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【大国工匠】对话胡海:瑞波光电大功率半导体激光芯片国产化的破局之路


      长风起,潮头立。粤港澳大湾区和中国特色社会主义先行示范区“双区驱动”赋予了深圳全新的发展机遇。为响应质量强国、品牌强国、制造强国等国家战略,进一步弘扬大国工匠精神,团结引导企业传承匠心、砥砺前行,把榜样的“力量”转化为“实干的动能”,奋进“双区”建设新时代。深光协推出《大国工匠 》专栏,从而汇聚起担当、作为、干事、创业的磅礴“动能”。

胡海,美国哥伦比亚大学应用物理专业博士,深圳首批“孔雀计划”团队“半导体激光创新科研团队”带头人,深圳瑞波光电子有限公司创始人兼总经理。主持过半导体激光器相关科研项目12项;参加过相关科研项目25项;累计申请专利27项,其中12项已实现产业化,3项成功推向市场,销售额达111090万元。发表论文75篇,其中SCI论文40篇。
 

       扫地机器人、无人物流车、光动力疗法、激光美容…..这些在生活场景中频繁出现的词汇,都离不开大功率半导体激光芯片。10年前,我国大功率半导体激光芯片几乎完全依赖进口;10年后,深圳瑞波光电子有限公司(以下简称:瑞波光电)不仅成为该领域的破局者,更以其品质和量产优势实现“国产替代”,在行业细分领域占据国内30%以上的市场,并逐渐拓展至海外市场。从设计、制造工艺到封装测试,瑞波光电成为国内极少数全面掌握半导体激光芯片全套技术的引领者。

 

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艰难破局
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归国创业,全产业链布局
       “10年前回国赶上好时机,深圳让我们有回家的感觉。在这里,我们走过了组建团队,生产产品,验证量产以及导入市场的历程。”瑞波光电创始人胡海博士在采访时表示:“未来10年,将迎来产能爆发期。
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      走进瑞波光电位于深圳市龙华区大浪街道的办公楼,陈列室内整墙的发明专利证书颇为“壮观”,各类型号的芯片与应用场景一一呼应。在创始团队的介绍下,瑞波光电的发展历程也逐渐清晰起来。

      胡海是美国电气电子工程师协会资深会员,并获得了清华大学电子物理学士和美国哥伦比亚大学应用物理博士学位,他曾成功参与和主持了十几项技术指标达到世界最先进水平的半导体激光器、光放大器的科研项目,数次亲身参与和领导了半导体激光新产品的研发-设计-产业化的整个过程,开发出的产品被广泛应用于光通信、激光显示和工业激光市场。他还拥有美国发明专利27项,其中多项专利被业界广泛采纳应用。
      2012年,时任美国康宁公司研发总部研究员、光电部门经理的胡海,在美国前景可期的时候,响应国家号召,毅然选择回国,这跟当初国内激光半导体的现状相关。据胡海回忆,2012年前后,中国大功率半导体激光芯片几乎全部依赖进口,国内经过数十年的研究依然无法批量制造相关芯片,只能通过特别渠道购买海外芯片,这让国内的激光产业非常被动。胡海说:“作为制造和消费电子使用大国,我认为中国不仅将成为世界上最大的激光芯片使用国家,也应该拥有自主生产研发大功率激光芯片的能力。”
      然而,创业并非一路坦途。尽管胡海团队集结了半导体激光领域各类尖端人才,但国内半导体产业链的现状令团队始料未及。“当时,整个行业完整配套的产业链非常欠缺,很多材料找不到现成的购买途径,设备不能直接使用,需要重新选择设备供应商。我们被迫从零开始,自己开发材料,研究替换设备,开发检测工具,磨合供应链,这个过程花了整整一年半的时间。当然,这也为我们全产业链布局打下了坚实基础。”胡海告诉记者。

 

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实现“国产替代”
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从99%失效到“一芯难求”
       设施配套齐全后,团队跃跃欲试,但芯片研发难度成为横亘在眼前的又一座大山。“最初,我们做了几千个芯片,几乎99%的芯片都会失效。”胡海说,几乎每天都能看到测试报告上写着芯片失效的文字,“大功率激光芯片最难的是可靠性,在经过数万小时的加速老化评估和客户端的可靠度验证后,芯片终于经受住了检验。这样,两年时间又过去了。”

       2017年,在回国5年后,瑞波光电终于成功解决了芯片量产所面临的不良率和不可靠性问题,成为国内极少数的全面掌握半导体激光芯片设计、外延材料设计、制造工艺和封装测试等全套技术的企业。2018年,瑞波光电被评为“中国最具投资价值企业50强”,获深创投等机构6500万元投资。2020年,瑞波光电被评为“广东省专精特新中小企业”。截至2020年,瑞波光电承担了国家863项重点研发项目,预研项目超过21项;累计提交了77件知识产权申请,已授权达41件,其中发明14件,实用新型22件,软著5件。

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      令人惊喜的是,瑞波光电为自用而研发的检测设备也结出硕果。“我们的检测设备已全部实现测试自动化,具有操作快、效率高、性价比高等优势,深受国内外相关企业欢迎。”胡海介绍,瑞波光电出产的检测设备价格只有国外设备的1/4到1/3,具备性能好且价格低廉的特点。目前,这些设备主要的客户群体地区是国内大陆,同时还出口到中国台湾、新加坡等地。

      如今,瑞波光电在国内部分细分市场占有率已超过30%,同时在车载激光雷达市场也获得批量应用,改写了大功率半导体激光芯片曾经完全依赖进口的历史。在工业加工和智能制造领域,瑞波光电产品的国产808纳米、880纳米、940纳米芯片已经逐步接近和达到国外同级水平,正逐渐供应给国内知名设备厂商,进口替换效应明显;采用瑞波808纳米和1470纳米芯片的激光理疗仪和美容仪,在消费升级趋势下已经下沉到个人和家庭这个庞大的市场。在激光显示和照明市场,瑞波光电正在量产国内首批大功率638纳米和670纳米红光芯片。

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      目前,瑞波光电是国内唯一能提供638纳米-1700纳米全波段的大功率半导体激光芯片的供应商。其研制成功的多个系列产品已形成量产并成功应用到智能制造、无人驾驶、机器人、3D传感、新型显示、医疗美容、科研等行业。各行业爆发性增长的需求,令瑞波光电的产品供不应求,在市场上可谓“一芯难求”。

 

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开启增长“快车道”
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促推中国激光产业良性发展

     “当下,国产大功率半导体激光芯片正从科研试产转移到大规模量产阶段。”胡海认为,当前,产品的产能是影响企业爆发和抢占市场份额的重要指标,庞大、快速增长的市场需要国产芯片厂商及时扩充产能来填补。市场的高需求,令瑞波光电开启了产能增长的快车道。为了进一步提升产能,胡海团队将公司搬至龙华区大浪街道德泰科技工业园。“来到大浪之后,芯片制造和封装厂房面积增大,产能提升了10倍。”胡海说,面积6500平方米的厂房,含1000平方米百级洁净室,2500平方米千级洁净室,1500平方米万级洁净室,年产激光芯片1000万颗,流片晶圆5000片。“按照目前的发展速度,今年产值相比去年将实现翻倍增长。”

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      国产大功率半导体激光芯片产业的快速成长也将极大地带动上下游产业链的发展。深圳聚集着数百家激光企业,以大族激光、光韵达、创鑫激光、JPT、光峰光电、恒天伟焱、速腾科技等企业为代表的不同应用厂商正占据国内半壁江山,出口激光产品占据全国激光产品出口额的30%以上。“作为产业链极为重要的一环,激光芯片的产业化和商业化将大大带动和促进深圳乃至中国激光产业的良性发展。”在胡海看来,走过10年的瑞波光电,正站在新的起点,即将迎来激光应用的爆发期。而深圳作为激光制造等高端制造业代表城市,将带动和引领国产激光产品走向更为广阔的世界舞台。

来源:读创/深圳商报
 

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