勇?lián)鷱?qiáng)國(guó)使命，鑄造“國(guó)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(guó)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(guó)家有需求，廣工有作為

本期是

“攀撐廣工”系列報(bào)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(chǎng)》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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

（以下簡(jiǎn)稱廣工國(guó)重實(shí)驗(yàn)室）

面向國(guó)家戰(zhàn)略

緊跟精密電子制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

開展芯片高速高精度封裝研究

開發(fā)出了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的

全自動(dòng)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(wèn)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(guó)制造走向中國(guó)創(chuàng)造

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃興起

正推動(dòng)芯片制造業(yè)高速發(fā)展

當(dāng)今重大技術(shù)熱點(diǎn)無(wú)不依賴

高性能的芯片來(lái)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(gè)國(guó)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(guò)晶圓制造和芯片封裝制造兩大階段

晶圓制造過(guò)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(shí)呈現(xiàn)出來(lái)的外觀

是一個(gè)半導(dǎo)體大圓片

也叫晶圓片

每個(gè)晶圓片上有成千上萬(wàn)個(gè)

一模一樣的單元塊

這個(gè)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(gè)具有特定功能的電子元器件

需要把每個(gè)芯粒從晶圓上切開

一個(gè)一個(gè)轉(zhuǎn)移到

已經(jīng)加工好精細(xì)電路的電路載板上

通過(guò)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(gè)過(guò)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(zhǎng)期以來(lái)

高端封裝設(shè)備一直被國(guó)外壟斷

建立完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的封裝設(shè)備和工藝

是亟待中國(guó)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(guó)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(lái)以后，

怎么樣把芯片跟其他的元件裝配在一塊

形成一個(gè)整體的器件，

這里面涉及到很多工藝、裝備的問(wèn)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(gè)電子器件就會(huì)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(guò)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(lái)越小

集成電路器件上集成的芯片數(shù)量越來(lái)越多

為了將多個(gè)芯片一起集成封裝

原來(lái)的金屬線由小小的金屬球來(lái)替代

通過(guò)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(duì)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(tái)的高速精確測(cè)量

與運(yùn)動(dòng)定位控制

這時(shí)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(cè)量精度可達(dá)到亞微米級(jí)

針對(duì)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(cè)量

另一把用于低速度下的高精度測(cè)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(cè)量要求嗎？

節(jié)目詳細(xì)拍攝記錄了實(shí)驗(yàn)過(guò)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(guò)系列實(shí)驗(yàn)證明

宏微復(fù)合光柵尺在高速條件下

測(cè)量精度可達(dá)到400納米

完全滿足高速精密位置測(cè)量的

實(shí)際工程應(yīng)用需求

“它里面涉及的問(wèn)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(cè)量的同事一塊討論、共同解決

形成一個(gè)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(guò)程中

僅僅測(cè)得很準(zhǔn)還不夠

還需要對(duì)帶有鍵合金屬絲的焊頭

晶圓供送平臺(tái)與芯片對(duì)位平臺(tái)

分別進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)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(dòng)延時(shí)和運(yùn)動(dòng)副摩擦等影響

運(yùn)動(dòng)平臺(tái)高速急停時(shí)

常常停不穩(wěn)、停不準(zhǔn)

這會(huì)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(dòng)規(guī)劃控制方法

提出了

非對(duì)稱變加速的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制方法

以減少運(yùn)動(dòng)急停時(shí)的運(yùn)動(dòng)慣量

從而消減運(yùn)動(dòng)急停時(shí)的振動(dòng)

同時(shí)在急停時(shí)給微平臺(tái)

施加一個(gè)高速精密補(bǔ)償

實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的高速精密定位

針對(duì)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(guò)程

實(shí)驗(yàn)中可以明顯地看到

在傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式下

平臺(tái)上的尺子晃動(dòng)特別厲害

而在非對(duì)稱變加速驅(qū)動(dòng)控制方式下

尺子停得特別穩(wěn)

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

“隨著芯片越來(lái)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(duì)稱變加速”的運(yùn)動(dòng)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(duì)位平臺(tái)

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

解決了過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間

芯片鍵合機(jī)基本依賴

進(jìn)口的卡脖子問(wèn)題

為推動(dòng)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(guó)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(guó)際前沿，聚集海內(nèi)外高層次人才，圍繞“高速高精運(yùn)動(dòng)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(chǎng)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(wèn)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(cè)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(lái)，實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)國(guó)家級(jí)項(xiàng)目百余項(xiàng)、省廳級(jí)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(guó)際發(fā)明專利授權(quán)60余件，在精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、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(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的專利池，牽頭制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一項(xiàng)；近年來(lái)轉(zhuǎn)讓專利近百項(xiàng)，轉(zhuǎn)讓金額近千萬(wàn)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(guó)百篇最具影響國(guó)際學(xué)術(shù)論文。以第一完成單位獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)共3項(xiàng)（2014、2019、2023）；獲何梁何利創(chuàng)新獎(jiǎng)1項(xiàng)、教育部高等學(xué)校自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、廣東省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)7項(xiàng)，中國(guó)專利獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)1項(xiàng)、廣東專利金獎(jiǎng)5項(xiàng)。

素材| 中央電視臺(tái)

編輯| 李成瑤

運(yùn)營(yíng)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