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富士康芯片项目即将落地;钠电池获突破将取代锂电池?新冠轻症患者传播力更强【前沿技术周报】第 78 期
2020-07-24 18:36

富士康芯片项目即将落地;钠电池获突破将取代锂电池?新冠轻症患者传播力更强【前沿技术周报】第 78 期

文章所属专栏 前沿技术情报所

一周又要结束了,此刻大家可能在关注大国关系,在关心股票涨跌,这些事都是我们左右不了的。还是接着来关注前沿技术领域吧,本周有不少事值得回顾一下。


1.芯片行业热度不减,设计、晶圆制造方面都有公司在科创板上市。大家的关注点也都在这两个高技术难度的环节。在芯片产出的最后一环--封装测试领域,最近也有大项目即将落地,代工巨头富士康在青岛将有月产能3万片12英寸晶圆的封测项目开始建设。我国在封测这个环节竞争力如何,有哪些龙头公司,富士康为什么选择这个领域切入半导体行业?


2.动力电池持续火热,高瓴资本100亿元、本田37亿元参与宁德时代的定增。使用动力电池的特斯拉更是风头正劲。现在动力电池主要是锂电池,成本高。科学家在研究用纳金属代替锂,据称成本可能只有锂电池的1%。最近国内外科学家在钠电池研究上取得新突破,电池容量有望获得提升,实现更大的储能。钠电池相对于锂电池有哪些优劣势?新研究有哪些进展,现在处在什么阶段?


3.新冠肺炎依然在全球大肆传播,国内疫情也有所反弹。现在轻症患者占大多数,是否轻症患者传播能力更低呢?最新研究发现并非如此,轻症患者的病毒载量反而是最高的。这是怎么回事?


一起来看一下吧。


富士康半导体封装测试项目即将落地


芯片领域备受关注,做芯片设计的寒武纪,和晶圆制造领域的中芯国际都在科创板上市,股价飞涨。最近代工巨头富士康也有新动作,在半导体的封装测试领域将有大项目落地。

 

7月22日,据台湾《电子时报》报道,消息人士称,富士康计划在青岛建设的先进芯片封装与测试工厂已在近日破土动工。该工厂计划投资600亿元,致力于为用于5G和人工智能相关设备的芯片,提供先进的封测技术,设计的月产能是30000片12英寸晶圆,计划2021年投产,2025年达产。对此,富士康方面回应:“金额不实,具体信息以官方签约发布新闻为准。”

 

富士康否认了投资金额,不过没有否认该项目。这个半导体封测项目应该是会按照预定的时间点来推进,只是投资金额还未定。今年4月15日,青岛西海岸新区与富士康科技集团签约,富士康半导体高端封测项目正式落户青岛。项目的新工厂将由富士康和融合控股集团有限公司共同投资。融合控股集团是青岛西海岸新区直属的国有资本运营平台。预计该项目由融合控股提供土地、大部分资金、建设能力,富士康提供技术与建成后的运营(半导体是西海岸新区着力发展的产业,除了富士康,该地还引进了中芯国际创始人张汝京创立的芯恩半导体,预计在8月初在西海岸新区投产8英寸芯片)。     

 

青岛西海岸新区与富士康科技集团签约


富士康以手机、电脑等设备代工起家,在新兴产业中,也布局了工业互联网、半导体、机器人、数字医疗等项目。在半导体方面,富士康在2017年组建了半导体子集团,整合企业资源发展半导体业务,一些和半导体有关的子公司,包括京鼎精密科技、讯芯科技和天鈺科技都划归在半导体子集团下运营。京鼎精密科技生产半导体设备,讯芯科技是一家半导体模块封装测试的企业,天鈺科技业务为LCD驱动器ICs的设计和开发。

 

在2017年,富士康曾竞购东芝内存芯片业务,报出了270亿美元的高价格,但最终还是以失败告终,富士康的中国背景可能是其中的重要因素。

 

 

2018年又有传言称,富士康正寻求进入晶圆制造领域,并且已经让其半导体事业集团评估建造两座12英寸晶圆厂的可能性。实际情况是,2018年8月,富士康与珠海市政府签署战略合作协议,双方将在半导体设计服务、半导体设备及芯片设计等方面开展合作。有消息称,富士康将于 2020 年在珠海启动 12 英寸晶圆厂的建设工作,总投资额达 90 亿美元,将制造用于超高清8K电视的芯片、摄像头图像传感器以及工业应用和连接设备的各种传感器芯片。不过到现在还未有开工建设的信息。晶圆制造技术难度高,投资金额也非常大,虽然郭台铭凭借自己的资源可以在台湾挖人,但现在这个阶段进军晶圆制造,能够形成规模的概率不高。

 

到现在为止,富士康布局了若干半导体项目,主要包括: 


2019年1季度,由济南国资委旗下的产业基金牵头、富士康参与的高功率集成电路项目正式开工建设,规划年产36万片8寸硅基功率器件和12万片6寸SiC功率器件;

2020年6月15日, 总投资10.08亿元的富士康5G毫米波连接器项目落户昆山。

 

总体来看,富士康想打造从设计、制造、封装全产业的半导体布局,不过由于设计与制造的技术难度大、成本高,一直还没有进展。相比之下,封装测试技术门槛低,是富士康在半导体领域突破的主要方向。青岛的项目应该就是富士康在半导体封装测试上的最重要落地项目。

 

封测是半导体制造的后道工序,将芯片封装在独立元件中,同时提供芯片和PCB之间的互联,保证电路和逻辑正常。

 

芯片封装


其中,封装是把半导体裸片放到一块起承载作用的基板上,把管脚引出来,固定包装成为一个整体。起到保护芯片的作用,相当于是芯片的外壳,不仅能固定、密封芯片,还能增强其电热性能,核心是实现芯片 I/O 接口电极与整个系统 PCB 板物理和电气互联。

 

测试包括两部分,即晶圆检测和成品测试。晶圆检测是指通过探针台和测试机配合使用,对晶圆上的裸芯片进行功能检测和电参数测试;成品测试是指通过分选机和测试机配合使用,对封装完成后的芯片进行功能和电参数测试。

 

芯片这么火,但封装测试这个环节大家关注度不太高,这是为什么呢?原因在于,与设计、制造相比,封装测试技术难度更低。众所周知的是,芯片设计是技术密集领域,对技术积累和人才要求很高;晶圆制造是技术与资本密集领域,除了技术,还需要大量的资本投入;而封测环节更多是劳动力密集领域,技术上门槛不高,拼的主要是成本控制。


以我国半导体封装测试龙头长电科技为例,按营收计,长电科技2019年营收235亿元,但主营业务毛利率只有11%,期间费用率达13.4%,净利润8866.3万,上一年则是亏损9.4亿元。长电科技员工数量也达到23000多人

 

封测领域涉及的主要设备是测试机、分选机及探针台,难度也与光刻机不可同日而语。

 

由于技术门槛相对较低,芯片封测是国内企业进入半导体领域主要选择的方向,包括富士康也是如此。富士康多年经营代工行业,属于劳动力密集领域,与封装测试非常相似。我国封装领域三大巨头为长电科技、华天科技、通富微电,都是世界前十名行业。从整体份额来说,根据中国半导体行业协会统计,2018年中国集成电路产业封测业销售额达333亿美元,而全球封测行业2018年约560亿美元,中国封测行业占全球市场份额约达59%。

 

封装测试领域的前两强为台湾地区的日月光投控和美国安靠。日月光投控2019年全年营收为4,131.82亿元新台币,换算成人民币约1千亿元,较2018年增长11%。净利168.5亿元新台币,换算成人民币约40亿元,较2018年减少33%。利润率也非常低

 

虽说这个领域技术难度相对不高,对人力成本要求高,对富士康相对有利,但这个领域经过这些年激烈竞争也已经逐步进入格局固化阶段,行业前三已经占据市场的六成左右的份额。富士康这个时候进入市场,要成为龙头难度不小。所以富士康选择的是5G与AI芯片这些新兴领域的封测市场。不过富士康在封测领域的项目落地产业意义不及设计和制造环节,毕竟封测上我国不至于被卡脖子。

 

俄德合作开发价格低的高容量钠电池  

 

特斯拉股价节节攀高,也让储能行业更受关注。如果能研发出新材料或者新工艺可以替代锂电池,降低电池成本,电动汽车的价格有望继续下降。最近国外科学家在钠电池研究上取得了一些新进展。

 

先来认识一下纳和锂。相对于昂贵的金属锂,金属钠储量丰富,价格低廉,而且钠离子不与铝形成合金,负极可采用铝箔作为集流体,可以进一步降低成本。此外研究还显示,在快速充电、再生制动和启停功能的功率能力方面,钠离子电池表现很好;钠电池能够在0 V的电压下释放或维持,而不会改变其后续的性能;由于Na的化学性质较为柔和,因此高充电速率下出现枝晶和爆炸的可能性比锂电低,因此钠电池的安全性更好,可能比锂电池更稳定,不易爆炸


锂电池工艺

 

如果以钠材料为基础生产价格低廉的电池,以替代锂离子电池,将非常有商业优势。有数据称,钠电池成本仅为锂电池的1%。

 

钠电池的劣势也挺明显,研究资料显示,在质量上,钠比锂重三倍,氧化还原电位低300 mV,这使得钠电池的能量密度比锂电至少低30%,在制造高能量密度的电池方面潜力不如锂电池,也就是说,钠电池的储能性能要劣于锂电池,如果不能开发高性能的钠电池,未来用在商用车上的概率会很低,这将影响钠电池的商业前景

 

学界和业界对于钠电池的研究一直在持续。最近,莫斯科国立钢铁合金学院、俄罗斯科学院生物化学物理研究所和德国亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心的科研人员在《纳米能源》杂志上联合发表论文,称研发出了可以替代锂离子电池的钠电池。

 

俄德科研人员在实验中发现,如果将钠原子用一种特殊的方式“包裹”起来,比如,像三明治那样,将钠原子放置在两层石墨烯之间,就可以大大提高这种钠原子结构的电容量,进而开发出高性能的钠电池。

 

研究人员表示,具备锂离子和石墨烯三层结构的锂电池,每克电容量为828毫安时,是传统石墨阳极锂电池(每克372毫安时)的两倍以上。目前研究人员开出三层结构钠电池样品,并正在实验室进行测试,初步测试结果表明,新的三层结构钠离子电池的每克电容量与传统石墨阳极锂离子电池相当,约为每克335毫安时

 

这意味着钠电池的储能能力在新的结构之下,有望获得提高,这对于钠电池的商业前景来讲是个好消息。目前钠电池还处在高校和研究所实验室研究阶段,还没有真正的产品出现,将技术工程化也是一大障碍。当真正的产品出现并具有量产潜力的时候,钠电池的商业价值将会释放出来,对现有动力电池行业和电动汽车行业来说,都可能带来重新洗牌的效应。

 

在国内,科研机构对钠电池的研究也取得了一些进展。今年3月,中科院大连化学物理研究所研究团队与中国科技大学团队、中科院宁波材料技术与工程研究所团队合作,研制出高比能、柔性的全固态钠电池。这种电池构筑了一种聚合物电解质/电极材料一体化的集成系统,加强了固固界面接触,降低了电池界面阻抗,以解决固态钠电池内阻大、容量低、寿命短的问题。

 

新冠肺炎轻症患者初始病毒载量更高

 

新冠肺炎依然在全球蔓延,在国内,最近新疆和辽宁大连相继又出现了新的确诊病例。对新冠的传播特性还需要深入加以研究。


由于现在的确诊病例发现较早,也能够及时医治,所以症状往往是轻症和普通症状。一般认为,轻症患者的病毒载量比重症更低,重症和危重症的病毒载量会非常高,传播能力更强。不过最新研究发现并非如此。

 

美国纽约大学研究人员近日在《美国病理学杂志》上发表研究报告指出,他们经过研究发现,在新冠肺炎患者中,轻症患者的初始病毒载量要明显高于需住院治疗的重症患者。处于疾病初期阶段的新冠肺炎轻症患者是更大更重要的传染源,需要予以更多关注,因为轻症往往会不太被重视。

 

据科技日报报道,纽约大学研究人员调查了205名在纽约市三级医疗中心急诊室就诊的新冠肺炎患者,其中165人症状较轻,没有住院,另40人则因症状较重而住院接受治疗。经过数据分析后发现,与住院患者相比,未住院患者的初始病毒载量要高得多。在剔除了年龄、性别、种族、体重指数和合并症这一系列因素的影响后,依然如此。

 

进一步研究表明,患者的初始病毒载量与临床症状的严重程度并没有显著相关性,但与症状持续时间呈显著负相关,病毒载量越高,患者症状持续时间越短。由于病毒载量更高,轻症患者有更高的病毒脱落风险,更高的病毒脱落风险高,代表了更高的传染风险,是重要的感染源,而在实际疫情防控中轻症患者往往被忽视

 

这意味着对于轻症患者的传播半径应该做更细致的查考,其密切接触者的感染概率也可能更高一些。这项研究成果其实在国内研究中也得到了印证。香港大学新兴传染病国家重点实验室主任袁国勇团队3月23日在《柳叶刀》子刊上发表了一篇论文称,新冠患者在发病初期病毒载量即出现峰值,许多新冠患者在处于轻症状态时,已无形中成为了巨大的移动“病毒源”。2月24日,香港大学公共卫生学院微生物专家潘烈文团队在《柳叶刀》在线发表了一篇论文,文中称,新冠肺炎患者在出现症状后的早期病毒载量比较高,且病人在未显现症状之前或已具备传染性。

 

与香港大学的两个研究相比,纽约大学本次研究采集了更多的样本,达到205个。之前香港大学的两个研究分别监测了23名和82名确诊患者的临床样本。这使得这个结论在更多样本上获得支持。

 

无症状感染者虽然没出现症状,但病毒载量并不低。北京地坛医院感染中心副主任、感染二科主任陈志海最近表示,无症状感染者与患者的病毒载量相近,但是无症状感染者没有咽痛、咳嗽、喘憋等一系列呼吸道症状,排出的飞沫很少,传染性相对较低。

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