二、硅晶体管

知识类型: 析出资源
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内容出处: 《福建省志·电子工业志》 图书
唯一号: 130020020230002361
颗粒名称: 二、硅晶体管
分类号: TN325+.2
页数: 8
页码: 95-102
摘要: 本文介绍了福建在70年代和80年代硅二极管生产的情况,包括企业建立和发展、生产能力、技术水平和市场情况。介绍了福建硅三极管的生产历程,从60年代开始,经历了70年代的大发展,80年代的技术改造和技术引进,以及90年代的困境和转型。文章还介绍了福建半导体器件厂在硅三极管生产中的重要地位和存在的问题。
关键词: 福建省 硅晶体管 市场

内容

(一)硅二极管
  1965年,厦门电子元件厂(厦门喷镀厂)建立了一个二极管车间,这是全省最早生产硅二极管的企业。生产的硅台面开关二极管2CK、可控硅1A、2A、3A等器件,畅销国内。翌年,南平504厂接受生产硅台面开关二极管,为国家“651工程”(我国第一颗人造卫星试验工程)配套,成功地完成了任务。这一年,生产2CK硅台面开关二极管12万只,成了福建省生产硅晶体管的主要企业之一。1966年,厦门半导体器件一厂也生产硅整流二极管。1967年,福建生产硅二极管的总产量仅12.17万只;1968年,总产量达到103万只。
  70年代,福建生产硅二极管的企业有8家,主要品种为硅整流、开关、稳压、微波二极管,硅双基极二极管,硅阻尼二极管。此外,还有高压硅堆,砷化镓二极管、发光二极管、磷砷化镓数码管、磷砷化镓发光二极管等。骨干企业为漳州无线电一厂和厦门半导体器件厂(一厂)。漳州无线电一厂从1970年建厂开始即生产硅整流、稳压和开关二极管,1978年还生产了硅阻尼管、硅桥式整流管。1977年年产量最高,达63.72万只。泉州半导体器件厂于1972年建厂后,主要生产硅整流二极管,后又发展了微波二极管。南平504厂于1974年试制成功参数对称的双二极管,满足了仪表工业的某种特殊需要。福州无线电二厂于1970年派人赴上海学习制造可控硅及整流二极管的技术,试制生产2CZ-20A、50A硅整流元件;1974年又试制生产大功率200A平板式硅整流元件,当年生产出20A〜200A陶瓷结构平板压接式硅整流元件5600只。1973年,先后试制成功20A、50A、200A、500A可控硅元件和5A、20A、50A、200A、500A硅整流元件共9个品种。1974年,把50A以下硅元件改为螺旋式结构,由于氩弧焊封装工艺没有掌握好,元件漏气,压降超标,电压特性下降,成品率降低。1977年,自制管座管帽,采用液压封装,合格率有较大幅度提高,性能较好。该厂产品主要为本厂生产的整机配套。1970至1979年共生产各种硅二极管10.16万只。1979年后,因产品销路不畅及质量、成本诸因素影响,逐年减产。1982年11月停止生产。
  硅堆的生产企业集中在龙岩地区。1972年,龙岩地区重工业局规划在本地区重点发展硅堆。经过短时间的摸索实践,当年生产出质量合格的高频高压硅堆0.24万只。1972年至1988年龙岩地区无线电厂(后改为龙岩空气净化设备厂)和龙岩无线电三厂共生产高压硅堆15万多只。
  70年代,是福建硅二极管生产的重要发展时期,不少企业从单一产品发展到系列产品,有些企业则以生产二极管为基础谋求生存和发展。但是,总的生产能力、技术与质量水平都较低。1970年到1979年总产量为825.68万只。
  80年代,福建已逐步形成了漳州无线电一厂和厦门半导体器件厂的硅二极管的专业化生产。1980年到1988年,.全省共生产各种硅二极管17519.04万只。
  漳州无线电一厂1980年被省电子工业局列为全省电子工业16个重点技术改造企业之一,承担为福日牌电视机配套的任务。为此,该厂与省投资企业公司合资,于1982年引进硅二极管生产线全套设备,1984年投入批量生产后,当年产量达399.8万只。该厂能批量生产IN4001~7系列硅整流二极管、PR1001~7系列硅快速(阻尼、升压和高频)二极管、1N4118、IS1553和IS2076系列硅'决速开关二极管、HZ、BZX系列硅稳压二极管、2CZ53〜57和2CZ82〜85系列硅整流二极管、2CW50~78和2CW101~121系列硅稳压二极管。因产品质量好,1985年被电子工业部确认为首批为国产化彩色电视机配套的企业,同年10月获得电子工业部颁发的生产许可证,年产量达1008.7万只。1984年、1985年两年的产量,是过去10年总产量的4倍多。1987年,该厂被电子工业部评为彩电国产化工作先进集体。1988年,该厂积极开展横向联合,参加国内大的电子企业集团,先后参加了“金星”、“黄河”、“飞跃”、“西湖”、“福日”五大电器集团和中国TJ联合体,以扩大产品销售。1988年,产品销售量高达5000万只,占全国硅二极管市场总销量1/10,成为电子工业部定点的全国彩色电视机主要配套厂之一。该厂三联牌SO2CK74A~E型硅开关二极管1988年获福建省优质产品称号。厦门半导体器件厂,1981年开始从事塑封整流二极管来料加工业务,产品全部返销国外。1983年前后,国内市场对硅二极管的需求量剧增,这对厦门半导体器件厂来说是一个难得的机会,可由于该厂设备均为五六十年代的水平,生产能力有限。为了改造老企业,经厦门市政府批准,采用拼盘方式,用32万美元从香港宏业半导体工程有限公司引进美国、日本和香港的关键设备。1984年8月14日签订了合同。按规定,合同生效四个半月内生产线全面投产。可是主要设备拖了10个月才陆续到齐,有的机器又与合同要求不符,如长炉、塑封机质量低劣,其中油压机和320穴模具两项设备距离合同规定甚远,因而在试产中出现反复无常和粘模严重的现象;几台主要设备都有外部锈迹、人工锉磨等问题;到货的晶片(硅片)5500大片,是1974年出厂的;环氧树脂的到货期正好是失效期。由于港商严重违背合同和屡次严重违约,致使厦门半导体器件厂在经济上蒙受了很大的损失。为了维护国家利益,该厂在有关部门的支持下,据理力争,做了大量工作,终于迫使港商签署一项与合同具有同等效力的协议书,同意更换不合格品,补齐缺损零件,退还多收货款,并派出以总工程师为首的技术人员到厂协助安装调试引进线有关设备。1986年4月15日以前完成了调试和试产,产品符合技术合同要求,经电子工业部第五研究所进行全部项目的例行试验,符合部颁标准。该生产线投入生产后,至1987年已生产硅二极管1304.1万只,偿还贷款一半多,产品出口创汇17万美元。1988年,该厂对本需引进的部分生产设备自行设计和制造,制造出分选机、搓直机、编带机、打印机,花费人民币2.5万元,而引进则需8万美元。这一年,该厂产品通过了机电部生产许可证验收,S2CE85A型硅整流二极管和S2CK74A型硅开关二极管获省优质产品称号。历年共生产硅二极管4000万只。
  (二)硅三极管
  60年代,福建生产硅三极管的企业仅两家,批量生产始于1965年。在大办新兴工业中,生产器件产品的厦门喷镀厂建立平面工艺试制车间和硅二极管车间。因当时二极管产品销路好、盈利大,以此积累资金,为研制平面管提供了必要的经济条件。1965年,我国成功地突破了硅平面工艺技术。年底,厦门喷镀厂也试制成功了福建省第一此硅平面三极管,并投入了生产。以后数年,产量逐年增加,质量不断提高,在全国颇有影响。1966年4月建厂的南平半导体器件厂(后改为南平504厂)也生产了硅高频小功率三极管。
  70年代,福建硅三极管的生产有较大的发展,建立了一批骨干企业,有个企业先后生产各种硅三极管。主要品种有硅高频中小功率三极管,硅低频大、小功率三极管,硅高频、超高频大功率管,硅开关三极管,硅场效应管等。年产量从1971年的70.16万只,增长到1980年的710万只,提高了10倍多。
  80年代初,由于大量进口整机和器件,给国产器件生产造成了严重威胁。如1981年硅三极管产量为938.5万只,1982年降为297.6万只,减少三分之二。为此,福建半导体器件工业加紧了企业技术改造和技术引进,使生产有了新的生机。1988年,专产硅三极管的企业有6个,产量为952.5万只。此时福建半导体器件厂从明溪迁至福州城门新址,继续投入生产。
  1.硅高频中、小功率三极管生产硅高频中、小功率三极管的主要企业为福建半导体器件厂(国营8430厂)、南平504厂。前者1969年5月被列为全国22个地方半导体器件骨干厂的建设项目之一。当年8月1日,福建省以厦门电子元件厂原有设备和技术力量为基础,再投资2000多万元,在“小三线”地区的明溪县连厝村,建立国营8430厂。筹建时在没有对这里的地质、水质、供水量、气候条件进行科学调查的情况下,便从“战备出发”,将这个骨干企业建在一条长约4.4公里的大山沟底支沟的死角里。为防敌机发现,或被发现后不致被全部炸毁,工厂厂房布局散乱。以致把好不容易得到的相当部分资金耗费在挖山、砌坡、建桥(10多座)、修路和搬迁之上。尤为严重的是,由于钻山过深,以及水质、潮湿度等客观环境有悖于对工艺环境、生产条件要求极高的半导体生产工艺规律(如日本采用超纯净化生产),致使这个厂建成后虽能试制成功并批量生产硅大中小功率三极管,但在批量投产后不久,即暴露出种种严重妨碍生产和影响质量的问题。如该工厂的厂房置于林荫密雾之中,日晒时间极短,有的只有两个小时,有的几乎终日不见阳光。冬天雾气不散,初夏之前阴雨连绵,空气潮湿,只要一返潮,工艺车间墙壁上就会冒出行行水珠,湿度高达90%。有人形容说“抓一把空气可捏出水来”。一下大雨,水就浑浊不清,只好停产等待好天气。因此上半年往往处于停产状态,下半年是生产的黄金季节。可是1973年后因山林被滥砍滥伐,造成水源枯竭,从每年的9月份起用水供应严重不足,水压才0.5公斤。为保证生产,只好压缩生活用水时间,每天仅供水3小时,但仍无法保证生产之需,还时常被迫停产。水质不纯的问题也十分突出。水中有一种不溶于水、酸、碱的有机溶剂,不能用过滤、吸附、离子交换等方法除去,是一种属于永久性硬水。还有一种像鼻涕一样的淡黄色有机胶体,也难以除尽,在高温下会碳化成为良好的导体。这对单晶、外延、扩散、光刻、制版等工艺的影响极为严重。产品容易产生漏电大、击穿特性软、输出特性、击穿电压、电流放大系数容易退化等问题。据后来勘察,该址还有放射性物质。这种恶劣的生产生活环境,在全省9个“小三线”工厂中最为典型。
  面对恶劣环境,为了提高产品质量,该厂采取了几项措施:一是1971年9月10日厂领导专程往厦门大学请刘仕毅副教授到厂,用了两个多月的时间,对车间和厂区环境、水质作了系统调查,并提出在工艺车间内采用隔板防潮的建议。根据刘仕毅的建议,工艺车间的布局结构作了一些调整,还适当地关门和开门开窗;二是将主工艺厂房附近的树木砍掉(因工艺厂房附近的树木过多,没有阳光,湿度过大,为此厂里向省国防工办请示砍树,工办领导从战备角度出发不予同意。但1972年,春末初夏之交,有一天夜晚雷雨交加,厂区内有一棵直径约40公分的松树被雷电击倒在房子上,不久又一棵松树被雷击倒在宿舍房顶上。为此,该厂再次要求砍树,工办仍不同意,后经三明地委、军分区、明溪县委领导到实地考察,现场拍板同意砍树。1972年7月至11月间,将厂房附近30米以内的树木全部砍掉);三是工艺上也采取了一些措施,例如,扩散工艺中气体纯化使用的分子筛,改半年烘干一次,为每个季度,甚至个把月就烘干一次。针对水源浑浊问题,采用水库沉淀和慢滤池,减少杂质,提高水的纯度。该厂还在较开阔的地面上盖了一幢主要工艺楼。后来,经采取一些措施后,产品质量略有提高。这之后,生产才有了较大的发展。1972年产量才100万只,1980年仅3DG一个系列产品就达300多万只,1981年达500多万只。3DG27、3DG12、3DG7系列中功率管的例行试验合格率由85%提高到95%以上。并且,以3DG12为代表产品,参加了全国同类产品的质量评比,获得较好的评价。四机部函请该厂作“SDG12Icbo、Vceo、β”的稳定性和可靠性高的经验介绍。1978年,该厂生产的3DGl30(3DG12)中功率三极管参加全国同类产品的质量评比,获第四名。1982年,在全省3DG102B三极管的同类产品评比中,获第一名。1983年10月,经对工艺、工人素质、生产条件、产品质量等诸方面的严格审查,有5种产品获得电子工业部首批颁发的生产许可证。该厂成为部首批17个生产许可证试点单位之一。1971年到1988年,共生产各种中、小功率三极管3052.74万只。1980年5月,我国向太洋海域成功发射运载火箭,该厂的高频小功率管、硅开关管等器件,装备在试验用的8种弹载设备和22种相应的配套设备上,受到了中共中央、国务院、中央军委的表彰;七机部也向该厂发了贺电。1984年4月,该厂产品又为我国第一颗同步卫星的发射成功作出了贡献,再次获得中共中央、国务院、中央军委的表彰;航天工业部也赠送了纪念品。
  生产硅高频中、小功率三极管的另一个骨干企业南平504厂,主要产品有NPN、PNP高频三极管。该厂于1967年,在省重工业厅仪表处指导下,由南平半导体器件厂和南平仪器厂合并建立。建厂初曾派出17人赴上海学习、培训。1968年8月,上海无线电元件五厂派技术工人到南平协助搞试制,获得成功,并批量投产了3DG8、3DG6小功率三极管。当年产量约6万只,创产值39万元。1072年总产量达34.65万只,仅小功率三极管就达18.2万只,创产值73.9万元。经过10多年的发展,小功率三极管的年产量从6万只发展到191.63万只。生产工艺日益完善,质量稳步提高,产品销往全国各地,经久不衰。生产的硅3DG系列三极管有3DG4、6、8,3DG401~407系列,CDS2等。3CG产品,是1980年7月试制投产的,有3CG14~15、3CG21、3CG23系列、3CG100等。1982年,该厂的3CG100参加全国同类产品的质量评比,获第一名。从建厂到1988年,共生产3DG系列产品1277.6万只、3CG系列产品66.87万只。硅高频中功率管,于1977年8月试产成功并批量投产,年产量达50万只。品种有3DG7、3DG12系列,3DG27、3DA87系列等。1982年,3DA87参加全国同类产品质量评比,获第四名。
  1979年至1988年,明溪无线电四厂共生产3DG系列中、小功率硅三极管65〇.58万只。
  除上述各厂外,全省先后生产硅高频中、小功率三极管的企业还有厦门半导体三厂、厦门半导体四厂、厦门大学综合厂、明溪无线电二厂、三明无线电一厂、仙游无线电厂等。从1974年起,福建生产的硅高频中、小功率三极管还小批量出口,福建半导体器件厂出口310万只,南平504厂出口79.25万只。
  在硅三极管的生产工艺和产品技术进步方面,有两项较大的尝试。一是福建半导体器件厂于1975年10月开始采用硅酮树脂塑料封装新工艺,1976年投产塑封3DG40l~406、3DG202系列产品,当年生产约3.28万只。由于其它任务的影响,塑封生产线没能继续生产。1980年初这条生产线重建成功,批量投入生产。二是省电子工业局为了改善半导体器件工业的生产环境条件,以南平504厂为试点,拨款将旧礼堂改建成380平方米的全省第一个净化厂房。1978年投入使用后,该厂产品合格率显著提高,制版工艺效果尤为显著。
  2.硅开关三极管
  全省先后生产硅开关三极管的企业有4家,主要企业为南平504厂和福建半导体器件厂。1968年8月,南平504厂在上海无线电元件五厂的帮助下,试制成功3DK2开关管;不久,又试制成功3DK3产品。1970年,开始批量生产,年产量达3.4万只。产量最高的年份为1977年,达20.78万只。从建厂到1988年,该厂共生产开关管152.34万只。开关管产量最多的则是福建半导体器件厂,从1971年至1985年,产量334.76万只。1971年,该厂生产3DK系列中、小功率开关管。1972年,硅开关三极管曾出现饱和压降(VCESat)不稳的现象,严重影响产品的质量。为了解决这一问题,技术人员和工人反复试验,采用背面蒸金新工艺,并结合运用“优选法”,使成品率有所提高。1973年,采用中测打点机生产,并在背面蒸金的基础上,采用磷气氛下合金的方法,使饱和压降的稳定性进一步得到改善。1974年,四机部给该厂下达了为“东风五号”重点工程提供3DK2、3DK3开关管的配套任务。1975年,该厂按06单位提出“东风五号”的技术要求生产,虽然完成了任务,但产品的合格率仅为15~20%。1976年,为了解决质量不稳的问题,采用直流溅射钝化工艺,较好地解决了高反压管高压老化和潮热试验质量问题。高压老化合格率由60%提高到90%,潮热试验合格率由50%提高到80%,最高达90%。1978年,针对3DK管长期以来由于饱和压降、放大系数及漏电问题造成的例行试验不合格的现象进行了较全面的观察,增加了表面三氧化铝钝化,改进了合金方法,并对封帽工艺提出了更严格的要求,质量问题才迎刃而解,使3DK7全部通过了例行试验;3DK4的成品率((3为绿点),也由20%左右提高到50%,达到历史最高水平,产量从上半年12万只上升到下半年60万只。1979年,该厂根据四机部的要求,完成了为战备配套3DK2B、3DK7B高速开关三极管5.18万只的任务。
  建厂以后,随着生产工艺不断调整创新,产品质量逐步提高,产品品种也不断增多,主要有3DK2、3DK3、3DK4、3DK7、3DK8、3DK9、3DK21等。
  此外,厦门大学综合厂、明溪无线电四厂也分别生产过硅开关三极管,但产量不大。
  3.硅髙频、超高频大功率三极管
  福建生产硅高频、超高频大功率三极管的企业有3家。最早生产硅高频三极管的是福建半导体器件厂。1970年,该厂曾在简易的厂房和工艺条件下,试制成功高频大功率三极管4S11、4S12(新型号分别为3DA2A、3DA2D)两种晶体管,1971年小批量生产。由于生产工艺技术难度大,产品技术无法达到定型标准。该厂发动职工积极改进生产方法,先后对中测工艺、硼、磷扩工艺、封帽工艺进行调整,改变了工艺流程,提高了硅材料质量,因而产品质量得到提高,特性有所改善。1976年,根据四机部的任务要求,该厂派人到四机部1413研究所参加为我国重点工程“114雷达”配套所需要的硅高频功率管攻关会战。该厂的任务是必须在规定的期限内提供6000只400兆赫50W和400兆赫12W超高频大功率管。这种超高频大功率管是发展电子对抗雷达、通信导航等军事装备的极其重要的基础产品,要求可靠性高、管芯面积大、图形线条精细,由几千个小单位组成,工艺过程相当复杂。为保证试制成功,该厂组织了管壳零件、单晶外延材料、水、气、制板、制管、仪器设备等7个攻关小组。经过一个多月的会战,先试制出H-2型氧化铵管壳零件。在没有液氮机的情况下,用氮氧机制取的液氧代替液氮,保证供给Pt-cr一w-Pt-Au新金属化系统溅射设备的液氮冷井使用。同年12月,采用铬一铜一铝系统的通常工艺做出400兆赫下输入2瓦输出12.6瓦的样管,并用铀一铬一钨一钼一金的新金属化系统做出12.6瓦的样管。当年全面完成四机部1976年9月1日下达的(76)四础字106号文件生产400兆赫12瓦超高频管2000只的任务。为继续试制400兆赫50瓦超高频管的生产,打下了基础。
  经过一年的努力,该厂采用自制的光刻掩膜版试制的超高频管样管,输出功率可达48.2瓦,接近成功。此时,四机部又下达该厂试制生产用于m长河四号”、“5072”、“640”、“东风五号”、“708工程”以及“506航空电台”、双波段电台等工程配套的超高频大功率管的任务。
  1978年2月,400MC50W超高频大功率管试制出样管。当月21日送到四机部1014研究所测试的21只样管中,输入功率为17瓦时,输出40瓦的4只,输出大于50瓦的6只;输入15瓦时,有一只输出51.8瓦,增益达5.38分贝,效率为75.20%,达到了四机部在会战会议上提出的技术指标。3月14日,1014所向四机部报告说,这只管子是他们看到的性能最好的一只。这一年该厂共生产3DP系列超高频大功率管2990只。
  1979年3月,四机部在“400兆赫50瓦硅超高频大功率晶体管协调会”上,要求该厂在当年10月之前提供3DP系列产品100只。该厂当年生产了133只。
  由于超高频大功率管的工艺不过关、成本高、可靠性低等原因,无法批量生产。在四机部调整下,1980年停止了3DP系列超高频大功率管的试制和生产,改产SDL3、3DL5超高频大功率管。这一年,该厂生产3DA系列的三极管15.98万只,达历史最高水平。
  1972年到1984年,福建半导体器件厂共生产3DA1、3DA2、3DA4、3DA5、3DA14、3DA21、3DA27、3DA97、3DA98、3DH1、3DH2、3DH4、3DH6、3DP210、3DP410、3DP420、3DP430、3DL3、3D1L5等高频、超高频大功率管39.7万只,其中3DA系列占95%,超高频大功率管仅占0.8%。1985年后,由于该厂产品结构的调整,停止生产上述产品。
  厦门半导体器件二厂,从1978年到1986年生产3DA系列硅高频大功率管为19.13万只。明溪无线电二厂1983年生产硅高频大功率管9000只。明溪无线电四厂1984年到1986年也生产硅高频大功率管。1987年后,福建停止生产硅高频、超高频大功率管。从1972年到1986年,全省共生产硅高频大功率管87.58万只。
  4.硅低频大、小功率三极管
  1969年,福建开始生产硅低频小功率三极管,生产企业主要为厦门半导体器件四厂,国营8430厂和南平504厂也曾生产过少量的硅低频小功率管。硅低频大功率三极管由厦门半导体器件四厂独家生产。1979年,该厂经过市场调查,发现用于电子整机的硅低频大功率管比较紧缺,便抓紧研制生产。由于设备陈旧,工艺落后,未能形成批量生产能力,当年产量仅1.26万只,1979年至1982年的总产量才3.96万只。1983年,该厂从美国、日本等地引进了硅低频大功率三极管后道工序的关键生产设备,年产能力为300万只。当年试产成功,产量为11.1万只。1984年,产量为57.5万只。1985年,随着市场的扩大,产量上升到151万只。产品被上海电视机一厂、上海无线电四厂等名牌电视机厂、收录机厂批量选用。该厂通过技术改造,经济效益迅速提高。改造前的1982年工业总产值为68.8万元,利税为1.8万元;改造后的1985年工业总产值为1033.2万元(按8〇年不变价),利税为164.3万元,分别增长15倍和91倍多。1979年至1988年,共生产硅低频大功率三极管696.96万只。
  5.硅场效应管
  硅场效应管主要由福建半导体器件厂生产。1973年,该厂试制生产P沟道MOS场效应管CP3型,以及N沟道场效应晶体管3D01、CN3型。1975年,试制生产N沟道结型场效应管3DT6、3DT7。1982年,因产品结构调整停止生产。1973年到1982年,共生产场效应管28.81万只。
  福州大学物理系实验厂也曾少量生产场效应管。

知识出处

福建省志·电子工业志

《福建省志·电子工业志》

本书记录了福建省电子工业有史料记载以来至1988年止,全行业的发展与现状。

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