芯片战争-45：上海集群崛起之半导体和收音机
原创 科技真相 科技红利及方向型资产研究 2019-10-20
中国半导体产业的思考—随笔之《芯片战争——亮剑！国运之战》 芯片战争45—上海集群崛起之半导体和收音机（黎明之前，1950-1959年） 上海以工厂、研究所、高校三结合（产学研）方式，开发半导体技术，在材料、二极管、三极管、设备等获突破。1967年上海方面设计开发国内第一台硅晶体管收音机；1969年上海生产晶体管收音机173万台，占全国总产量1/3；上海产业集群第一次崛起。 正文： 第二章 黎明之前第三十一节：上海集群崛起之半导体和收音机 下面，随笔重点为您讲述上海在发展半导体晶体管方面的主要工作，特别上海本地“锗”和“硅”晶体管的研制和生产工作，以及对半导体收音机工业的推动和促进影响。 上海半导体工业的发展更早起步于1941年，由南洋华侨杨方朱先生，在上海福煦路（也就是今天的延安中路1212号）创办一亚电工实验室，主要是试制氧化亚铜整流器、光电池等。1946年，杨方朱在四川北路志安坊28号集资开设一亚电工厂，主要产品为氧化亚铜整流器。新中国成立后，1956年2月17日，国营上海精密医疗器械厂青年技术员周鼎新同志等人试制成功硫化镉光敏半导体。4月，上海公私合营兴东电子工业厂私方技术人员江汉罗同志等人试制成功半导体硒整流器。1957年，交直电工厂开始从匈牙利等国进口硒粉，生产硒片、硒整流器等。这些产品均为上海早期的半导体产品。 1956年，国务院科学规划委员会制订的《1956—1967年科学技术发展远景规划纲要》，把半导体技术列为国家科学技术的12项重点任务之一。1958年，在中共上海市委、上海市人民委员会部署下，由副市长宋季文同志领导，集中全市有关方面的技术力量，以工厂、研究所、高等院校三结合（这就是产学研）的方式，开始对半导体技术的开发。复旦大学方面，谢希德先生负责讲授半导体物理基础，并担任制备锗单晶，其中参与的还有上海有色金属研究所、上海冶炼厂、华东化工学院负责研制锗半导体材料以及有关化学试剂。而上海市电讯电器工业公司所属上海无线电技术研究所负责组织、研制半导体器件的制造工艺和加工设备。 三方面的分工合作，为上海研制半导体器件创造了条件。同年5月，上海市电讯电器工业公司组织人员去华北无线电元件研究所、北京电子管厂和中国科学院物理研究所等单位学习取经。赴京前夕，派员参加了复旦大学举办的一个星期专业短训班，由谢希德先生等人进行了半导体理论辅导。在京期间，受到参观单位的热情帮助和支持，华北无线电元件研究所向上海学习小组提供6克N型锗单晶；中国科学院物理研究所林兰英先生特意赠送给上海2枚半导体锗籽晶。 5月底，上海无线电技术研究所成立了晶体管研究组，小组成员9人，由该所工程师马腾达同志担任组长并主持工作，开始半导体器件的研制。8月中旬，马腾达等人制成锗点接触二极管及锗合金结晶体管。同年6、7月，复旦大学物理系红旗半导体工厂试制了仿苏П6型合金结锗三极管，还采用区熔法提纯锗粉材料并拉出了锗单晶。10月，试制成功了仿苏П401型合金扩散锗三极管，当年生产出Д2—Д二极管10000只。10月21日，上海市人民委员会批准成立上海半导体厂筹备处，上海无线电技术研究所晶体管研究组参加筹建，厂址设在南京西路893号。 1959年初，上海市电讯电器工业公司从上海欧亚电讯器材厂、话筒联管会、宝光电机厂等单位陆续抽调人员支援上海半导体厂筹备处，初步形成了生产队伍，遂正式成立上海半导体厂。建厂后，在没有生产半导体器件专用设备和技术资料的情况下，采用工厂、研究所、高校三结合的方式（产学研），依靠群众性的合理化建议和技术革新，自行设计、制造了一批生产晶体管用的专用设备和多种测试仪表。其中有真空单晶炉、半自动铟钢球触丝机、自动钨丝打弯切断机等近百种共400余台（件）。真空单晶炉在上海机械修造厂制造的通氢式单晶炉的基础上研制成功，解决了控制单晶技术的变型、阻值均匀性差、外形不规则等难题，适应了生产需要。 同年2月，上海半导体厂试制成功并开通了第一条玻璃封装点接触锗二极管生产线。6月，该厂扩展了厂房，迁址威海卫路696号。同年7、8月，进入锗晶体管试生产阶段。同时，把生产出来的产品及时送往上海无线电器材厂，两厂携手合作，用国产晶体管组装“美多牌”七管一波便携式收音机300台投放市场，向国庆10周年献礼。年末，该厂第一条合金结锗三极管生产线形成。1960年，上海半导体厂更名上海元件五厂，成为上海第一家半导体器件专业生产厂。 上世纪60年代初期，由于早期国产半导体器件质量不稳定，不少人对国产晶体管能否取代电子管持有疑虑。随着人们对半导体器件作用认识的提高和产品质量的不断改进，国产半导体器件工业又继续向前发展。晶体管收音机开始由少量实验性研制、小批试产转入大批量生产阶段。1962年9月，上海无线电三厂与上海元件五厂等电子元件制造企业合作，试制成功国内第一台全部采用国产元器件的美多牌28A型便携式中短波晶体管收音机。当年10月投入生产，建立国内第一条晶体管收音机流水生产线。 图：美多28A晶体管收音机的生产装配线
美多28A开创了国产晶体管收音机大批量商用化生产的先河，在中国收音机制造工业发展史上具有里程碑意义。此后，国产晶体管收音机产地不断扩大，品种不断丰富，质量不断提升，产量很快超过电子管收音机。 图：美多28A之说明书
美多28A——采用8只晶体三极管和1只晶体二极管组成超外差式电路，分中波和短波两个波段。外壳系塑料压成，色泽鲜艳，式样美观。结构精致，内部采用印制电路板，所有小型元器件均为国产。整机尺寸为235毫米×137毫米×65毫米，连电池重1.36公斤，方便携带，适合在无交流电源条件下或出差旅行使用。 图：美多28A半导体收音机，图1
与电子管收音机相比，美多28A具有体积小、重量轻、耐震动、寿命长、耗电省和电压低等一系列优点，上市后立即引起轰动。1963年，周总理在出国访问时，将此作为国礼。那一年，能够代表新中国之国家形象的国礼有两个，除了美多牌28A晶体管收音机，还有就是英雄金笔，由华孚金笔厂生产制造。 图：美多28A内部结构
图：美多28A采用全国产化半导体、元器件
由于当时晶体管等国产小型元器件废品率偏高，美多28A投产时每台成本高达192.83元，物价部门核准零售价为160元，工厂亏损由国家补贴。那一时期，上海地区大学毕业生月工资58元，普通工人36元，美多28A是不折不扣的奢侈品。 那时上海无线电三厂美多牌收音机的广告词是：“美多美多，美丽的声音多动人！” 图：美多28A的铭牌标识
同年，上海无线电三厂还试制成功了，新中国第一台晶体管汽车收音机，并于9月27日装置在凤凰牌轿车内。 上世纪六七十年代，全国各地收音机需求日增，上海无线电二、三、四厂等大型收音机生产专业厂相继推出工农兵、海燕等多种品牌和型号的晶体管收音机。到1969年，上海累计生产晶体管收音机173万台，占同期晶体管收音机全国总产量的1/3。1983年，根据国家能源政策，电子管收音机全部被半导体收音机取代。收音机款式从大台式转向袖珍式、组合式，突破了调频、立体声、集成化等关键技术。岁月荏苒，在国企转型升级过程中，上海方面逐渐退出收音机制造生产。但是，“美多”这一曾经让中国人骄傲和自豪品牌被部分保留，只是转向了军品开发至今。 继上海无线电三厂取得突破后，上海无线电四厂生产了4B3型六管晶体管收音机，该机为国内最小型晶体管收音机，可置于衬衫口袋中，深受消费者欢迎。 图：上海无线电四厂生产的“凯歌牌”—4B3晶体管收音机
新中国的国产晶体管收音机起步较晚，整体水平比欧美及日本要落后数年。但是，新中国的国产早期的袖珍机却水平很高，其中的代表作就是凯歌4B3和白鹤S-641。 凯歌4B3型六管晶体管收音机，是上海无线电四厂的产品。上无四厂与其他大牌无线电厂相比，实力较弱，没有生产过高档收音机。然而该厂1964年却造出了两款足可以写入新中国半导体工业史和收音机工业史的半导体收音机——宝石4B2和凯歌4B3。 在此，随笔为朋友们打开历史深处的记忆，翻开了《无线电》杂志1964年第6期，重温一下宝石4B2当年的风采。 从今天一个理工科学生的角度看，4B2仅仅是一台四管来复再生机，电路设计再简单不过了，但多年以来却被铁粉收藏者如醉如痴的追捧着。究其原因，4B2凝聚了一个时代几乎所有值得留恋的东西：早期晶体管收音机的电路设计和造型（彩色弧形机壳带提梁，外露大度盘兼旋纽是其精髓），古朴笨拙的草帽管、空气连、大电位器、纸介电容，加上久违的工艺铆钉焊。看到它，仿佛时光倒流，我们又回到了那个质朴的年代。 图：宝石4B2晶体管收音机
上无四厂的设计者将同一年、且序号相连的产品4B2、4B3，分别冠以“宝石”和“凯歌”的商标，志存高远、意义深远。宝石者，千百万年造化而成，代表着历史、传统与经典；凯歌者，则是一往无前的序曲，象征着未来、先进与创新。 1964年诞生的凯歌4B3，在当时的国产半导体袖珍机中，无疑是一款前无来者的颠峰之作。即使与同时期的许多洋货相比，4B3也毫不逊色。 图：凯歌4B3半导体收音机
4B3是典型的6管超外差式电路，全部采用国产优质元件。三极管使用直径较小的黑色玻璃管2Z系列，2Z119担任变频，2只2Z118担任第一、二级中放，2Z114低频前置放大，2只2Z113负责乙类推挽输出；飞乐牌55毫米直径内磁扬声器，其他如中轴、输入输出变压器，电阻电容等均为超小型。 图：凯歌4B3内部电路结构
4B3的体积为9X6X2.6CM，在袖珍机中也是较小的，不仅要求元件小、质量好，其结构设计和制作工艺的难度也非常大。开启4B3的机盖可以看出，所有元件布局紧凑合理美观。机内空间虽然十分狭小，却仍然采用了拉线减速调谐装置，故选择电台时手感从容顺畅。出于成本等方面的考虑，袖珍机中不少洋机都回避了这个装置。 4B3新颖的外观设计和精良的工艺水准，也是一大亮点。正面前凸的金属喇叭罩，恰到好处的镶嵌在塑料面板上，在不同角度光线的照射下，熠熠生辉。整体机小巧圆滑、材质细腻，握于掌中犹温婉如玉。 我们再看看白鹤S-641，这款收音机虽然不是上海方面的出品，但是，白鹤S-641和凯歌4B3代表着那一时期新中国半导体收音机工业的最高水平。 白鹤S-641半导体收音机，1965年，由北京市实验科学仪器厂生产的6管机，少量上市。这款收音机的体积大致为10X6.4X2.8CM，属于袖珍机中的典型尺寸。 图：白鹤S-641半导体收音机
白鹤S-641机器内部布局紧凑合理美观，其程度甚至超过凯歌4B3。白鹤S-641收音机内部电路布局合理、紧凑。主要的元器件，电位器和扬声器是华北无线电器材联合厂的“双环”产品。 图：白鹤S-641内部电路结构
白鹤S-641外观造型飘逸灵动，色彩典雅，令人爱不释手。机身电镀支架，下端略带抹坡的银色金属喇叭网，大面积彩色度盘，前后标牌，甚至机盖的固定螺丝，无处不体现着优秀的设计与制作理念。尤其是度盘，面积之大、指针之长，在袖珍机中实属罕见。此机的工艺水平，已经完全能够与当时的德系机及日系机媲美。 可以说，白鹤S-641，这是当时北京产业集群在半导体工业和半导体收音机工业领域的杰出作品，也是北京产业集群能够抗衡上海产业集群的底气。 上海方面在半导体晶体管以及器件方面的突破，带动了美多牌、凯歌牌收音机等拳头产品的形成，这更进一步的形成了产业集群的扩散效应。 到1967年，上海方面生产的半导体晶体管收音机产量首次实现突破了百万台的生产和销售规模。随着硅晶技术的发展，1967年5月，上海群益电讯厂设计开发了国内第一台“硅”晶体管67—5型晶体管收音机，奠定了硅晶体管在收音机上应用的基础。这一时期，晶体管收音机能够迅速发展，主要是国家对晶体管收音机生产实行定期免税和对装配晶体管收音机用的小型元件及半导体器件实行免税一年的经济政策。到1969年止，仅上海累计生产晶体管收音机173万台。 到1975年，上海101厂开发成功海燕牌T241型十二管四波段交流二级台式收音机，以晶体管取代电子管。该机在全国第七、八届收音机评比中，连续获得一等奖。1981年，为上海广播电视制造业首获国家质量银质奖。该机质量稳定可靠，平均无故障工作时间达7300小时。灵敏度高，选择性好，输出功率大，城乡、边疆地区均适用。机内装有6英寸和4英寸×6英寸扬声器各一只，配以大型木壳，外形布局合理，富有时代感，声音宏亮，音质优美。1975~1984年累计生产28.61万台。一段时间内凭票供应，十分畅销。 图：海燕牌T2421
自此，上海半导体产业集群第一次全面崛起。 在此，随笔为朋友再次总结和回顾上海半导体集群在这一时期的重大的突破。 半导体材料方面——突破锗单晶：1958年，上海无线电技术研究所解决了锗单晶切割、锗片和杜美丝焊接、钨针端点电抛光、玻璃外壳制造及封口等关键技术，试制出点接触锗二极管，并研制成功制造锗低频三极管的合金烧结工艺。到1962年，上海元件五厂在复旦大学工作的基础上，研究了合金结深度控制、锑扩散、合金球大小和间距控制、台面腐蚀合金球拉制等关键工艺技术。并研制成制造高频锗三极管的合金扩散工艺。到1963年，上海无线电十四厂试验成制造硅二极管的合金工艺，解决了用真空烧结方法的金属壳和玻壳两种封装技术。 半导体二极管方面——突破锗二极管：1958年8月，上海无线电技术研究所自制设备，采用点接触工艺试制成锗二极管。1959年，上海半导体厂自行设计、制造出一批半导体专用设备和测试仪表，开始生产锗二极管。品种有Д1（1Z1）、2G系列、Д2等10余种，用于收音机、仪器仪表、通信设备的整流、检波，产品性能都达到并符合苏联之ГOCT标准。到1964年4月，上海元件五厂把锗二极管移交上海电子管厂生产。到1966年，上海无线电七厂把锗二极管移交上海静安区星火元件厂生产。到1984年10月，上海半导体器件四厂引进日本锗点接触二极管生产线，主要生产1N60锗检波二极管，产品性能符合国际标准，为黑白电视机、收录机和彩色电视机配套。 半导体三极管方面——突破锗三极管：1958年8月，上海无线电技术研究所在试制成锗二极管的同时，采用合金烧结技术试制成锗三极管。在此基础上，上海半导体厂于1959年8月开始生产锗三极管，为上海无线电器材厂美多牌七管一波段晶体管收音机配套。到1962年，又将合金工艺发展成合金扩散工艺，试制出锗PNP高频小功率管3AG1，其技术水平达到苏联同类产品水平。该厂还自制设备和测试仪器，使锗三极管进入批量生产，主要用作收音机及通信设备中的高频放大和振荡。之后，陆续形成3AG系列产品，共10余个品种，并试制成3AK20锗PNP小功率高速开关管。 到1963年，上海元件五厂试制并开始生产3AX系列锗PNP低频小功率三极管。在仪器仪表、收音机中作音频放大及推挽输出用。到1964年，又开发出3AD系列锗PNP低频大功率三极管、3AK34锗PNP大功率高速开关三极管和3AA12锗PNP高频大功率三极管，分别用于收音机和仪器仪表中的音频放大、高速开关、低速开关、高频放大等。到1966年1月，该厂将3AG、3AX、3AK系列锗三极管移交上海无线电七厂生产。1969年9月，又将3AD6、3AD30锗三极管移交上海无线电二十九厂生产。从此，上海无线电二十九厂逐步开发和形成了大、中、小功率的3大类锗PNP低频三极管。1973年，又试制并生产出3BX6锗NPN低频小功率三极管。 半导体设备方面——突破锗单晶的生产设备：1959年，上海半导体厂制成高频感应加热区熔提纯装置，解决了提炼符合拉制单晶的超纯锗锭的技术关键，保证锗材料的供应。该厂又在上海机械修造厂的协作下，先后攻克拉不起单晶、系统污染造成材料变型和缺陷、阻值均匀性差、外形控制不规则等技术难点，制造出4台真空单晶炉。生产的锗单晶不仅满足了本厂生产的需要，还支援了其他半导体器件厂和研制单位。 同时，上海半导体厂自行研制了单晶定向仪、四探针电阻率测试仪、单晶寿命测试仪、外圆切割机、切片机、抛光机、研磨机、二极管封口机、三极管封口机、二极管触针自动成型机、半自动铟球触丝机等专用设备和一批参数测试仪表。至1959年底，上海半导体厂共制造了近百种专用设备和测试仪表400余台，并建成玻壳点接触锗二极管和合金结低频锗三极管生产线，形成了批量生产。上海无线电十四厂于1964年试制成硅二极管，并建成半自动生产线，使硅二极管正常生产。1964年，上海元件五厂还制造和改装了光刻机、扩散炉、手动精缩机等设备。 至此，上海产业集群第一次全面崛起。 图：美多28A半导体收音机，图2
多点突破、中心开花。正式得益于这一时期上海半导体产业集群在半导体材料、二极管、三极管、半导体设备等核心技术领域的多点突破，使得上海方面形成了以美多28A半导体收音机为代表的一批精品，上海产业集群一举成为了新中国当时最大的半导体收音机生产和制造基地。这一时期，上海方面所积累的技术基础为后期上海半导体产业集群更进一步发展壮大，成为今天的新中国半导体产业的第一工业重镇打下了最为坚实的第一步。 感谢您一直以来、长期持续关注《中国半导体产业的思考——随笔》和《芯片战争——亮剑！国运之战》相关系列报告以及敬请您持续关注后续系列！ 如果您喜欢本文，欢迎转发和转载。谢谢。 注1：本文部分图表、数据等引用于互联网、公司公告等；注2：本文相关专利信息和说明等引用于互联网以及国家相关专利机构等；注3：本文相关公司信息、产品等引用于互联网，外媒、公司公告等；注4：本文相关行业数据、产业信息等来自国家统计局、工信部等；