17、烧不出大号靶材，平板显示制造仰人鼻息

一块小小的玻璃，不仅可以导电发光，还可以幻化出形式各异的文字和静态、动态的炫目影像，这就是人们如今已司空见惯的各色平板显示屏。

玻璃本身不导电，也不发光，奥妙全在于背后涂装的一层薄薄透明导电膜。就是这层不足头发丝直径五百分之一的膜，背后有一块看不见的“靶”。

“全国有20余家靶材生产制造商，但能做超过32英寸靶材的，我们还是‘零’！” 在这个行当搞了20多年研发的郑州大学教授、河南省资源与材料工业技术研究院原总工程师孙本双告诉记者。

　　问题出在尺寸上

在有色金属的“朋友圈”里，铟锡的氧化物是实现电学传导和光学透明的绝佳组合。作为有色金属氧化物，简称为ITO的氧化铟锡在平板上具有很好的导电性和透明性，它还可切断对人体有害的电子辐射、紫外线及远红外线，是平板显示器制造的重要原料。在薄膜状时，它是略显茶色的透明物质;在块状时，呈黄偏灰色。但它并不是像油漆一样被刷到平板玻璃上使用，而是先被制作成标准尺寸的固体靶材，由操纵磁控溅射的“枪手”，不断“射击”，将其气化溅镀到玻璃基板或柔性有机薄膜上，形成一层ITO膜。这层膜的厚度因功能需求而有不同，一般在30纳米至200纳米。

ITO靶材不仅用于制作液晶显示器、平板显示器、等离子显示器、触摸屏、电子纸、有机发光二极管，还用于太阳能电池和抗静电镀膜、EMI屏蔽的透明传导镀膜等，在全球拥有广泛的市场。

ITO靶材外形很像瓷砖，由来却远比瓷砖煅烧复杂得多——人们把氧化铟和氧化锡粉末按严格的比例混合后，经过一系列生产工艺加工成地板砖的形状，再层层摞叠到一个特制的炉子里，经过1700摄氏度高温气氛烧结，形成黑灰色的陶瓷半导体。通常靶材尺寸越大，溅射到平板上的拼缝就越少，价值也越高。

但就在尺寸的问题上，国内ITO靶材企业一直鲜有突破，而后端的平板显示制造企业也要仰人鼻息。

　　技术和工艺是个难迈的坎

ITO靶材核心技术长期把持在日本三井、东曹、日立、住友、VMC和韩国三星、康宁等大企业手里。

对国内的企业来说，技术和工艺是个难迈的坎。由于ITO靶材是由高温烧结而成，烧结技术工艺决定了产品质量，功夫不到家的话，最常出现批次质量不稳定的问题。溅射到屏上，有的ITO膜表面出现“麻点”;有的在蚀刻时容易出现直线放射型的缺划或电阻偏高带;还有的会出现微晶沟缝。

当谈到生产装备与国外的差距时，孙本双教授叹息说：“差远了！”烧结大尺寸ITO靶材，需要有大型的烧结炉。国外可以做宽1200毫米、长近3000毫米的单块靶材，国内只能制造不超过800毫米宽的。“这如同人家已经在烧制大型地板砖，我们还只能烧小瓷砖。” 孙本双说。

在1700摄氏度的“丹炉”中，靶材烧结需要6至10天。高温气氛烧结需要高浓度氧气参与，这项工艺也不易控制。长时间烧，很容易导致产品不均匀，成品率低。

在产出效率方面，日式装备“牛气”，月产量可达30吨至50吨，我们年产量只有30吨——而进口一台设备价格要花一千万元，这对国内小企业来说无异于天价。

目前，也有部分仿制的设备，但耐火材料不过关，难耐烧结工艺所需的烈火考验，烧结炉总体质量差强人意。“这需要生产技术与装备国产化重大专项的支持。”孙本双说。

质量不稳定、不过关的材料，谁见谁怕。各色终端生产厂家盘算下来还是觉得买国外进口的省事，久而久之，依赖进口成了“瘾”。

　　功能性产品：有色金属大国之痛

每年我国ITO靶材消耗量超过1千吨，一半左右靠进口，用于生产高端产品。受有色金属期货价格波动和技术封锁等因素叠加作用，长期以来价格高企，成品价格最高达每公斤6千至8千元，占据企业不小的成本。

“资料显示，我国半导体产品的进口花费超过石油”。2017年度何梁何利基金奖获得者、昆明理工大学副校长杨斌教授说。

在中国，半导体重要原料铟、锡的采选、冶炼水平已处于世界顶尖水平，产量和品级也堪称世界一流。全球近80%的高品质铟、锡来自中国，日企长期购买中国铟锭。

“但我们缺乏下游功能性产品和足够长的产业链，只能赚取原材料的初级利润，比如高品质、大尺寸的ITO靶材，就是粉末冶金和半导体行业的痛。”杨斌教授说，国内的大尺寸靶材都只在实验室阶段，技术是一个难点，难以实现量产则是关键。

随着近十年来国内LCD产业的发展和PDA、电子书等触摸式输入电子产品的悄然兴起，尤其是目前，随着有机发光二极管(OLED)以及其他显示器件的发展，对ITO靶材制成工艺和设备有了更新、更高的期待。未来一段时间内，这仍是一个有前景的产业。

国内小规模、低层次、做了二十年之久的“靶”，因没能走上世界前沿而长期依赖进口，如今得到了“回报”。近年，由于中国市场巨大，“小靶”国产能力有了大幅上升，这时国外垄断企业“釜底抽薪”，开始在价格上进行打压，一下子把ITO靶材价格降到800元一吨，一度接近价格最高点时的十分之一，国内20多个企业蒙受了巨大的损失，部分企业甚至奄奄待毙。

“但反过来说，价格低建设成本也低，这也是洗牌的机会。”孙本双说，如果有国家扶持，保留五六家重点企业，同时加快技术攻关，将实验室的技术转化量产，我们有望在大尺寸领域突破，并淘汰一部分国外企业。

　　18、没有这些诀窍，我们够不着高端电容电阻

一部手机有几百个电容和几百个电阻，占了电子元件的大半。中国是最大的基础电子元件市场，一年消耗的电阻和电容，数以万亿计。而最好的消费级电容和电阻，来自日本。

　　大批量一致性比不了日本

电容和电阻，是电子工业的黄金配角。电容市场一年200多亿美元，电阻也有百亿美元量级。市场的“头号玩家”是日本，占据一半以上份额，以村田、TDK等企业为代表;台湾地区位居次席;而中国大陆的产品多属于中低端。

“不能简单说我们不如别人，”电子工程师、瑞迪航科(北京)技术有限公司总经理武晔卿说，“在军用级别，国产电阻电容是能满足需求的;一些特殊的定制电阻，国内公司也能生产。我们比起日本有差距的，是在消费级的、大批量生产的元件上。”

手机、电脑、家用电器、汽车……消费类电子行业是电容电阻的最大用户。“这一领域，所谓高端的电容电阻，最重要的是同一个批次应该尽量一致。”武晔卿说，“日本这方面做得最好，国内企业差距大。”武晔卿说，国内企业相当于“什么菜都会炒，但不保证每次炒出来是一个味儿”。基础电子元件一批次可生产百万件，一致性对质量控制极端重要。比如某个电容不达标，可能会让手机充电更慢，因此手机各大品牌只采购大厂商的电容电阻。“工艺、材料、质量管控上，国内企业相对薄弱。”武晔卿说，“有一些‘Know How(小窍门)’没掌握。”

　　煎饼不难做，但人家做得更平整

MLCC(多层片式陶瓷电容器)是个典型，它是消费电子行业用量最大的基础元件，也是日本企业的强项。目前日本的MLCC产品可以做到1000层，中国产品在300层左右。

“MLCC就像千层酥，只不过小得多。”业内工作多年的电子工程师张光华说。MLCC米粒大小，是一个内有电极的陶瓷块儿，是几百层陶瓷和几百层金属叠压起来的。电容的原理是两电极夹一层绝缘介质，以储存电荷。介质层越薄，电容数值越大。张光华说，制作MLCC有点像摊煎饼：陶瓷粉末浆，被刮刀摊平成厚度约1微米的涂层，再敷上去一层金属粉末浆，这就是陶瓷介质贴上了电极。之后，一大张薄膜被叠压、烘干、烧成瓷。“烙千层的煎饼，很难平整。”张光华说，“各家水平不一样，要是‘煎饼’裂了一道缝，电容数值就不够大。”很多环节影响质量：陶瓷浆和电极浆不配套，干燥时就会“起皮”;烘干太快出裂纹，烘干不彻底也会导致瑕疵;烧瓷要暴露于特殊气体;冷却太快会开裂……

张光华说，哪一环节不到位，产品就可能大比例不达标。客户要求是一百万个MLCC只允许一个不合格。另外，MLCC很脆弱，同一种规格的产品，大品牌可能细节更优秀，更不易机械损坏。

　　日本企业定位高端

生产电容的企业，一般也生产电阻和电感等“被动元件”。工艺有相通之处。如消费电子产品用量最大的电阻：薄膜电阻，只有牙签头大小，以陶瓷为基底镀膜制造，工艺稍不精细，指标大打折扣。

材料是中国电子元件企业的短板：陶瓷浆涉及钛酸钡和氧化钛诸多陶瓷材料，还混合了有机胶等等，电极浆则混合了镍粉、铜粉和树脂等等，配方都需要钻研。质量最高的陶瓷浆和电极浆产自日本公司。日本巨头如村田和京瓷，从做材料起家，后来才制造电子元件。

武晔卿说，二战后日本专注民用电子，电子产业集聚，有利于村田这类材料企业延伸业务。“就好像生产面粉的厂子，自己也开了拉面店。”数十年坚持基础研发的日本巨头，始终瞩目高端。去年底到现在，基础电子元件持续疯涨，武晔卿说，原因是日本几家巨头停产了利润率见薄的产品，集中精力于高端市场。

根据业界估计，随着手机更轻薄和频段更多，体积小性能好的元件用量会大大上升，iPhone使用的MLCC是手机中最多的，最新的iPhone要用上千颗。电脑和电视的用量比手机只大不小。

汽车(尤其是电动汽车)使用的电容和电阻更多，且元件质量要求苛刻，因为冲击、温度、粉尘和腐蚀等条件更恶劣，且不能有安全隐患。车用元件市场大，但技术门槛很高，未来可能会继续被日本巨头把持。

　　19、激光雷达昏聩，让自动驾驶很纠结

人靠眼睛看路，无人车也是。激光雷达就是无人车的“眼睛”。

伴随自动驾驶的落地，原来主要用于三维扫描的激光雷达，成为自动驾驶汽车的必备，甚至决定着自动驾驶行业的进化水平。但在这个切中行业要害的领域，国货几乎没有话语权。

　　激光雷达不可取代

激光雷达是个传感器，自带光源，主动发出激光，感知周围环境，像蝙蝠通过超声波定位一样。

按照自动驾驶L1—L5的等级划分，L3及以下属辅助驾驶或低级别自动驾驶，L4、L5才算得上高级别自动驾驶甚至无人驾驶。目前的自动驾驶都处于L3以下阶段，毫米波雷达甚至摄像头都能够满足汽车的视觉需求，特斯拉就应用了前者。但要想发展到高级别自动驾驶阶段，受测距、分辨率、精度、信息全面性的影响，激光雷达不可替代。

激光雷达可以精准测距：通过获取激光打在物体上并返回接收器的时间，乘以光速即可获得。由于打出的每一束光都带有相对位置信息，激光雷达可以利用算法实时生成汽车周围环境的高清数字地图，进行目标跟踪和识别。国内主流激光雷达企业北科天绘总经理张智武向科技日报记者介绍，激光雷达的扫描精度高、没有畸变，毫米波雷达只知道前方有障碍物，并不能准确描述大小和形状。

激光数据是矢量数据，计算机可以分类、提取、处理，自动辨别车道线、挡车柱、交通标识牌、树木等，这也是其他传感器做不到的。

激光雷达常以线数区分，并通常设计为2的指数级，如4线、8线、16线、32线、64线及问世不久的128线顶级测试产品。线数是指激光发射光源数，16线产品有16个光源，以此类推。目前能上路的自动驾驶汽车中，凡涉及激光雷达者，使用的几乎都是美国Velodyne的产品。这家公司成立于1983年，位于硅谷，其激光雷达产品是行业标配，占八成以上市场份额。

　　“芯片化”才能瘦身降价

线数决定激光雷达的分辨率。激光雷达以旋转扫描的方式工作，一个光源扫一圈，得到一条360度的水平环形视线，这也是为什么无人车顶的“大花盆”都要不停旋转。光源越多，视线越密集，实时地图的分辨率越高。张智武以素描类比：素描由线条构成，线条越密，画越清晰。

最早的国产16线产品于2016年推出，目前最高40线。制造多线数激光雷达，国内厂商普遍面临工艺繁琐的问题。以传统方式增加激光雷达线数就像拼接越来越宽的暖气片，造成产品体积成倍放大，同时极大增加量产难度。据激光雷达企业饮冰科技CEO金元浩介绍：“现有工艺条件下，提高线数需要增加印制电路板的数量，激光雷达的体积也会随之大幅增加。尺度和集成度必须兼顾。”

国外厂商之所以能做出64甚至128线的激光雷达，内部元件的芯片化起到决定作用：缩减激光雷达的体积、减少散热、有助于量产。这需要容量大、传输速度快、信息处理高效的专用芯片。目前国内激光雷达企业一般购买德国osram发射器。对此，国内智能汽车研究专家黄武陵强调“核心芯片，尤其是发射器和探测器，国产化程度、抗干扰等方面需要提高”。不同于手机芯片，接收芯片不追求单位面积晶体管数量最多，但对分辨率有更高要求。原来需求少，一年几万片，这两年风口突然转向高分辨率的高质量传感器，接收芯片生产工艺不成熟，技术能力不足。“激光信号的接收对集成度要求很高，原来做1×1的单点传感器，现在汽车对分辨率要求高，要1064×768。”金元浩说。按自主工艺生产这个分辨率的产品，与半块汽车前挡风玻璃大小相当，用起来不现实。因此，国货正在从分辨率没那么高的芯片起步追赶。

　　自主研发，备战量产市场

国内有研究所、激光雷达厂商正在自主研发发射芯片和接收芯片，但都处在初级阶段，产品尚未定型。“车载激光雷达是小众行业，近几年随着国内L2级自动驾驶的发展才有市场，行业技术储备不够，人力投入不足。”金元浩说。他所在的公司就在做16线激光雷达的发射芯片，但也是用低价产品抢占市场份额。

线数相同，不同产品的效果也不尽相同。据金元浩介绍，精度、稳定性、分辨率等参数与主流产品还有差异。尤其国产激光雷达的稳定性相对不足，汽车行业又对安全性要求极高，测试时间长，本来不大的市场，更难觅国货踪迹。

激光雷达贵，一在必需，二在紧俏。这是一个完全意义上的卖方市场。Velodyne 16线产品年初价格减半后仍达4000美元，百度智能车搭载的64线产品(也是目前市场适用的最高级)约8万美元，比一般汽车都贵。价格是无人车量产和商业化的拦路虎。

正因如此，国产激光雷达才要攻关。据张智武介绍，北科天绘的16线产品去年卖价5万元人民币，今年不到3万元，和Velodyne 16线的折扣相当，“一旦做出来，售价就腰斩”。议价空间之外，自动驾驶一旦从测试走到量产，激光雷达市场巨大，国货不能拱手让人。

新的技术方案也在出现，“激光雷达正往固态化方向发展，国内厂商需要抓住新的方向，与国外同行同步发展。”黄武陵说。相对于传统的360度机械旋转激光雷达，固态激光雷达基于电子部件进行数据读写，去除了机械旋转部件，是革命性技术。这条新赛道上，国内厂商可与国外同行站上同一起跑线。

　　20、“命门火衰”，重型燃气轮机的叶片之殇

重型燃气轮机(以下简称重燃)，名副其实的大国重器。作为迄今为止热/功转换效率最高的动力机械，广泛应用于机械驱动(如舰船、火车)和大型电站。我国现已具备轻型燃机(功率5万千瓦以下)自主化能力;但重燃(功率5万千瓦以上)仍基本依赖引进。据悉，重燃发电机组目前占全国发电装机总量的3%左右，虽不是一大块，却是不可或缺的一块——启停快捷、热效率更高、污染更少的燃机机组，作为大电网调峰容量的最佳选择，在国家能源安全中扮演着无可替代的全局性角色。没有自主化能力，意味着我国能源安全的重要一环，仍然受制于人，存在被“卡脖子”的风险。

　　极致技术：对质量和性能近乎变态的追求

把熔化的液态金属浇入模具，等它凝固;在显微镜下看其金相，会呈现形似“干裂农田”状的缝隙，专业术语称之为“晶界”。“晶界是金属的薄弱环节。”国家科技重大专项“重型燃气轮机”技术负责人表示。为提高金属材料在高温下的强度，就要想办法消除晶界。这是一个极其复杂、漫长的过程，包括精确的温度控制，以及精密铸造、定向/拉单晶等工艺。其核心部件的毛坯“都是来自国外”;核心设备单晶炉，也须从国外进口。该技术负责人解释，作为一种旋转叶轮式热力发动机，燃气轮机的叶片是最重要的核心部件之一。它要在1400℃—1600℃的高温下长期稳定地工作，目前没有任何金属可以做到。怎么办？

极限工况催生出极致技术，一种对质量和性能疯狂到近乎变态的追求。除了消除晶界、提高所用材料本身的强度之外，“只有靠冷却”：叶片是中空的，以便通冷却空气;表面有陶瓷涂层、冷却气膜，使它跟高温燃气隔离，等等。

更关键一点，在以上复杂流程的所有环节，任何一项技术参数都不能有丝毫偏差，“这是它跟常规制造流程最大的不同”。他强调，常规制造中还有一个安全系数，即一定的容错裕量;而“极限制造完全是另一概念”：叶片是空心的、又很薄，除了精铸，目前没有其他工艺手段可以做出来，未来3D打印能不能解决还不清楚;铸造过程中，材料的夹渣、裂纹、疏松、气孔以及变形等，都会影响叶片的强度和性能。因为“它本身是不可能的，要靠好多极限手段硬让它变得可能”，所有技术必须做到极致。所以，一就是一，二就是二，偏差根本不能容忍、不被允许。

　　体系差距：即使有钱也不知从哪下手

美国GE公司高层曾声称，要买重燃成套技术，除非买下整个GE。

“重型燃气轮机”重大专项总设计师顾春伟教授和上述技术负责人都谈到，国际上大的重燃厂家，主要就是美国GE、日本三菱、德国西门子、意大利安萨尔多4家，与国内三大动力合作的也是这4家。但他们都附带苛刻条件：首先，设计技术不转让;其次，核心的热端部件制造技术也不转让，仅以许可证方式许可本土制造非核心部件。

这两条注定了，没有自主设计能力，我们需要什么样的重燃、能要到什么样的重燃，只能听从人家的意志。核心制造技术不转让，国内上了那么多重燃发电机组，设备运维、备件提供完全受制于人，长期安全稳定运行堪忧;本土制造的许可证又都有期限，到期之后能否付钱再延，还须看他人眼色。所谓“卡脖子”，莫此为甚。

跨国公司秘不示人、惜之如命的设计技术，是真正的核心技术。顾春伟表示，重燃三大部件(压气机、燃烧室、燃气透平)的设计都是难上加难，因为它们需要“大量基础研究支撑”和“长期试验验证及经验积累”，没有长期积累，“即使有钱你也不知从哪儿下手”。

仍以叶片为例。即使分毫不差做足各种极致功课，叶片材料仍是有寿命期限的：重燃叶片，寿命在5万小时、3万小时不等，到期必须报废。怎么证明5万小时安全运行没问题？极限工况下、5万小时连续不断的材料试验必不可少。试想，一年8000多小时，5万小时要做将近6年，“这还只是做一轮配方、一轮工艺所需时间”，所以“一个人一辈子都做不了几个母合金”。它意味着巨量的投资、巨量的耗时和巨量的数据采集，而且每一步都必须亲历亲为，否则就“不知其所以然”。

“尽早建立起我国完整的设计体系、试验验证体系，才是重燃自主化的关键所在”，中国联合重型燃气轮机技术有限公司负责人如是说。

　　三位一体：工匠的经验仍不可或缺

叶片精铸过程中，“拉单晶”工艺很有画面感。上述技术负责人介绍，一般的铸造，是把金属液浇入模坑、自然冷却，出来的产品是多晶体，就会有晶界。而透平叶片单晶/定向铸造，“是在底下选一个晶体，让它慢慢往上走;上面保持高温，还是液体;然后这个界面一点点往上冷却，所以凝固时间特别长”。

顾春伟称之为“多物理场耦合”，即制造流程中，每一环节涉及各种细节的工艺控制，这种控制又受到各种物理条件的影响，比如湿度、温度、速度等控制下的成型，“每一步都是工匠、工艺、设备的‘三位一体’”。

三位一体中，设备当然必不可少，“先进单晶炉须从德国进口，国产的目前仍不完善。但光强调设备也不行”。单晶制造过程中，涉及多个环节、多位顶尖高手，每人各管一段;每人都身怀绝技，相互不可替代。包括所有的参数控制、补偿等，既靠数据标准，更有“手上的功夫”，也就是经验积累。因为“多物理场耦合”中，没有一把尺子可以包打天下。这是基于大数据的3D打印仍无法终结工匠的道理，也是我国高端制造流程中目前最紧缺的一环。

(责任编辑：安博涛)