光模板,經(jīng)過特殊激光照射后,就能在晶圓表層的材料上刻出圖案,然后用蝕刻機刻蝕晶圓,分化學刻蝕和電解刻蝕(比如用等離子體沖刷等等),而沒有涂感光材料的部分將保留下來。
經(jīng)過刻蝕后,晶圓表面就留下了很多凹槽,我們向其中選擇性地摻入磷等元素,就能形成N型半導體;摻入硼等元素,就能形成P型半導體;摻入銅等元素,就相當于導線;三者按照一定的空間結(jié)構(gòu)結(jié)合,就形成了PN結(jié)(PN結(jié)可以理解為一個開關(guān)),大量PN結(jié)按照一定方式進行組合,就能完成相應的數(shù)學運算。
實際當中,一塊芯片的結(jié)構(gòu)是三維的,在一層光刻和蝕刻完成后,需要清洗干凈,然后再光刻和刻蝕下一層,這樣一直疊加十幾二十層,形成了立體的芯片,也就是這么一張小小的芯片,里面包含了數(shù)十億、甚至上百億個晶體管(晶體管包括二極管、三極管等等),比如華為麒麟990的晶體管數(shù)達到了103億。
ASML生產(chǎn)的EUV光刻機,每小時能雕刻100多塊晶圓,每塊晶圓又能分割成許多個塊芯片。
光刻機的關(guān)鍵技術(shù)物鏡制造技術(shù)
光刻機的原理并不難,但是要生產(chǎn)其中的零件并不容易,其中最昂貴且最復雜的零件就是投影物鏡,由于芯片光刻的尺寸只有幾納米,所以對投影物鏡的誤差要求極高,一張直徑30厘米的物鏡,要求起伏誤差不超過0.3納米,相當于地球這么大的球體,要求表面凹凸不能超過10cm。
這樣的精度要求,全世界只有德國的蔡司公司能制造,連日本尼康、佳能這樣的透鏡大廠也做不出來,更不用說中國的公司了。
光源技術(shù)另外,光刻機中的光源也是一項難以攻克的技術(shù)難關(guān),對于深紫外光(DUV)刻,使用的光源波長是193nm,這是光刻機中的一個技術(shù)分水嶺,芯片發(fā)展曾經(jīng)在193納米光源停滯了十多年的時間,后來浸沒技術(shù)縮短波長(原理是在表面鍍上一層薄薄的水膜,利用光的折射現(xiàn)象,可以縮短光的波長),加上各項技術(shù)的改進,最終193nm光源可以把芯片制程推進到28nm,這也是深紫外光刻的極限。
極紫外光刻(EUV)使用波長更短的激光(13.5nm),相對于深紫外光刻,需要重新研發(fā)刻蝕材料、光刻膠、刻蝕工藝等等,對精度的要求進一步提高,目前只有荷蘭ASML一家公司能制造極紫外光刻機。
而且西方國家對我國的技術(shù)打壓是非常狠的,比如2009年的時候,中國上海微電子研發(fā)出90納米的光刻機,在2010年西方國家就解除了90納米以上的光刻機對中國出口的限制,2015年又解除了65納米光刻機對中國出口的限制,讓中國的光刻機技術(shù)發(fā)展完全失去市場。
在這樣的情況下,中國芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展舉步維艱,光刻機包含的關(guān)鍵技術(shù)太多,一時半會我們是繞不過去的;其實中國并不缺乏人才,只不過人才要用到什么領(lǐng)域,需要政策引導才行,想到中國天眼FAST在2018年的一次網(wǎng)上招聘,年薪10萬難覓駐地科研人才,讓人感慨不已。
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光刻機恰恰是全球化的產(chǎn)物。
以水為介質(zhì)的浸潤式微影方式起點在臺積電。
超細十三納米波長紫光技術(shù)來自美國里根時期。該技術(shù)推動者是英特爾。
還有德國蔡司提供的獨一無二的反射鏡。
ASML一開始就是輕資產(chǎn)戰(zhàn)略,90%零配件外購,每年投入十三億歐元的研發(fā)費用。8000多員工有7000多研發(fā)人員。所以是資本密集和技術(shù)密集型的企業(yè),深度嵌入到全球產(chǎn)業(yè)鏈當中。為什么其他競爭對手沒有趕上ASML?如尼康。因為他們嵌入芯片這條產(chǎn)業(yè)鏈還不夠深入。
英特爾、臺積電和三星分別出資41億、8.38億、5.03億歐元,在研發(fā)過程中,ASML的研發(fā)實際上是開放式和溝通式的,他們會反過來詢問這三家企業(yè)的意見。因為ASML光刻機的任務就是盡量延伸摩爾定律。摩爾定律就是英特爾創(chuàng)始人戈登摩爾提出的:當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數(shù)目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。這就要求元器件單個體積減少,讓同樣大小的芯片能夠容納更多。而如此細微的芯片,在制造時候需要通過攝像投影的方式來展現(xiàn)出芯片設(shè)計的線路。
這臺機器必然精度極高,技術(shù)十分復雜。而全球化產(chǎn)業(yè)鏈中,大量精細制造的企業(yè)就是圍繞這個體系在不斷完善自己的技術(shù)。我們經(jīng)常說,有些企業(yè)一個鏡片都要專研數(shù)代人,這些器具用來干嘛的?就是為了同步于這類高精度產(chǎn)品的創(chuàng)新。
ASML基本不會缺錢,因為只要開口,三大股東會爭先恐后的奉上資金。而正是因為這種橫向的大企業(yè)之間的合作,使得這條產(chǎn)業(yè)鏈上ASML成為唯一。
反過來,尼康的問題就在于不夠全球化,或者換個話說死于“工匠精神”。我們看到很多日本傳統(tǒng)手藝保護的很好。日本很習慣一直延續(xù)主流技術(shù)路線往下走,變通十分困難。也不善于吸收他國技術(shù)特長,從而在技術(shù)上很明顯和ASML拉開了差距。我們以前在其他問答也提到過日本社會這種現(xiàn)象,論資排輩,父死子繼等固化特征,導致了尼康到黃光之后再無技術(shù)能力往前推進一步。追求穩(wěn)定性的英特爾自然而然將訂單整體轉(zhuǎn)移給了ASML。(日本不停點錯科技樹原因大致始于其階層固化)
如何讓技術(shù)走牛:尊重知識,嵌入全球價值鏈,然后用技術(shù)競爭的方式踢走對手,如ASML踢走尼康。廣納全世界人才,要有包容心。融合實踐精神的教育體系,培養(yǎng)有用的人才。