十三五先进制造技术领域科技创新专项规划.docx

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十三五先进制造技术领域科技创新专项规划

“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划

“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划

制造业是强国之基、富国之本～没有强大的制造业支撑就不可能成为真正意义上的世界强国。

先进制造业特别是其中的高端装备制造业已成为国际竞争的制高点。

落实《国家创新驱动发展战略纲要》《国家中长期科学和技术发展规划纲要,2006-2020年,》和《“十三五”国家科技创新规划》～大力推进实施“中国制造2025”国家战略和“互联网+”行动计划～加速推动制造业由大变强的转型升级和跨越发展～对我国经济社会发展具有重要的战略意义。

一、形势分析

一,世界制造业发展趋势

进入21世纪以来～在经济全球化和社会信息化的背景下～国际制造业竞争日益激烈～对先进制造技术的需求更加迫切。

云计算、大数据、移动互联网、物联网、人工智能等新兴信息技术与制造业的深度融合～正在引发对制造业研发设计、生产制造、产业形态和商业模式的深刻变革～科技创新已成为推动先进制造业发展的主要驱动力。

1（智能正成为制造业的关键要素

越来越多的制造企业通过应用嵌入式软件、微电子、互联网、

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物联网等信息技术～提升产品智能化程度和研发设计、生产制造、经营管理的智能化水平～打造高端产品和装备～占据产业制高点。

同时～制造装备控制技术的极大提高～使制造装备的自诊断、自维护、自恢复成为现实～并将推动制造装备向智能化阶段迈进。

2（服务促进产业模式变革～重塑制造业价值链

在同质化竞争和供大于求的全球市场环境下～制造业产业价值链的高端向研发和产品运营维护等服务生命周期转移～更多的制造企业成为提供产品、服务、支持、自我服务和知识的综合体。

服务与制造相互渗透融合～从生产型制造走向服务型制造是大势所趋～产业模式向“定制化的规模生产”和“服务型生产”转变特征明显。

3（可持续发展成为制造业与自然、社会协调的重要主题

绿色发展理念逐步成为共识～激励制造企业开始重视绿色技术在产品研发设计、生产制造、销售服务和回收利用等产品全生命周期中的应用～创新高效、节能、环保和可循环的新型制造工艺和装备～不断降低资源消耗和环境影响～实现企业经济效益和社会效益的协调优化～符合经济社会可持续发展的低碳环保和循环利用要求。

4（制造大数据和平台成为高附加值增值服务的重要支撑

工业大数据是制造企业高附加值增值服务的来源～制造企业

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全业务数据化在对制造系统数据采集和分析形成业务数据闭环的基础上～将有效支撑企业制造过程优化和经营管理决策～促进企业对市场、用户的精准供给和企业间的资源分享利用～从而打造智慧企业～并为消费者、用户以及企业自身创造显著的增量价值。

二,发展先进制造技术是国家战略需求

1（建设制造强国的战略需要

制造业是国民经济的主体～是富国之基、强国之本。

我国经济社会各领域的发展～要求制造业提供更先进的生产技术水平、高品质的消费产品、自主可控的重大技术装备。

从“制造大国”转变为“制造强国”～是我国制造业发展的战略选择。

发展先进制造技术～增强制造领域的自主创新能力和整体实力～推进制造质量和产品品牌建设～才能全面提升我国制造业水平～这是提升我国综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。

2（经济发展和产业结构调整的现实需求

我国经济发展已进入速度变化、结构优化和动力转换的新常态。

资源环境约束不断强化～劳动力等生产要素成本正在加快上升～投资和出口增速放缓～主要依靠资源要素投入、规模扩张的粗放发展模式已难以为继～推进供给侧结构性改革～提质增效已成为经济发展的主要目标。

转变经济发展方式～打造竞争新优势～要依靠科技创新提供发展新动力。

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3（应对国际产业竞争的战略需要

世界制造业产业竞争格局正在发生重大调整。

欧美等工业发达国家纷纷制定“再工业化”战略～重点发展先进制造技术～抢占制造业高端。

新兴发展中国家也在积极参与全球产业再分工～承接产业及资本转移～抢占制造业的中低端。

“双重挤压”的外部环境短期内不会改变。

通过增强制造业技术水平～提高制造业生产效率～使我国制造业在产业竞争中跨入中高端～对国家未来发展意义重大。

三,我国制造业发展取得的成绩

1（制造业总量跃居世界第一～成为名副其实的制造大国

近年来我国制造业总体规模已居世界第一位～综合实力不断增强～不仅对国内经济和社会发展做出了重要贡献～而且成为支撑世界经济的重要力量。

2014年～我国工业增加值达到22.8万亿元～占GDP的比重达到35.85%。

2013年我国制造业产出占世界比重达到20.8%。

在500余种主要工业产品中～我国有220多种产量位居世界第一。

制造业的快速发展～直接促进了我国经济发展的速度、质量和效益～增强了我国在全球化格局中的国际分工地位。

2（突破了一批核心技术～形成了一批支撑国民经济发展的重大装备产品

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十几年来～制造业各领域涌现出了一批较有影响、意义深远的重大成果。

国内发电设备装机中国产发电机组已达80%以上～年产千万吨级大型炼油厂设备国产化率达90%～国产100万千瓦超超临界火电机组、国产750千伏交流输变电成套设备已投入运行。

日产4000吨大型新型干法水泥生产线、60万吨乙烯、30万吨级合成氨、百万吨级钾肥等一大批大型成套技术装备实现自主化。

“神舟”系列航天飞船的成功发射～实现了载人航天工程的重大突破。

“蛟龙号”载人潜水器研制和海试成功～标志着中国跻身世界载人深潜先进国家行列。

3（涌现出一批世界级的大企业～企业正在逐步成为技术创新主体

2016年《财富》世界500强排行榜中～中国企业达110家～其中以工业为主的有50余家。

社会创新要素不断向企业集聚～工业企业研发投入快速增长～自主创新能力显著增强。

2015年～我国规模以上制造业研发投入强度达到0.91%,企业发明专利申请58.3万件～占国内发明专利申请受理量的60.2,,企业获得发明专利授权15.9万件～占国内发明专利授权量的60.5,。

企业作为市场主体～在自主创新中继续发挥决定性作用。

4（初步形成了企业、高校、院所联动的产业创新体系

近年来～我国制造业加强科技创新、促进科技成果转化和产

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业化～取得了重要突破和实质性进展～形成了产学研结合、较为完备的产业创新体系。

建设了一批国家重点实验室、国家工程技术研究中心等科研基地,成立了一批国家产业技术创新战略联盟～为我国制造业的健康持续发展提供了重要保障。

四,我国制造业自身存在的问题

1（自主创新能力不强

我国是制造业大国～但多数制造企业在国际产业链分工中仍处于“制造—加工—组装”低技术含量和低附加值环节～创新能力不强。

尤其在高端产品创新设计方面～设计工具软件受制于人～设计方法和理念不够先进～创新设计能力较为薄弱。

2015年～我国集成电路进出口逆差1600多亿美元～众多高端芯片的核心技术尚无法突破～企业被迫将大部分利润用于购买国外专利授权～产业自主发展的能力不强～难以打破市场垄断。

2（基础能力薄弱～产品质量不高

我国制造业质量基础相对薄弱～高性能液压件与气动元件、高速精密轴承、大功率变频技术、特种执行机构、仪器仪表传感器、工控软件系统等发展滞后。

产品质量和技术标准整体不高～出口产品召回问题不断～严重影响着我国制造业的国际形象。

此外～制造业每年直接质量损失超过2000亿元～间接损失超过1万亿元。

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3（资源利用效率偏低

我国部分传统制造行业高投入、高消耗、高污染、低效益的粗放式生产方式～加剧了对生态环境的破坏。

全国钢铁、建材、化工等行业单位产品能耗比国际先进水平高出10%-20%,机电产品中量大面广的燃煤工业锅炉运行效率比国外先进水平低15，20%。

制造业可持续发展遇到瓶颈。

4（制造业与互联网技术等新兴信息技术的融合程度低

我国大部分地区和行业的信息化仍处于以局部应用为主的初级阶段～且不同地区、行业和不同规模企业间信息化水平尚存在明显差距。

面对网络协同制造、大规模个性化定制等新型生产模式的变革～认识不充分～准备不足～传统制造业将面临二次淘汰的风险。

二、我国制造业发展对科技创新的需求

粗放式发展道路已经无法适应我国制造业的发展～通过科技创新提高制造业竞争力是必由之路。

在当前我国制造业实施战略转型的关键时期～制造业健康快速发展对科技创新工作提出了明确的需求。

一,亟需加强制造基础能力方面的科技创新

制造业基础技术研究能力薄弱已经成为当前制约我国制造业发展的主要瓶颈～其中基础材料、关键基础零部件、电子元器

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件、集成电路、传感器、控制系统、软件工具及平台等众多领域的基础研究、关键技术研究、关键工艺研究都没有掌握自主核心技术～工艺装备、测试与实验装备、标准化等共性技术自主创新能力薄弱～亟需科技攻关。

二,亟需加强制造企业经营管理模式创新

我国制造企业管理正处于由传统管理模式向现代管理模式转变的阶段～经营目标、管理模式、管理理念和决策标准发生根本性变化～多数企业并没有从根本上改变“以产品为中心”的传统制造模式～无法适应互联网、云制造等模式下的多品种大批量定制化的要求～企业管理信息化、生产过程智能化、咨询服务网络化的水平制约着中国制造业的快速发展。

三,亟需提升制造业智能化水平

随着中低端产品加工制造产业重心向东南亚等发展中国家转移～我国装备制造业在全球地位面临挑战～急需利用互联网、物联网、大数据、传感器等增强装备产品智能化程度～构建数字化、智能化、网络化的智能化生产线和数字化工厂～从而提升生产效率、产品质量～提升产业的竞争力。

四,亟需加强新兴产业关键装备的研发

我国新兴产业所需装备的需求缺口较大。

光电子、先进光伏电池设备、新一代通信设备等发展所需的关键技术和核心技术的

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自给率较低～核心技术掌握仍较少～试验设计能力较欠缺、技术集成能力薄弱、制造装备进口依赖大～新兴产业发展所需的关键装备自给不足。

五,亟需加强绿色制造技术的研发

优质高效、节能、节材的先进基础制造工艺和自动化、智能化技术的普及程度不高～能源消耗、材料利用率及污染排放与国际先进水平相比存在较大差距。

亟需发展先进绿色制造技术与产品～突破制造业绿色产品设计、环保材料、节能环保工艺、绿色回收处理等关键技术～支撑制造业可持续发展。

三、思路目标与任务布局

一,总体目标

深入贯彻党的十八大和十八届三中、四中、五中全会精神～落实《国家创新驱动发展战略纲要》要求～按照“争高端、促转型、强基础”的总体目标～强化制造核心基础件和智能制造关键基础技术～在增材制造、激光制造、智能机器人、智能成套装备、新型电子制造装备等领域掌握一批具有自主知识产权的核心关键技术与装备产品～形成以互联网为代表的信息技术与制造业深度融合的创新发展模式～促进制造业创新发展～以推进智能制造为方向～强化制造基础能力～提高综合集成水平～促进产业转型升级～实现制造业由大变强的跨越。

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二,发展思路

1（探索高端～构筑先发优势

结合互联网、物联网、大数据等新一代信息技术发展网络协同制造模式～加强新兴产业关键装备、智能机器人、3D打印制造等核心技术攻关～力争率先突破～赢得战略主动。

2（强化基础～增强保障能力

针对制造业基础能力薄弱和产品质量不高的问题～重点攻克轴承、液压件、仪器仪表等核心基础零部件～研发工艺库、材料参数库和制造过程核心软件产品。

3（两化融合～推动供给改革

结合云计算、大数据、物联网等信息技术的发展～创新大数据制造服务、大规模定制、集团管控等企业经营管理模式～积极探索信息技术与制造技术的融合创新。

4（绿色制造～促进持续发展

针对资源、环境刚性约束增强～以信息技术为基础改造传统产业～探索高效、节能、节材产品设计创新、智能化工艺、服务运维等全生命周期绿色化模式～实现制造业的可持续发展。

三,战略布局

——瞄准国际制造业发展的最前沿～力争率先突破～构筑先发优势。

依托新兴信息技术～建立健全制造业的创新发展模式～

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形成网络协同制造创新服务体系～提高市场竞争力。

在大型构件金属增材制造、大型硬岩掘进机等领域强化“领跑”优势～塑造我国制造业领先优势。

——瞄准我国制造业转型升级的战略亟需～支撑和引领供给侧结构性改革。

掌握一批具有自主知识产权的核心技术和关键技术～在机器人、重大机械装备、新型电子制造装备等领域培育一批新技术、新产品和新产业～力争形成新的经济增长点～提高我国制造业的总体竞争能力。

——瞄准我国制造业的自主可控～强化基础保障能力。

提高核心零部件及软件自主可控～形成政策、制度、人才和环境等方面的一系列配套条件～强化我国制造业长期可持续发展的基础保障。

四、重点任务

按照总体目标、发展思路和战略布局的要求～“十三五”期间～先进制造领域重点从“系统集成、智能装备、制造基础和先进制造科技创新示范工程”四个层面～围绕13个主要方向开展重点任务部署。

一,增材制造

重点解决增材制造领域微观成形机理、工艺过程控制、缺陷特征分析等科学问题～突破一批重点成形工艺及装备产品～在航

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空航天、汽车能源、家电、生物医疗等领域开展应用～引领增材制造产业发展。

形成创新设计、材料及制备、工艺及装备、核心零部件、计量、软件、标准等相对完善的技术创新与研发体系～结合重大需求开展应用示范～具备开展大规模产业化应用的技术基础。

1（增材制造控形控性的科学基础

探索增材制造自由成形过程的成形几何精度、成形效率、材料组织结构与性能的形成规律与关键影响因素和控制方法～为提升增材制造工艺技术和装备设计水平提供坚实的科学支撑～并为形成重大原创性增材制造新技术提供科学指引。

2（基于增材制造的结构优化设计技术

发展基于增材制造工艺特性～融合力学、物理与化学多种功能的结构优化设计技术～为结构整体化、轻量化、高性能化和满足声、光、电、磁、热等多功能化提供设计方法和设计软件～支撑我国高端装备的自主创新设计和跨越式技术发展。

3（增材制造专用材料制备技术

基于增材制造的工艺特性和应用需求～开展增材制造专用金属和非金属材料的设计与制备技术研究～最大限度地发挥增材制造技术优势～大幅度拓展增材制造的产业化应用领域。

4（增材制造的核心装备设计与制造技术

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针对激光/电子束选区熔化、激光选区烧结、高能束金属沉积成形、光固化、激光沉积打印、微滴喷射3D打印、熔融沉积造型等已经展示重大产业化应用价值的增材制造技术～开展相关装备设计与制造技术的深入研究～占据增材制造产业价值链的高端。

5（评价体系与标准建设

研究制定增材制造的材料标准、设计标准、工艺标准、装备标准、检测标准、数据标准和服务标准等7个方面的标准体系～为增材制造的广泛产业化应用奠定基础～并显著增强我国增材制造技术的国际竞争力。

二,激光制造

面向航空航天、高端装备、电子制造、新能源、新材料、医疗仪器等战略新兴产业的迫切需求～实现高端产业激光制造装备的自主开发～形成激光制造的完整产业体系～促进我国激光制造技术与产业升级～大幅提升我国高端激光制造技术与装备的国际竞争力。

1（激光与材料的相互作用机理

面向航空航天、新能源、电子制造、医疗等领域的国家重大需求～探索激光与材料相互作用的复杂物化过程～研究超快激光制造的新原理、新方法、新应用。

开展大功率激光/短波长激光与材料相互作用机理、高精高效制造方法等方面的研究～掌握激光

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高品质表面制造、精细制造、极端微结构、高精高效制造等制造机制与实现方法。

2（激光器与核心功能部件

研究激光器动力学～掌握激光晶体/光学晶体、半导体激光芯片等激光器关键功能部件的国产化。

针对高端制造用激光器的迫切需求～开展工业化光纤/半导体大功率激光器制造技术、工业化超快,飞秒、皮秒,激光器制造技术、工业化短,紫外、深紫外,波长激光器制造技术等方面的研究～开展激光器标准建设～实现高性能激光器及核心关键部件的国产化与产业化。

3（复杂构件表面的激光精细制造技术与装备

研究激光表面精细制造、激光清洗、激光抛光等核心技术～探索器件表面功能性结构的激光高质、高效制造机理与新技术～研究关键构件表面微结构成形机理与实现方法～并掌握激光光束路径规划及高速扫描、激光制造装备在线监测与补偿、激光制造过程精密在线检测等装备关键技术～开发航空航天、微电子、生物医疗等领域典型复杂构件的激光精密加工技术与装备～提升国产激光制造技术与装备的竞争力。

4（大功率激光高效制造技术与装备

研究特殊工况下的激光制造机理与失效行为～突破大型构件激光制造装备的设计制造技术瓶颈～攻克大型构件定位、质量在

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线检测等关键技术～研究激光切割、激光打孔、激光冲击强化、激光焊接以及激光复合制造等关键技术～开发面向飞机、船舶、高铁等大型构件制造中的高端激光制造技术、装备与标准。

5（先进激光精密微细制造技术与装备

针对航空航天、微电子、新型微小航空器件、光子集成器件等领域～突破激光衍射极限的纳米尺度制造、复杂微纳操纵及激光纳米连接、激光光束整形与协同控制等关键技术～开发硬脆材料高效精密制造、异种材料的激光高性能连接制造、极端微纳结构精细制造等技术与装备～并设计和加工若干具有重大应用前景的新型功能器件。

三,智能机器人

推动机器人产业与人工智能等新一代信息技术深度融合～突破共性关键技术～形成具有国际竞争力的机器人产品～协同标准体系建设、技术验证平台与系统建设、以及典型示范应用～支撑我国机器人技术和产业向高端发展。

1（智能机器人基础前沿技术

结合机器人与以人工智能为代表的新一代信息技术深度融合的国际发展趋势～开展机构/材料/驱动/传感/控制与仿生的创新技术、智能机器人感知与认知技术、智能机器人学习与智能增殖技术、人机自然交互与协作共融技术等重大基础前沿技术研究～

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搭建机器人技术验证平台系统～开展试验验证～取得原创性创新成果～为我国新一代智能机器人提供技术支撑。

2（智能机器人共性关键技术

以攻克制约我国机器人技术与产业发展的共性关键技术为目标～开展高性能机器人核心零部件,RV减速器、谐波减速器、伺服电机与驱动器、机器人控制器,、专用传感器、软件体系及多任务操作系统、功能软件、计量测试/安全与可靠性、应用工艺及系统集成等共性关键技术研究～建立机器人安全性与可靠性技术体系～机器人性能达到国际同类产品水平～解决我国机器人产业空心化问题～提升国产机器人的国际竞争力。

3（新一代机器人技术与平台

开展主/被动结合新型机构与驱动、模块化柔顺关节、关节变刚度弹性驱动、生物-机械界面与接口的人机相容性设计、人机安全共存、智能交互、协同作业等新一代机器人核心技术研究～研制以协作型多自由度轻型臂、协作型双臂机器人、移动操作臂等为代表的新一代互助协作型作业机器人和以上肢外骨骼、下肢外骨骼、全身外骨骼等为代表的新一代人体行为增强型机器人试验样机系统～为后续产品化奠定技术基础～实现新一代机器人技术研究与世界同步～抢占技术与产业制高点。

4（机器人关键产品/平台/系统研发

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研发新型作业机器人、医疗/康复机器人、面向老年人/残障人士的生活辅助机器人、特殊环境服役自主作业机器人、机器人云端在线服务平台、机器人智能作业技术及系统等高端机器人关键产品/平台/系统～丰富我国机器人产品种类～完善我国机器人产品谱系建设～提升我国机器人的整体性能与智能水平～创新服务领域和商业模式～支撑我国机器人技术与产业向高端发展～彻底转变低水平重复的局面。

5（系统集成与应用

推进我国机器人面向制造业典型行业/重点领域、医疗/康复、助老助残/智慧家庭/社会服务、安全与救援/科学工程等行业/领域的系统集成与应用～实现我国机器人技术与产品在国家重点行业/领域高端应用和典型领域拓展应用～提高国产机器人国际竞争力～为国产机器人产业化奠定基础～加速推进我国智能机器人技术与产业的快速发展。

四,极大规模集成电路制造装备及成套工艺

针对移动通信、大数据、新能源、智能制造、物联网等重点领域大宗产品制造需求～重点围绕28-14纳米技术节点进行工艺、装备和关键材料的协同布局～形成28-14纳米装备、材料、工艺、封测等较完善的产业链～推动全产业链专项成果的规模化应用～促进产业生态的改善和技术升级～实现技术促进产业发展目标。

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1（光刻机及核心部件

研发干式光刻机产品并实现销售,研制28纳米浸没式光刻机产品～进入大生产线考核,开展配套光学系统、双工件台等核心部件产品研发～并集成到整机,构建关键技术与产品开发平台～提升光刻机自主创新能力,建设光刻机光学系统等关键部件生产基地～具备批量生产能力。

2（高端关键装备及零部件

面向集成电路14-10纳米先进工艺～重点开展刻蚀、薄膜、化学机械处理、掺杂和检测等关键装备及其配套核心零部件产品研发～通过大生产线考核并进入销售。

3（成套工艺及知识产权（IP）库

以移动通信应用为重点～开发14纳米及相关产品工艺,以大数据应用为重点～开发立体堆叠闪存（3D-NAND）存储器工艺～开展7-5纳米关键技术研究,面向新能源、智能制造、物联网等重点领域大宗产品制造需求～开发特色产品工艺平台,取得核心知识产权并实际应用。

4（关键材料

面向45-28-14纳米集成电路工艺～重点研发300毫米硅片、深紫外光刻胶、抛光材料、超高纯电子气体、溅射靶材等关键材料产品～通过大生产线应用考核认证并实现规模化销售,研发相

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关超高纯原材料产品～构建材料应用工艺开发平台～支撑关键材料产业技术创新生态体系建设与发展。

5（封装测试

面向移动互联和汽车电子等重大领域需求～围绕处理器、存储器、14-10纳米工艺节点晶圆等产品开发下一代封装集成与测试新技术以及相关的关键装备和材料产品,实现可集成数模混合电路、射频、微机电系统（MEMS）和光电等多功能异质材料芯片的三维系统集成技术的量产应用,建成有影响力的封装集成产业共性技术研发平台～取得较完善的知识产权体系。

五,新型电子制造关键装备

面向宽禁带半导体器件、光通讯器件、MEMS,微机电系统,器件、功率电子器件、新型显示、半导体照明、高效光伏等泛半导体产业领域的巨大市场需求～开展关键装备与工艺的研究～重点解决电子器件关键材料装备、器件制造装备等高端装备缺乏关键技术、可靠性低、工艺开发不足等问题～推动新技术研发与关键装备研发的协同发展～构建高端电子制造装备自主创新体系。

1（宽禁带半导体/半导体照明等关键装备研究

针对碳化硅,SiC,、氮化镓,GaN,等为代表的宽禁带半导体技术对关键制造装备的需求～开展大尺寸,6吋,宽禁带半导体材料制备、器件制造、性能检测等关键装备与工艺研究。

针对

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高亮度半导体照明,LED、OLED,大生产线对制造装备的需求～开展大产能材料制备、器件制造、性能检测等关键装备研发～掌握核心技术与工艺～满足大生产线要求。

2（光通讯器件关键装备及工艺研究

针对光通讯器件制造对装备的需求～重点围绕硅基光电子芯片工艺装备、InP,铟磷,基等光电子芯片工艺装备、光纤器件工艺装备、光电子器件耦合封装等关键装备等开展研究～掌握核心技术～实现产品应用～提升国内光通讯器件制造能力及工艺水平。

3（MEMS器件/电力电子器件等关键装备与工艺研究

针对MEMS器件、电力电子器件等领域对装备的特殊工艺需求～开展材料制备、芯片制造、特种封装、性能检测等关键装备与工艺的研发～掌握关键技术、开发特色工艺～提高国产装备的工艺适应性及可靠性。

研究基于国产装备为主的成套工艺～完成对国产装备的工艺优化、可靠性验证及集成应用～打造自主产业链～提升产业竞争力。

4（高效光伏电池