高抗静电集成电路封装技术开发及产业化1121.docx
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高抗静电集成电路封装技术开发及产业化1121
高抗静电集成电路封装技术开发及产业化
项目计划书
武汉芯宝科技有限公司
目录
一.总论…………………………………………………………………………1
1.项目主要内容…………………………………………………………………1
2.项目概述…………………………………………………………………………4
3.项目背景…………………………………………………………………………5
4.实施项目的优势和风险………………………………………………………6
5.项目的计划目标…………………………………………………………………11
二.项目的技术可行性和成熟性分析……………………………………12
1.技术基本原理……………………………………………………………………12
2.关键技术内容……………………………………………………………………13
3.项目的技术创新点及先进性…………………………………………………14
4.项目的知识产权………………………………………………………………16
三、市场预测…………………………………………………………………………17
四、项目实施方案………………………………………………………………20
1.技术方案…………………………………………………………………………21
2.执行方案…………………………………………………………………………23
3.市场推广方案……………………………………………………………………25
4.其它问题的解决方案……………………………………………………………30
五.投资预算………………………………………………………………………31
六.经济效益分析………………………………………………………………32
1.产品成本分析…………………………………………………………………32
2.产品单位售价与盈利预测……………………………………………………33
七.项目资金保障………………………………………………………………34
八.盈利模式………………………………………………………………………34
一.总论
1、项目的主要内容
以现代导电高分子复合材料理论为基础,以非线性导电聚合物在电路保护上的应用为技术平台,开发新一代的电路保护技术-集成电路芯片集成保护技术及产品。
为大规模产业化,市场化奠定坚实的基础。
高抗静电集成电路封装技术(摘要)
1.集成电路抗静电保护的必要性
①IC高度集成化、微型化,使得IC芯片更容易受ESD损伤
②集成电路元件的抗静电(ESD)能力仅有2KV,人体所产生的ESD电通常会超过15KV。
③IC块需全方位ESD保护(保护每一个I/O引脚)才有实效。
④三分之一的集成电路元件故障是被静电放电(ESD)损坏造成的,使用过程中造成的电器设备损坏有35%是被静电放电(ESD)损坏造成的。
⑤所有销往欧盟市场的电子设备都要求满足IEC61000-4-2标准(抗静电标准)。
⑥工业界每年因ESD损失达近十亿美元。
2.目前采用的抗静电保护的方法及缺点:
(1)集成芯片上加入ESD保护电路
缺点
①占用较大的硅片面积,增加制造成本。
②增大了IC设计的成本
③抗ESD水平低(<2KV),不能抗击芯片使用过程中的ESD。
④保护组件的P-N节面会永久破坏(It2)
⑤信号滞后现象
⑥如保护所有引脚之间的ESD,需占用大量的芯片面积。
成本极高。
(2)在印刷电路板上加ESD保护元件
目前用于印刷电路板抗静电的元件有:
多层可变电阻、多级SRD/二极管、TVS
、聚合物ESD抑制器。
缺点:
①不能保护集成电路块安装过程中的ESD损伤。
②一个元件只能保护一条I/O端。
若对所有的I/O进行保护,需大量的ESD保护元件。
③除聚合物外,保护元件的寄生电容太高,不适合高频电路。
3.行业技术发展新趋势
将ESD保护技术集成到IC封装块中是当前抗静电保护的最前沿研究方向。
目前,世界上电路保护方面的权威机构和领军企业都在加紧产品研发。
Littelfuse有4专利,LSI有4专利,Freescalesemiconductor有1专利,Nationalsemiconductor有1专利,台湾工业研究院有3专利,TexasInstrument有2专利和1项产品,Copper有2专利。
以上专利存在一些无法克服的缺陷(如抗静电保护效果不理想、体积太大、加工工艺太复杂无法进行工业化大规模生产、成本太高等),所以无法实施。
目前国际上尚无成熟的集成电路抗静电保护产品上市。
4.项目的创新方案
①将智能高分子(VVM)集成到IC封装块中
②可将集成电路块的抗ESD能力提高6倍以上
③同时保护IC块的所有引脚
④平衡载荷设计
⑤超低寄生电容
5.项目的技术优势
①提高安全性:
可将集成电路块的抗ESD能力提高6倍以上,减少集成电路块安装和使用过程中损伤。
②促进微型化:
不需使用分离的ESD抑制器,可节省PCB占用面积,电子产品微型化提供新的契机,减少芯片中ESD保护电路,可增加芯片中功能电路。
③全方位保护:
可保护集成电路块所有的I/O引脚。
理论上,每个IC块都需要全方位保护。
IC块的可靠性由它的最弱的I/O引脚所限定。
④有利于高频化:
平衡保护载荷有利于高速信号,IEEE1394,USB2.0,USB3.0;超低寄生电容有利于高频信号保真,IEEE1394,USB2.0,USB3.0。
6.项目的社会效益
①集成电路保护技术的一次变革;
②促进形成一个上百亿的集成电路保护新产业;
③使我国的集成电路ESD保护技术领先世界;
④给集成电路产业带来数百亿的经济效益。
7.项目的经济效益
为集成电路块用户带来的经济效益
①节省元件成本-不需使用分立的ESD保护元件;
②节省材料成本–少用焊接材料,PCB;
③节省安装成本-人工,设备,电路设计;
④节省管理费用-ESD保护元件采购,库存;
⑤节省环境成本-湿度、离子化控制,除静电衣,抗ESD包装;
⑥提高IC块在系统装配过程破损率;
⑦降低产品退货率;
⑧降低维修费用;
2.项目概述
随着我们的世界进入到信息时代,电子产品的总趋势是小型化与多功能化发展潮流,新型元器件呈现微型化、复合化、高频化、高性能化等趋势。
电路设计者采用了复合的超大规模集成电路(VLSI)及新的IC技术。
目前,世界集成电路技术已经进入纳米时代,国际高端集成电路主流技术的线宽是0.13-0.25微米,国际高端集成电路领先技术的线宽是0.065-0.13微米。
超大规模集成电路(VLSI)的晶体管数已超过10,0000。
芯片集成度将达到10的8-9次方。
然而,芯片也变得脆弱了。
集成度的提高使得器件尺寸越来越小,器件之间的连线宽度越来越窄,钝化层越来越薄,使得集成电路芯片更易招受各种电气过载(如电流过载、电压过载、静电放电等)的损伤。
其中,静态放电(ESD)是电子产品在装配,使用过程中的一种最常见的电气过载现象。
ESD是一种快速,低能量,峰值压电极高的能量形式。
对电子元件,特别是高密度集成块电子元件,有极大的威胁。
当静电电压较低时,ESD产生的电气噪声会对逻辑电路形成干扰,引发IC芯片内逻辑电路死锁(LatchUp),导致数据传输或运算出错,也可能对芯片形成轻微的物理损伤而提前老化或潜在失效;当静电电压超过250V时,ESD就能击穿电脑芯片了。
ESD作用于电脑芯片时,由于放电回路的电阻通常都很小,所以电荷释放的瞬间放电电流会很大。
例如将带静电的电缆插到电脑的接口上时,放电回路的电阻几乎为零,形成高达几十安培的放电电流,如此大的尖峰电流一旦从芯片的某个引脚流入,足以将芯片的局部熔化,烧断芯片内的晶体管和金属连线,使芯片产生永久性的功能丧失,或者破坏芯片内的钝化层,使芯片性能降低。
研究表明,有故障的IC元件三分之一是被静电放电(ESD)损坏造成的。
便携式电子产品尤其容易受到人体接触产生的ESD的损坏。
因此,对高速芯片进行直接ESD保护技术的需求日益剧增。
因此,电子设备的抗ESD保护成为整个电子工业的一个重要课题。
目前,欧盟采用国际电工委的IEC61000-4-2,建立起严格的瞬变冲击抑制标准;所有销往欧盟市场的电子设备都要求满足IEC61000-4-2标准之后方能销往欧盟的各个成员国。
静电危害造成了相当严重的后果和损失。
它曾造成全球电子工业每年的直接经济损失达上百亿美元。
而潜在的损失,如在航天工业,静电放电造成火箭和卫星发射失败,干扰航天飞行器的运行,战场上电子设备失灵等,则无可估量。
据估算各领域电子设备的失效有75%的原因是由电气过载引起的。
目前集成电路元件的抗静电(ESD)能力仅有2KV,而在电子设备的装配和使用过程中,由人体或机器所产生的ESD电通常会超过15KV。
因此,需在印刷电路板(PCB)中加入多个ESD抑制元件来保护IC元件。
但这已不适应当今电子产品小型化的需求。
本项目在开发聚合物电压诱变纳米材料的基础上,开发高抗静电集成电路封装技术及产品,即,在IC芯片封装电路中植入由聚合物电压诱变纳米材料组成的保护电路,可将集成电路元件的抗ESD能力提高6倍以上,使集成电路元件可直接抵抗各种ESD的危害,而不需要在PBCB上用分立的ESD抑制器来保护集成电路块。
从而大大节省PCB占用面积,不但降低电子产品制造成本,还为电子产品微型化提供了新的契机。
同时,采用低电容的聚合物电压诱变纳米材料,可大大地改善IC电路对高速数据信号的数据保真度。
在数字技术高频化的发展趋势下,具有重要的意义。
文献查新表明国际目前非线性导电高分子材料在IC方面的研究与开发还处于刚刚起步阶段,尤其是对非线性导电聚合物材料与集成电路封装在同一零件方面的应用开发,在国际上仅有几个产品设计专利,但尚未见商品化产品。
由于在聚合物电压诱变纳米材料制造技术上的难度和少数发达国家对这一术的高度保密措施。
这方面的研究与开发在国内尚属空白。
在国际上也处于领先地位。
开展该项目的技术开发及产品产业化,将会给国际IC芯片制造业和电子封装业带来上百亿的经济效益。
有利于提升我国的整个电子工业的技术水平,缩小与世界先进国家距离,使我国的集成电路ESD保护技术进入世界最先进行列。
项目技术及产品的应用,极大地改善电子产品的可靠性,成品率,将提高广大用户对国产电器的信任度,增强我国电子工业产品在国际市场上的竞争力。
使我国在今后激烈竞争的的世界电路保护元件市场占有可观的份额,带来可观的经济效益;对我国电子工业的发展产生重大意义。
3.项目背景
本项目技术团队的核心技术人员曾在国际电路保护行业的领军企业里,长期从事非线性导电聚合物在电路保护中的应用研究,参与了建设以聚合物电压诱变材料为基础的聚合物ESD抑制器的生产线的技术领导工作。
并担任年产能力为1000万件的聚合物ESD抑制器制造部经理达4年之久。
其产品已被以Intel,Apple,IBM等国际著名公司为代表的电子工业广泛采用。
项目核心技术人员,在这一工作经历中积累了在运用非线性导电聚合物开发来电路保护产品的丰富经验。
由于熟悉聚合物电压诱变纳米材料研发的世界前沿动态,掌握世界先进水平聚合物电压诱变纳米材料生产技术。
在此基础上,经多年研究,发明了开发新一代的电路保护技术-高抗静电集成电路封装技术及产品,已在美国申请发明专利,并正在申请多项中国专利。
目前,已完成了针对DIP封装,BGA封装集成电路芯片的产品设计,并研制出产品样品。
初步测试结果表明,安装了研发的样品的集成电路块,其抗静电能力大大提高。
本项目计划从美国引进技术专家团队,到国内创业,进行高抗静电集成电路封装技术及产品的设计,生产工艺,测试技术的开发,以最终实现技术产品的产业化为目标。
4.实施项目的优势和风险
(1)人材优势
本项目将从国外引进技术管理人才,组成创业创新团队,团队成员由曾在多家国际著名跨国公司担任中高级职务的多学科工程技术专家、经营管理专家组成。
其专业涵盖高分子材料、聚合物工程、固体物理、电器工程、机械工程和计算机等领域。
其主要成员的背景简介如下。
蔡峰现任PolymartInternational,LLC总裁、将出任本项目专家团队负责人。
理学工学双硕士(聚合物科学,聚合物工程专业)及工商管理硕士(项目管理专业),毕业于北京化工学院和世界著名的高分子学府-美国UniversityofAkron。
曾就职于华中科技大学及多家财富500公司(Alcoa,3M)。
历任大学讲师,资深化学家,高级工程师、资深科学家,项目经理,制造部门经理等职位。
擅长于项目管理、营运管理、新产品开发。
作为项目的主要技术负责人,蔡峰先生在新型导电聚合物材料研究及其应用方面的开发及管理方面取得了丰硕的成果。
其成果获得美国专利(USPatentNo.5,814,264),欧洲专利(EPO0892980)。
曾参与过国际电路保护业的领军企业的非线性导电聚合物在电路保护中的应用研究,参与了年产能力为6000万件PTC自复电路保护器和1000万件聚合物ESD抑制器的生产线的技术领导工作。
项目建成后,负责管理聚合物自复式电路保护器及聚合物ESD抑制器的工业化生产。
积累了开展这项研究所需的大量实际研发和产业化经验。
作为材料技术专家,蔡峰先生开发的高分子热塑性弹性合金,工程高分子合金,用于汽车、电缆、办公家具、电器电子、医用、制鞋、食品包装。
用户包括:
GM,Ford,Chrysler三大汽车公司,Johnson-Johnson,NationalCan,CokeCole,Pepsi等国际著名公司。
蔡峰先生还活跃于专业学术界,是美国化学会,国际聚合物加工学会会员,美国塑料工程师协会高级会员,国际工程项目管理学会会员。
在国际学术杂志上发表过多篇学术论文。
并被美国《EI》(《工程索引》)和《CA》(《化学文摘》)检索。
荣获湖北省优秀学术论文奖,美国发明专利奖。
白燕美国赖特州立大学电机工程硕士,美国普渡大学EMBA,曾任教于华中科技大学无线电工程系。
就职于多家著名的财富500公司。
历任Zybron公司任国防项目工程师,通用汽车公司(GM)电子部门系统工程师,美国康明斯(Cummins)公司柴油汽车发动机控制系统的高级工程师,软件专家工程师,项目主管,劳斯莱斯(Rolls-Royce)公司系统,硬件,和软件高级计术顾问,卡特彼勒(Caterpillar)公司设计主管。
擅长于项目管理、营运管理、新产品开发。
作为项目的主要技术项目管理者,积累了管理多学科高科技项目研究所需的大量实际研发和产业化经验。
曾参与汽车,重型柴油车发动机控制系统,软件设计,并领导和管理了的车载自动诊断系统项目和GPS控制工程机械的定位与导航项目。
白女士在电机控制系统的设计及其应用方面的开发及管理方面取得了丰硕的成果。
其成果获得美国专利。
2000被美国科学研究基金评为本年度最优秀项目之一,授奖于白宫。
除了技术管理方面的成就外,白女士还是一个积极的社会活动家,曾任碧城ToastmasterInternationalClub79俱乐部会员和教育副总裁,美国IEEE会员,美国网球协会会员,美国印州哥仑布市华人协会财务理事,海外华中科技大学校友会理事。
张书华博士,毕业于清华大学工程物理专业。
美国UniversityofOklahoma固体物理学专业,哲学博士(Ph.D)。
张博士擅长电器结构的有限元分析,统计实验设计等现代工程设计工具。
具有深厚的理论功底和丰富的电子元器件制造的实践经验。
曾在大型国企北京油泵油嘴厂担任技术员,车间主任、技术科长等职务。
主持过多项国家重点内燃机技改项目。
先后有两种产品获机电部优质产品奖。
赴美留学后,在半导体材料、元器件制造方面做了大量的研究工作,在国际上发表了多篇学术论文。
张博士先后受聘于AdvancedDisplaySystems;Inc.,LittelfuseInc.;AmericancompetitiveInstitute等多家跨国公司和科研机构,长期担任高级工程师,高级科学家等职位,从事集成电路,电路保护元器件制造,光刻技术,半导体材料方面的研发工作。
曾主持了多项IC,表贴式电路熔断器的新产品设计,领导了投资上千万美元的电路板生产线的设计和安装项目。
张博士在美工作期间还承担了多项国防部,能源部的研究项目。
雷华敏现任PolymartInternational,LLC高级工程师,本项目专利技术发明人,兼任美国爱默生公司(Emerson)工程技术顾问。
雷女士毕业于华中理工大学自动控制系。
擅长于电器产品的设计,CAD/CAM,产品应用及市场营销。
出国前,任武汉汽车标准件厂设备科工程师。
出国后,曾任职于多家国际著名跨国公司,美国电报电话公司(AT&T),美国PowerConversionProduct,挪威ELTEKEnergy,美国铝业(Alcoa),美国爱默生(Emerson)公司。
历任产品设计师,产品工程师,,工程技术顾问,产品应用工程师。
负责程序电话交换机电路设计,远程通讯电源交换柜设计,微型电机设计。
所设计的新型微型电机已申请美国发明专利。
所设计“拼装复合地板”,“组合艺术护拦”已获国家专利。
“Interlockingtilewithwoodgrainytopsurface”已申请美国设计专利。
张雄博士,毕业于华中理工大学,工学博士。
师从中科院院士周济。
现就职于美国微软(Microsoft),高级设计师。
张博士,曾就职于华中科技大学,美国TheUniversityofIowa,加拿大McMasterUniversity及多家跨国公司。
历任博士后研究员,大学讲师,高级工程师,项目经理,研发部技术主监等职位。
具有多年在高技术公司的技术部门领导经验,主管系统设计、技术规划和产品开发。
擅长于工程优化设计,运筹规划管理。
出国前,承担国家机械工业部八五攻关项目,国家八六三高科技攻关项目设计和开发大规模工程优化理论,算法的研究工作。
出国后,承担美国国家科学基金项目,领导四名研究生研究,设计和开发大规模优化理论。
承担加拿大国防部攻关项目,领导三名研究生。
研究设计,开发和完成飞行目标跟踪系统,信号过滤和数据筛选;轨迹拟合与目标呈象优化。
作为高级项目经理,负责制订技术研发计划和预算;负责前瞻技术研究,开发和攻关;主管产品和系统技术规划,更新以及可行性评估。
(2)广泛的国际合作优势
本项目核心技术人员与国内外一些重点高校和科研单位,如UniversityofAkron、PurdueUniversity、北京化工大学等建立了广泛的联系,保持良好的合作关系。
世界著名高分子工程专家JamesWhite教授,A.V.Isayev教授是蔡峰先生在Akron大学的导师,他们对我们的研究工作给于了具体的指导和大力支持。
我们还与一批国际上知名导电高分子的专家,如Dr.ChrisRauwendaal,Dr.LotharW.Kleiner,Dr.TomHall,Dr.AndrewThomlinson等保持着良好的私人关系(同事或同学),有利于及时掌握世界前沿研发动态,在聚合物电压诱变材料及其应用产品方面的研发与世界前沿同步。
(3)风险分析
1)技术风险:
该项目技术核心是利用聚合物电压诱变纳米材料的非线性导电机理,来进行电路保护。
聚合物电压诱变材料已成功应用于聚合物ESD抑制器,现已为电子行业普遍采用。
聚合物电压诱变材料独特的抗ESD的功能已得到市场的检验。
本项目将通过纳米技术对现有的聚合物电压诱变材料改性,进一步提升材料的电切换精准度。
项目从国外引进的技术团队,是由聚合物电压诱变材料,集成电路封装产品设计,加工工艺,电性能测试方面的专家组成。
对项目的技术产品的开发有着产业化的丰富经验。
而且,原材料来源,专用设备均可在市场上获得。
因此,该项目实施的技术风险很小。
2)市场风险:
鉴于目前国际集成电路工业的发展趋势和面临的问题,高抗静电集成电路封装技术及产品无疑有着巨大的市场需求。
但作为一种全新产品,其风险性也不应忽视。
作为全新的集成电路封装技术及产品,需要尽快地让集成电路封装业全面了解高抗静电集成电路封装技术及产品的应用特点和优越性。
目前国际上该类产品都处于研发试用阶段,尚无厂家的产品投产上市。
因此,本项目成果在集成电路封装市场的应用推广时机和推广速度能否与公司长远发展战略相一致。
公司能否成功的进行后续融资,使项目的成果能迅速市场化。
都存在着一些不定因素。
但是,由于高抗静电集成电路封装技术及产品具有传统产品无法替代的性能优势,该类产品将会被集成电路的制造商接受。
但市场的培育需要时间和资金有可能超出项目计划的预期。
5.项目的计划目标
(1)公司总体发展目标
建成世界一流的导电高分子材料及制品产业集团。
以导电高分子为核心技术平台,以高分子电路保护元器件为核心产品。
建设以非线性导电高分子材料
为基础的电路保护元器件生产营销体系,其中包括以聚合物电压诱变材料为基础的ESD抑制器,以聚合物正温度系数(PTC)材料为基础的片式自复式过电流保护器。
本项目开发的高抗静电集成电路封装技术及产品,作为公司核心战略项目,为占领聚合物电路保护领域的高地打下坚实的基础,对实现公司总体发展目标具有至关重要的意义。
公司将坚持走研究→开发→市场之路。
跟踪国际国内最新高分子技术发展动态,不断开发出中国市场所需的新型导电高分子材料及制品,并通过建立营销网络、与国外企业联营等方式将产品推向国际市场。
我们的终极发展目标是产业化、规模化、国际化。
本项目总投资2.1亿元人民币,建成以国际先进设备为主体的聚合物电压诱变纳米材料研究室和生产线,高抗静电集成电路封装技术研究室,非线性电性能检测中心,高抗静电集成电路封装产品研发设计中心,开发出系列具有高抗ESD性能的集成电路封装产品。
在一年内建立完整的知识产权体系。
二年内建成年生产能力为2亿件的高抗静电集成电路封装系列产品生产基地,研发中心及销售体系,以满足国际市场的需求。
销售额达3亿人民币。
企业资产价值将达4亿元人民币(包括无形资产)。
四年内建成年生产能力为10亿件的高抗静电集成电路封装系列产品生产基地,企业资产价值将达8亿元人民币(包括无形资产),累积销售额达20亿人民币。
5年后,争取在Nasdac上市。
(2)项目阶段目标
第一阶段:
聚合物电压诱变纳米材料的实验室制备及性能评估(3-6个月)
利用本地资源,筛选出适合于制造高抗静电集成电路封装产品的聚合物电压诱变纳米材料配方。
对聚合物电压诱变纳米材料的流变性能,触变性能进行系统的研究,为应用加工条件的优化提供基本数据。
测量聚合物电压诱变纳米材料的电性能行为(如介电性能,常态导电率,通路导电率,临界电压等)以及各种电场(静电放电,电性快速暂态,闪电,雷击等)对这些电性能的影响。
第二阶段:
高抗静电集成电路封装产品的设计及样品制作(4-7个月)
针对集成电路芯片的各种封装形式,设计相应的高抗静电集成电路封装产品。
申请中国和国际专利。
并在实验室里制造出样品,供性能测试和客户评估。
第三阶段:
产品的市场推广和客户试用(3-6个月)
通过各种渠道向集成电路制造推广项目的技术产品的优越性。
提供样品给潜在客户试用。
第四阶段:
产品的性能测试和定型(2个月)
建立ESD特性研究测试能力,建立实验室,测试方法,测试设备。
测试实验室产品样品的使用性能,并送客户试用,根据客户反馈,进行设计改进,最后,产品设计定型。
第五阶段:
建立产品的批量生产能力(6-9个月)
根据市场需要,按定型的产品设计,研究和制定产品生产工艺流程,采购和安装生产设备,优化工艺参数。
建立产品的质量控制体系。
第五阶段:
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