勇?lián)鷱?qiáng)國使命，鑄造“國之重器”

勇攀科技高峰，攻堅(jiān)核心技術(shù)

堅(jiān)持“頂天立地”

為國家區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力支撐

發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展

國家有需求，廣工有作為

本期是

“攀撐廣工”系列報道第5期

聚焦廣工學(xué)科“硬實(shí)力”

彰顯學(xué)校發(fā)展“新”活力

12月29日晚

央視十套科教頻道（CCTV-10)

《實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場》欄目播出

節(jié)目著重展示了

廣東工業(yè)大學(xué)

省部共建精密電子制造技術(shù)與裝備

國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

（以下簡稱廣工國重實(shí)驗(yàn)室）

面向國家戰(zhàn)略

緊跟精密電子制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

開展芯片高速高精度封裝研究

開發(fā)出了完全自主知識產(chǎn)權(quán)的

全自動芯片鍵合機(jī)

逐步實(shí)現(xiàn)進(jìn)口裝備的平行替代

為解決卡脖子問題

實(shí)現(xiàn)芯片產(chǎn)業(yè)鏈自主可控作出重要貢獻(xiàn)

伴隨著中國制造走向中國創(chuàng)造

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃興起

正推動芯片制造業(yè)高速發(fā)展

當(dāng)今重大技術(shù)熱點(diǎn)無不依賴

高性能的芯片來實(shí)現(xiàn)

小小的一顆芯片

堪稱人類智慧的結(jié)晶

它的設(shè)計(jì)與制造能力

被視為衡量一個國家技術(shù)實(shí)力的重要指標(biāo)

一顆芯片的誕生

需要經(jīng)過晶圓制造和芯片封裝制造兩大階段

晶圓制造過程非常復(fù)雜

需要經(jīng)歷曝光蝕刻、離子注入

金屬填充、精細(xì)研磨

一系列步驟后晶圓上的集成電路才能成型

但這時呈現(xiàn)出來的外觀

是一個半導(dǎo)體大圓片

也叫晶圓片

每個晶圓片上有成千上萬個

一模一樣的單元塊

這個單元塊就是單顆芯片（也叫芯粒）

有的芯片甚至比頭發(fā)絲的直徑還小

要將眾多不同功能的芯片集成封裝在一起

才能成為一個具有特定功能的電子元器件

需要把每個芯粒從晶圓上切開

一個一個轉(zhuǎn)移到

已經(jīng)加工好精細(xì)電路的電路載板上

通過導(dǎo)電的金屬球或金屬線

將芯粒與載板互連與封裝

就形成了特定功能的芯片

這個過程被稱為芯片的封裝

因此，封裝是芯片后端制造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

長期以來

高端封裝設(shè)備一直被國外壟斷

建立完全自主知識產(chǎn)權(quán)的封裝設(shè)備和工藝

是亟待中國科學(xué)家們破解的重大技術(shù)難題

節(jié)目鏡頭跟隨著廣工國重實(shí)驗(yàn)室主任

機(jī)電工程學(xué)院陳新教授的腳步走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室

“在晶圓做出來以后，

怎么樣把芯片跟其他的元件裝配在一塊

形成一個整體的器件，

這里面涉及到很多工藝、裝備的問題?！?/p>

芯片封裝中有一種特殊的設(shè)備

叫引線鍵合機(jī)

芯片鍵合所使用的細(xì)線

一般為高純度的金線

其大小僅為頭發(fā)絲的四分之一

密集排布的金線互相不能碰觸

如果有碰觸整個電子器件就會短路

由于芯片鍵合的線又多又細(xì)又密

為了提高生產(chǎn)效率

每秒鐘要縫20多根線

速度極快、精度要求極高

所以芯片引線鍵合過程常常被人們稱為

“頭發(fā)絲上的舞蹈”

隨著新一代芯片越來越小

集成電路器件上集成的芯片數(shù)量越來越多

為了將多個芯片一起集成封裝

原來的金屬線由小小的金屬球來替代

通過倒裝的形式加熱加壓

一一融化連接在一起

但這要求芯片與基板的相互對位精度非常高

要達(dá)到頭發(fā)絲直徑的八十分之一

其精密制造的前提

首先是要實(shí)現(xiàn)平臺的高速精確測量

與運(yùn)動定位控制

這時就要引入光柵尺技術(shù)

光柵尺是一把具有極高精度的尺子

其測量精度可達(dá)到亞微米級

針對以上科學(xué)難題

陳新教授團(tuán)隊(duì)提出

把不同的兩把光柵尺合二為一

一把用于高速度的粗測量

另一把用于低速度下的高精度測量

即宏微復(fù)合光柵尺

這種光柵尺可以滿足

高速高精度的測量要求嗎？

節(jié)目詳細(xì)拍攝記錄了實(shí)驗(yàn)過程

充分展現(xiàn)廣工科研團(tuán)隊(duì)的

嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)、精益求精

通過系列實(shí)驗(yàn)證明

宏微復(fù)合光柵尺在高速條件下

測量精度可達(dá)到400納米

完全滿足高速精密位置測量的

實(shí)際工程應(yīng)用需求

“它里面涉及的問題、學(xué)科非常多

所以我們團(tuán)隊(duì)學(xué)機(jī)械的、學(xué)控制的

學(xué)測量的同事一塊討論、共同解決

形成一個系統(tǒng)化的解決方案?！?/p>

齊心協(xié)力辦大事

廣工科研團(tuán)隊(duì)有這份決心和韌勁

擺在團(tuán)隊(duì)面前的還有新的難題

實(shí)際芯片封裝過程中

僅僅測得很準(zhǔn)還不夠

還需要對帶有鍵合金屬絲的焊頭

晶圓供送平臺與芯片對位平臺

分別進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)動定位

以實(shí)現(xiàn)又快又準(zhǔn)的控制

一般情況下，由于有

驅(qū)動延時和運(yùn)動副摩擦等影響

運(yùn)動平臺高速急停時

常常停不穩(wěn)、停不準(zhǔn)

這會導(dǎo)致實(shí)際芯片互連的良率很難保障

陳新教授團(tuán)隊(duì)改變了傳統(tǒng)均勻加減速的

運(yùn)動規(guī)劃控制方法

提出了

非對稱變加速的運(yùn)動規(guī)劃控制方法

以減少運(yùn)動急停時的運(yùn)動慣量

從而消減運(yùn)動急停時的振動

同時在急停時給微平臺

施加一個高速精密補(bǔ)償

實(shí)現(xiàn)平臺的高速精密定位

針對這一科學(xué)解決方案

陳新教授團(tuán)隊(duì)再次開展系列實(shí)驗(yàn)

節(jié)目展示了詳細(xì)過程

實(shí)驗(yàn)中可以明顯地看到

在傳統(tǒng)驅(qū)動方式下

平臺上的尺子晃動特別厲害

而在非對稱變加速驅(qū)動控制方式下

尺子停得特別穩(wěn)

在隨后進(jìn)行的轉(zhuǎn)動實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)

“隨著芯片越來越小

怎么把它堆疊復(fù)聯(lián)成更可靠的器件

而且制造成本更低、性能更高

這里面的空間非常大

有新的工藝、新的技術(shù)

以及新裝備的需求”

陳新教授團(tuán)隊(duì)提出

采用“宏微復(fù)合光柵尺”和

“非對稱變加速”的運(yùn)動規(guī)劃控制等

系列技術(shù)方法

大幅提高了芯片封裝裝備的

操作速度與精度

使實(shí)際工程中晶圓供送與芯片對位平臺

能夠?qū)崿F(xiàn)急停定位的“快穩(wěn)準(zhǔn)”目標(biāo)

解決了過去很長一段時間

芯片鍵合機(jī)基本依賴

進(jìn)口的卡脖子問題

為推動實(shí)現(xiàn)芯片產(chǎn)業(yè)鏈自主可控

貢獻(xiàn)了廣工力量

展現(xiàn)了廣工擔(dān)當(dāng)

省部共建精密電子制造技術(shù)與裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室由科技部、廣東省人民政府于2019年1月2日正式批準(zhǔn)建設(shè)，依托廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)。實(shí)驗(yàn)室瞄準(zhǔn)新一代芯片器件高密度化、微型化、輕薄化的國際前沿，聚集海內(nèi)外高層次人才，圍繞“高速高精運(yùn)動生成與精準(zhǔn)運(yùn)控”“互連微結(jié)構(gòu)陣列精密創(chuàng)成與形性調(diào)控”“多物理場精細(xì)特征成像機(jī)理與缺陷表征”“柔性產(chǎn)線變型設(shè)計(jì)理論與優(yōu)化方法”四大關(guān)鍵科學(xué)問題，確立了極具特色的四大研究方向：高速精密運(yùn)控理論與基礎(chǔ)部件、器件先進(jìn)封裝技術(shù)與高端裝備、多維多模檢測技術(shù)與精密儀器、智能產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)與工業(yè)軟件。

近年來，實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)國家級項(xiàng)目百余項(xiàng)、省廳級項(xiàng)目等科研項(xiàng)目170余項(xiàng)，累計(jì)科研經(jīng)費(fèi)約2.2億元。共獲發(fā)明專利授權(quán)800余件，美日德等國際發(fā)明專利授權(quán)60余件，在精密運(yùn)動平臺、芯片濕法刻蝕、芯片巨量轉(zhuǎn)移、數(shù)字孿生生產(chǎn)線形成了極具國際競爭力的專利池，牽頭制定國際標(biāo)準(zhǔn)一項(xiàng)；近年來轉(zhuǎn)讓專利近百項(xiàng)，轉(zhuǎn)讓金額近千萬元；發(fā)表學(xué)術(shù)論文900余篇，其中MACH、IEEE TIE 、TSMC等高質(zhì)量論文300余篇，熱點(diǎn)4篇，高被引15篇，入選2021年中國百篇最具影響國際學(xué)術(shù)論文。以第一完成單位獲國家科學(xué)技術(shù)二等獎共3項(xiàng)（2014、2019、2023）；獲何梁何利創(chuàng)新獎1項(xiàng)、教育部高等學(xué)校自然科學(xué)獎一等獎1項(xiàng)、中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎1項(xiàng)、廣東省科學(xué)技術(shù)一等獎7項(xiàng)，中國專利獎銀獎1項(xiàng)、廣東專利金獎5項(xiàng)。

素材| 中央電視臺

編輯| 李成瑤

運(yùn)營團(tuán)隊(duì)| 學(xué)生新聞中心

責(zé)編| 王宇涵

|楊莉莉

初審|李成瑤

審核| 杜 清

終審| 張育廣