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离子束设备与工艺解决方案的国产化替代——“中国智能制造科技进展”案例展示

发布时间:2024-07-05 作者:中国机械工程学会 
关键字:智能制造 
       进入21世纪,智能制造作为新一代信息技术与先进制造技术深度融合的新型生产方式,已然成为新一轮工业革命的核心驱动力。从自动化生产线到智能机器人,从大数据分析到物联网技术,从机器学习到人工智能的运用,智能制造正在不断推进传统制造业进入一个更加智能、高效、可持续的制造新时代。
 
       2017-2023年,中国科协智能制造学会联合体(IMAC)连续开展“中国智能制造科技进展案例研究”,共遴选出70项“中国智能制造科技进展”案例。成果领域涵盖高档数控机床与基础制造装备、工业机器人、汽车、航空航天、新一代信息技术、纺织、轨道交通、船舶及海工装备、能源装备、工程机械、农业机械、纺织、建筑焊接等制造业重点领域;技术领域涉及工业物联网平台、大数据管理系统、人工智能技术在工厂应用、智能制造设备、柔性智能制造产线、云制造系统、智能工厂、大规模定制平台等。
 
       近期,我们将展示智能制造的科技成果和创新应用,感受智能制造带给制造业的变革与创新。
 
离子束设备与工艺解决方案的国产化替代
 
       离子源及离子束装备是纳米级极端微纳加工的基础核心设备,广泛应用于消费电子、航空航天、国防军工、光通信、泛半导体等多行业领域,但核心技术与高端产品长期被美国、日本、德国、英国等国长期垄断,比如美国应用材料(AMAT)、泛林(LAM)、美国Veeco、德国scia、日本光驰、佳能、爱发科、德国莱宝、英国牛津等等,在半导体、精密光学和国防军工等各个战略领域都依然占据90%以上的垄断地位,也曾被列入巴黎统筹委员会对华禁运名单(目前仍然对军工领域禁运),在各个行业领域普遍存在着工艺受限、价格贵、货期长、服务差等问题。离子源和离子束设备也是光子计算、量子通信、虚拟及增强现实、超表面、生物芯片等未来技术的关键“使能”技术手段。
 
       博顿光电科技有限公司针对制约我国超精密制造发展的“卡脖子”技术,从源头核心技术和关键工艺突破,开拓了一条核心部件离子源-离子束整机装备-工艺应用解决方案的全链条技术路径,通过软件、硬件与工艺的一体化融合及智能化配置,实现高性能离子源及离子束整机装备的全国产化,支撑我国精密光学、军工航天、新材料、半导体等战略性产业的创新和发展升级,带动国内相关产业向更高端、更精密、更深入的领域迈进。
 
       离子束设备与工艺解决方案的创新性体现在:开发并加工出米级大口径离子源,可实现对1.5m以上的超大口径光学器件加工;实现高均匀性、高寿命、高精度束流控制的高性能离子源开发;基于人工智能和模糊控制算法的复杂环境宽光谱自适应光学薄膜厚度实时监控技术,有效融合超精密极端工艺,提升当前真空薄膜工艺的控制能力与精度水平;通过原子级质-能束协同加工机理的研究,实现离子束增减材协同制造,完成颠覆性工艺-亚5nm超薄纳米银薄膜的验证。
 
       本项科技进展中,全自主开发的核心部件产品离子源和离子束整机装备已实现批量生产和市场化销售,产品具有离子束辅助沉积、离子束溅射、离子束刻蚀、离子束抛光、离子束表面清洗等原子级增减材工艺能力,突破半导体、航天军工、新材料等国家战略产业中的“卡脖子”关键设备及零部件的国产替代,打破国外市场垄断和技术封锁,在国内离子束技术装备中实现最广泛应用场景的工艺验证。
 
典型应用案例:
 
       产品成功应用于多项国家级课题和协助解决了多项“卡脖子”问题,例如在航天探测领域实现全国最大的SiC光学遥感反射镜大面积高均匀性低温镀银;在超高精度激光陀螺反射镜的亚纳米抛光修形、超低损耗高抗激光极致指标镀膜;在国产光刻机镜头的超光滑镜片亚纳米抛光修形、掩膜版超百层纳米级薄膜、紫外超低吸收镀膜等工艺应用,使众多战略领域的设备仪器全国产化成为可能。
 
       本项目产品高性能离子源进入半导体领域并实现批量和标杆客户复购的离子源产品,助力半导体领域特色工艺线应用实现突破。同时,开发出矩形射频离子源产品,在高温超导带材领域实现了超薄超高精度种子层薄膜的低温大面积卷绕式镀膜量产,打破国外友商在此方向的垄断地位和禁运限售,基于带材卷对卷镀膜设备应用工艺,未来还可探索光伏太阳能、OLED、VR/AR新型显示等方向的颠覆性工艺应用(TCO、超薄超高精度种子层、透明电极层、大面积体全息衍射光波导等)。
 
       离子源及离子束整机装备处于光电和泛半导体领域的上游,作为光电和泛半导体领域微纳加工的关键生产设备,具有真空镀膜、真空刻蚀、抛光等功能,应用十分广泛,且市场延展性较强,可广泛应用于消费电子、汽车电子、LED显示、光通信、半导体、MEMS、航空航天、国防军工、生化医疗等新兴战略性产业,市场空间巨大。在国内市场,综合各类应用场景,离子源产品线的空间规模约为100亿人民币/年;离子束微纳加工装备的总体市场规模约为200-500亿人民币/年。
 
       离子束设备与工艺解决方案的开发,已申请相关知识产权近200件:提交发明专利申请70件,授权31件;提交实用新型专利申请61件,授权53件;提交外观设计专利申请17件,授权17件;提交PCT申请7件,提交日本专利申请1件,正在提交台湾专利申请1件;软件著作与产品登记18件。国标1项、团标3项,牵头制定了国内工业领域离子源的第一个团体标准,发表nature子刊高水平论文1篇。
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