钽靶材钽环件成品加工技术改造项目建议书.docx
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钽靶材钽环件成品加工技术改造项目建议书
钽靶材、钽环件成品加工技术改造项目建议书
XX钽业产业化建设及技术改造
项目立项申请书
项目名称：
钽靶材、钽环件成品加工技术改造项目
项目提出单位：
钽业四分厂
项目负责人：
项目主管部门：
生产安全部
日 期：
2010年4月15日
一、项目的意义和必要性………………………………………………4
1、项目意义…………………………………………………………4
2、项目必要性………………………………………………………4
二、项目的技术基础……………………………………………………6
1、高性能钽靶材和钽环件用坯料制备技术基础…………………6
2、高性能钽靶材和钽环件成品加工技术基础……………………8
3、取得的专利情况…………………………………………………10
三、建设方案……………………………………………………………11
1、项目规模及主要内容……………………………………………11
2、实施的工艺路线…………………………………………………12
3、建设工期和进度安排……………………………………………14
四、项目投资……………………………………………………………14
1、总投资规模………………………………………………………14
2、投资使用方案……………………………………………………14
五、经济效益分析………………………………………………………16
1、成本计算…………………………………………………………16
2、产品预计销售价格………………………………………………18
3、盈亏平衡分析……………………………………………………18
4、项目完成后可实现新增产值……………………………………19
六、市场切入情况………………………………………………………19
1、目前计划切入的市场基本情况…………………………………19
2、销售策略…………………………………………………………19
3、合作销售商简介…………………………………………………19
4、希望推进的使用商简介…………………………………………20
5、切入市场价格情况………………………………………………20
七、安全与环境评价……………………………………………………20
八、项目风险分析………………………………………………………21
附件1：
主管部门签字…………………………………………………22
附件2：
靶材厂房规划平面示意图……………………………………23
一、项目的意义和必要性
1、项目意义
随着半导体技术的不断进步，计算机芯片集成化程度越来越高，当芯片线宽由原来的180～130nm减小到90～45nm时，会出现Cu镀膜中的Cu向Si片的原子扩散现象，为改变此现象，芯片镀膜工艺上就采用了Ta来作为防止Cu向Si扩散的阻挡层材料，从而也使得溅射靶材由原来的Al/Ti系列向Cu/Ta系列发展，这也是半导体芯片镀膜技术发展的必由之路，因此，半导体溅射用高性能钽靶材及环件产品，就成为了计算机芯片镀膜的关键耗材之一。
溅射用高性能钽靶材及环件的制备技术目前世界上只有美国和日本两国拥有，与其相关的技术也极为保密，世界各地的溅射机台用高性能钽靶材及环件也都由这两国提供，包含出口给中国。
钽业四分厂一车间从2003年开始，进行高性能钽靶材内部组织控制技术的研究和钽环件制造技术的研究，经过两年多的艰苦摸索，已掌握了该技术。
自2005年开始，分厂逐渐以高性能钽靶材坯料产品的形式出口，并且此类产品成为了分厂主要产品之一。
2008年，钽靶材扩散焊技术获得突破，同时HCM300mm“U”型钽靶材加工制造技术也获得突破，从而使我们现在也具备了加工高性能钽靶材和钽环件成品的技术基础和能力。
2009年，我分厂生产加工成品钽靶材及环件6套，各项检测指标均达到客户要求，其中一套成品靶材在上海先进材料公司进行上机试验，试验结果同该公司使用其他供应商提供靶材使用结果一致。
随着中国半导体制造产业的发展，国内对高性能钽靶材及钽环件的需求也越来越大，目前国内市场的高性能钽靶材和钽环件全部依靠进口，其中有一部分成品钽靶材和钽环件的原材料（坯料）由我们提供，这类产品的基本模式为：
宁夏生产钽坯料（低价格）→出口到美国→美国完成成品加工→出售给中国或其他国家芯片制造厂（高价格）。
这种模式不但增加了中国半导体行业的生产成本，更重要的是严重阻碍了中国半导体行业的自主研发能力。
所以，我们进行高性能钽靶材和钽环件的成品加工，不但可以提升我们企业的技术水平，增加利润，增强抵御市场的风险能力，完善钽材加工产业链，还可以为中国的半导体产业发展提供坚实的材料基础，意义重大。
2、项目必要性
2.1产品技术附加值大幅提高。
以同种型号靶材和环件市场价格举例：
出口一块钽靶材坯料，售价约$4400/块，而一块成品钽靶材的售价是$11500/块；出口一套钽环件散件，售价约$1513/套，而一套成品钽环件的售价是$8800/套。
2.2提升企业形象，稳定世界三强地位。
项目形成产业化后，除进一步稳定我们世界钽铌三强地位外，也进一步提高了我们在钽深加工领域上的技术实力，逐步形成我们在世界市场上的主导地位。
同时借助产业化的装备与技术实力，为拓展其它金属靶材的技术开发奠定基础，如Ti、Cu、Al、Cr、Ni、Si、Co靶等，逐步可实现金属靶产业多元化，增强我们抵御市场风险能力。
2.3国家的推动力。
为推动我国集成电路制造产业的发展，提升我国集成电路制造装备、工艺及材料技术的自主创新能力，2008年4月23日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，审议并通过“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”和“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”两个国家科技重大专项。
中色XX集团已经以项目主承担单位的身份，和其他八家企业和大学联合承担完成国家在Al、Ti、Cu、Ta超高纯大尺寸靶材产业技术开发项目。
2.4原材料优势。
美国和日本制造企业，其制造钽靶材及环件的原材料均需对外采购，而我们集团具备原料的生产能力，从而使得产品的一致性能够得到充分的保证，这是一个很重要的优势所在。
2.5地理位置优势。
中国及亚洲是最大的高性能能钽靶材及钽环的消耗市场，并且将继续保持以较高速率发展，目前中国及亚洲市场钽靶材主要来自美国和日本。
二、项目的技术基础
1、高性能钽靶材和钽环件用坯料制备技术基础
应用于半导体行业的高性能钽靶材和钽环件，其中最重要的技术要求是材料内部组织符合要求并能保持加工的一致性。
在材料的控制方面，我们通过自治区科技攻关项目“高性能钽靶材研制”和公司科技攻关项目“溅射钽环件生产工艺研究”，获得稳定可靠的高性能钽靶材坯料以及钽环件坯料的加工工艺。
具体取得的成果分述如下：
1.1高性能钽靶材研制
“高性能钽靶材研制”被列入2004年度自治区科技攻关项目，该项目于2005年完成，并形成批量销售。
1.1.1取得的技术突破：
化学成份和力学性能均符合ASTM B 708-2001标准，其中：
纯度：
≥99.995%
晶粒度：
控制在40μm～75μm之间，并且均匀一致；
再结晶度：
≥98%；
平整度：
≤0.20mm；
粗糙度：
Ra≤0.8μm；
结晶取向：
在厚度方向呈｛111｝＜112＞织构。
1.1.2市场情况
通过该项目的研究，已确定出合理科学的溅镀膜用高性能钽靶材生产工艺，产品质量执行美国哈尼威尔（HONEYWELL）公司4N5（99.995%）标准，技术水平达到国际先进。
制定了企业标准《钽铌靶材表面质量检测标准》。
产品已得到TOSOH、HONEYWELL等国内外用户的认可，填补国内空白。
产品质量得到HEM等国际上大的半导体靶材提供商的认证，质量稳定可靠，已形成批量销售。
详细销售情况见表2-1（所有钽靶材）：
表2-12005年至2009年9月钽靶材销售表
项目时间
2005
2006
2007
2008
2009
合计
重量（Kg）
2915.83
1869.04
2165.18
3123.85
2188.49
12262.39
销售额（万元）
945.23
572.14
681.60
933.90
914.5
4047.37
1.2溅射钽环件生产工艺研究
“溅射钽环件生产工艺研究”2004年立题，2005年完成阶段性成果，即完成溅射钽环件坯料的制备工艺研究。
1.2.1取得的技术突破
溅射钽环件用钽条晶粒尺寸在100～190μm，并均匀一致；
溅射钽环件用钽条同板差小于0.127mm；
溅射钽环件用钽凸结体的加工工艺，采用压力成型及精加工工艺，保证钽凸结体对尺寸公差及形位公差的要求。
1.2.2市场情况
产品研发成功后，产品质量得到国外多家用户认可，形成批量销售。
详细销售情况见表2-2，表2-3：
表2-22005年至2009年9月钽条销售表
项目时间
2005
2006
2007
2008
2009
合计
重量（Kg）
4009.78
3288.69
1768.44
4437.50
2923.80
16428.21
销售额（万元）
1397.27
935.43
456.78
1033.45
671.2
4494.13
表2-32005年至2009年9月钽环件销售表
项目时间
2005
2006
2007
2008
2009
合计
重量（Kg）
241.16
1138.07
995.72
62.40
2437.35
销售额（万元）
112.20
487.16
416.17
26.98
1042.51
2、高性能能钽靶材和钽环件成品加工技术基础
通过自治区科技攻关项目“高性能钽靶材成品加工工艺研究”和公司科技攻关项目“U型钽靶材生产工艺研究”、“溅射钽环件生产工艺研究”，获得成品钽靶材、U型钽靶材和钽环件的加工工艺。
具体取得的成果分述如下：
2.1高性能钽靶材成品加工工艺研究
2.1.1取得的技术突破
钽靶材和铜、铜背靶的扩散焊接技术，焊接结合率大于98%，结合强度满足要求：
σb≥137MP；
成品钽靶材的机加工艺，产品尺寸及形位公差满足用户要求；
成品钽靶材表面铝热喷涂工艺；
成品钽靶材的清洗工艺。
靶材坯料成品靶材
2.1.2市场情况
成品钽靶材工艺技术突破后，经多次工艺试验及改进，对靶材进行破坏检测，各种检测指标都合格。
成品靶材有一块已经得到上海先进材料公司上机测试，测试结果同国外提供的钽靶材结果一致。
现在正在积极推进在其他的半导体公司进行上机测试。
2.2U型钽靶材生产工艺研究
2.2.1取得的技术突破
U型钽靶材坯料制备工艺（保证拉深后内部组织）；
U型钽靶材拉深工艺；
U型钽靶材机加工艺；
U型钽靶材焊接工艺。
U靶材坯料同规格铜U型靶材
2.2.2市场情况
U型钽靶材目前在国内没有应用，我们的图纸来源于HEM公司，他们希望我们加工成品提供，由于我们没有关键设备，前期试验都在外协加工，工艺不稳定成熟，所以没有给用户提供样品。
2.3溅射钽环件生产工艺研究
“溅射钽环件生产工艺研究”在2005年取得阶段性成果后，由于市场的原因，课题在终止1年后，于2007年完成总体工艺的研究。
2.3.1取得的技术突破
钽环件内外表面滚花工艺，获得80TPI菱形花纹，并均匀；
钽环件端头滚花工艺，获得80TPI菱形花纹，和表面花纹一致；
钽环件和钽凸结体焊接工艺，焊接满足AMS2681A标准；
清洗、喷砂工艺，满足美国应用材料公司标准。
钽棒和钽条成品钽环件
2.3.2市场情况
钽环件的加工工艺已基本成熟，一件样品送美国MRC公司进行检测认证。
国内送到中芯国际的样品等待上机测试。
3、取得的专利情况
3.1已申请国家发明专利
已申请国家发明专利有3项：
“磁控溅射环件用环体表面柔性滚花方法及刀具”，专利申请号：
200910117303.0；
“磁控溅射环件用钽凸台结体生产方法及冲压模具”，专利申请号：
20091011736.4；
“磁控溅射环”，专利申请号：
20091011704.5。
3.2正在申请的发明专利
正在申请的发明专利有3项：
“钽靶材的织构控制”；
“钽和铜、铝、钛异种金属的扩散焊接”；
“溅射钽环件用钽条制备工艺”。
三、建设方案
1、项目规模及主要内容
建设规模为钽靶材100套/年，钽环件200套/年。
主要内容是厂房改造和部分关键设备购买，改造厂房面积约630m2，购买关键设备如表3-1：
表3-1购买关键设备明细
序号
设备名称
数量
工艺要求
用途
1
电子束焊机
1台
最大加速电压：
60kv；电子束功率：
6kw；焊接室容积：
1.2m×1.2m×1m。
U靶焊接及环件焊接
2
数控车床（大）
2台
回转直径≥800mm通用卧式数控车床。
焊接后靶材成品车削
3
数控车床（小）
1台
回转直径160mm通用卧式数控车床。
钽环用钽凸结体成品车削
4
镗铣加工中心
1台
工作台尺寸为：
600mm×1000mm通用镗铣加工中心。
成品靶材铣削及环件焊接槽和端头滚花
5
热喷涂设备
1套
电弧喷涂机。
靶材成品喷涂
6
喷砂设备
1套
吸入式干喷砂。
钽环件的成品喷砂和钽靶材喷涂前喷砂工艺。
7
精密卷圆机
1台
最大厚度10mm，宽度300mm。
环件卷园
8
超声波扫描设备
1台
专用设备
靶材焊接质量检验
9
清洗设备
1台
专用设备。
环件及靶材成品清洗包装
10
专用轧辊
1对
Φ1000×1250mm
用于靶材及环件轧制
购买设备多为通用设备，也可用于分厂其它产品生产。
热等静压机和三座标检测设备现在公司都有，可共用。
产品工艺稳定，并有稳定的用户后，再进行扩能建设，扩能建设主要补充机加设备和检测设备（三坐标仪）。
2、实施的工艺路线
2.1成品钽靶材工艺路线
工艺可行性分析，此工艺是经过多次试验最终确定的生产工艺，加工产品既通过实验室的分析检测（织构检测，金相检测，焊接强度检测，焊接结合率检测，尺寸检测，外观检测），也通过最终用户的上机测试，工艺先进，在国内属领先水平。
2.2成品钽环件工艺路线
成品钽环件工艺路线及所用设备：
工艺可行性分析，此工艺是经过多次试验最终确定的生产工艺，加工产品通过实验室的分析检测（焊接检测，金相检测，尺寸检测，外观检测），已送到最终用户等待上机测试。
3、建设工期和进度安排
根据国内同类型工程建设的实践经验，结合本项目设备制造周期、工程设计以及设备、施工招投标、本地区及企业的建设力量和条件，确定本项目建设周期1年（热等静压机需要一年半的加工周期，前期可以外协）。
表3-3一期建设进度表
序号
计划进度
项目阶段
2009年
2010年
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
6
1
可行性研究报告
2
设备调研
3
设备招标
4
厂房改造设计
5
厂房改造施工
6
设备制造与交货
7
设备安装、调试
8
试生产
四、项目投资
1、总投资规模
本项目总投资1220万元。
2、投资使用方案
2.1投资构成
投资构成见表4-1：
序号
设备名称
数量
用途
金额（万元）
1
电子束焊机
1台
U靶焊接及环件焊接
180
2
数控车床（大）
2台
焊接后靶材成品车削
160
3
数控车床（小）
1台
钽环用钽凸结体成品车削
50
4
镗铣加工中心
1台
成品靶材铣削及环件焊接槽和端头滚花
80
5
热喷涂设备
1套
靶材成品喷涂
15
6
喷砂设备
1套
钽环件的成品喷砂和钽靶材喷涂前喷砂工艺。
15
7
精密卷圆机
1台
环件卷园
10
8
超声波扫描设备
1台
靶材焊接质量检验
120
9
清洗设备
1台
环件及靶材成品清洗包装
150
10
无尘间及厂房改造
靶材及环件清洗封装
300
11
专用轧辊
1对
用于靶材及环件轧制
140
合计
1220
表4-1投资构成表
五、经济效益分析（一期）
1、成本计算
1.1材料成本
1.1.18"钽靶材
每件成品靶材钽材重：
7.0kg，材料直收率50%，原料价格1800元/kg，废料价格750元/kg；
钽材成本=（7÷50%×1800）-（7÷50%-7）×750=19950（元）
每件成品靶材铜材重：
9.0kg，材料直收率45%，原料价格90元/kg，废料价格20元/kg；
铜材成本=（9÷45%×90）-（9÷45%-9）×20=1580（元）
总成本=19950+1580=21530（元）
1.1.212"钽靶材
每件成品靶材钽材重：
9.55kg，材料直收率50%，原料价格1800元/kg，废料价格750元/kg；
钽材成本=（9.55÷50%×1800）-（9.55÷50%-9.55）×750=27217.5（元）
每件成品靶材铜材重：
12.3kg，材料直收率45%，原料价格90元/kg，废料价格20元/kg；
铜材成本=（12.3÷45%×90）-（12.3÷45%-12.3）×20=2159.5（元）
总成本=27217.5+2159.5=29377（元）
1.1.38"钽环件
每件成品钽环件重：
2.75kg，材料直收率50%，原料价格1800元/kg，废料价格750元/kg；
钽环件成本=（2.75÷50%×1800）-（2.75÷50%-2.75）×750=7837.5（元）
1.1.412"钽环件
每件成品钽环件重：
3.56kg，材料直收率50%，原料价格1800元/kg，废料价格750元/kg；
钽环件成本=（3.56÷50%×1800）-（3.56÷50%-3.56）×750=10146（元）
表5-1材料成本总表
项目规格
200mm
钽靶材
300mm
钽靶材
200mm
钽环件
300mm
钽环件
成本（元/套）
21530
29377
7837.5
10146
1.2设备折旧成本
设备投资原值1090万元，预计净残值率为4%，预计使用寿命10年，
第一年设备折旧=（1－4%）÷10×100%×1170=112.32（万元）
1.3厂房折旧成本
一期厂房投资原值180万元，预计净残值率为3%，预计使用寿命40年，
第一年设备折旧=（1－3%）÷40×100%×180=4.365（万元）
1.4人工成本
一期需要人员16人，按每人平均收入3500元/月计算，一年的成本：
16×12×3500=67.2（万元）
1.5水电汽成本
按所有设备到位并正常生产，根据经验每年的水电汽成本为20万元。
每套靶材的水电汽成本=20÷100=0.2（万元）
2、产品预计销售价格
目前靶材及环件销售价格和我们预售价格见表5-2：
表5-2靶材及环件价格表
项目规格
8"
钽靶材
12"
钽靶材
8"
钽环件
12"
钽环件
市场价格（万元/套）
7.82
10.67
5.98
7.74
预售价格（万元/套）
5.865
8.003
4.485
5.805
备注：
预售价格是市场价格的75%。
3、盈亏平衡分析
正常生产年以生产能力利用率计算的盈亏平衡点为13%，即技术改造项目完成后达到设计能力的13%（销售13套靶材，26套环件）即可达到不盈不亏。
计算过程如下：
假设销售X套靶材（每套靶材包括1块靶材和2套环件），达到盈亏平衡，列式如下：
X*（靶材平均价格+2*环件平均价格）－X*（靶材材料平均成本+2*环件材料平均成本）-X*每套靶材水电汽成本-固定成本=0
其中：
靶材平均价格=（5.865+8.003）÷2=6.934（万元）
环件平均价格=（4.485+5.805）÷2=5.145（万元）
靶材材料平均成本=（2.153+2.9377）÷2=2.545（万元）
环件材料平均成本=（0.7838+1.0146）÷2=0.9（万元）
每套靶材水电汽成本=0.2（万元）
固定成本=112.32+4.365+67.2=183.885（万元）
X*（6.935+2*5.145）－X*（2.545+2*0.9）-X*0.2-183.885=0
计算结果：
X=14.49≈15（套）
盈亏平衡点=14÷100×100%=15%
4、项目完成后可实现新增产值
一期完成后，按照100件钽靶材，200套环件计算，预计可实现新增产值约2000万元，二期完成后，按照500件钽靶材，1000套环件计算，预计可实现新增产值约1亿元。
六、市场切入情况
1、目前计划切入的市场基本情况
SMIC（中芯国际集成电路制造有限公司）：
靶材约540块/年，环件约1080件/年，产值约1亿。
TSMC（台积电）：
靶材约800块/年，环件约1600件/年，产值约1.5亿。
2、销售策略
利用宁波江丰电子材料有限公司的人脉关系，在国内先以低价位切入市场。
3、合作销售商简介：
宁波江丰电子材料有限公司：
成立于2005年，以生产半导体溅射用铝靶材为主，其总经理姚立军博士曾在日本一家铝靶材工厂任工厂长职务，回国后曾在Honeywell公司驻上海公司任职。
该公司一直希望和我们在钽靶、钽环业务上进行合作，将产品推向SMIC，和SMIC、TSMC关系较为密切。
4、希望推进的国内使用商简介：
中芯国际集成电路制造有限公司：
成立于2000年，是一家纯商业性集成电路制造企业，提供0.35微米到90纳米以及更先进技术工艺的8〞和12〞芯片代工服务，现成为全球第三大芯片代工厂，也是我们这次国家科技专项联合体之一，非常愿意试验并使用我们的产品。
上海先进半导体制造股份有限公司：
全球十大芯片代工厂之一，最初成立为上海飞利浦半导体公司，1998年易名为上海先进半导体制造有限公司，2004年改制为上海先进半导体制造股份有限公司。
台积电公司：
是全球最领先、规模最大的专业集成电路制造服务公司，1987年成立于台湾，在大陆有其独资子公司“台积电
上海有限公司”。
台联电讯股份有限公司：
是全球第二大芯片代工厂之一，1990年成立于台湾，仅次于台积电公司。
5、切入市场价格情况：
（以一种规格的产品举例）
钽靶目前市场上的采购价格是$11500/块，我们最低以$8625/块切
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