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飞天有我:星辰大海守护你

发布时间:2016-09-15    信息来源: 中国航天科工集团企业


  六月刚送走“长征七号”火箭,现下中国航天科工二院23所下属北京航天微电科技有限企业(下简称“微电企业”)又守护上了天宫二号飞船。他们研制的声表面波滤波器,过滤掉沿路的大气层、邻近空间和太空中的杂散噪声信号,电磁环境再复杂,都能实现自动消音,只有天宫和神舟飞船的信息才会被传递给地面的“家里”。这个法宝,只有指甲盖大。

  百级生产超净环境,1立方米空间中含有的直径大于0.5微米的颗粒不超过3500个,经过除尘、除静电、风淋等多道程序才能进入生产线,生产者常年白衣白帽白口罩紧裹,生产产品的最细线条相当于头发丝直径的1/200,操作需要在50、500甚至1500倍的高倍显微镜下进行。那神奇的滤音法宝,就出自一群显微镜前工作的人之手。由于常年工作在微纳加工的超净间, 与外界几乎隔离,即使是同在企业工作很久的其他部门同事,对他们的工作内容也不甚了解。

  航天质量助力民族“飞天梦”

  声表面波器件是火箭上分系统的核心元器件,主要配套于信号处理系统,由于大气层、邻近空间和太空中的电磁环境复杂,杂散噪声信号众多,声表面波滤波器的主要作用就是滤除噪声信号,保证载波信号传输流畅,不失真。

  考虑火箭发射和空间运行过程中近乎严苛的极冷极热、失重超重等极端环境,器件可靠性高、寿命长,更是不能放松的质量目标。

  由于配套的产品膜厚不同,100nm以下的超薄膜层附着力差会引起器件损耗增大,指标超差。作为前工序组长的老王对生产中存在的问题积极开动脑筋,采取不同的方法解决,攻克了潮湿天气膜层附着力的难题,通过反复几十次试验,在不同膜层结构的基础上优化了参数,保证了膜层附着力。

  作为光刻工序的老师傅,老孙负责光刻芯片的镜检工作,每天在显微镜下对着上千个芯片图形,而每个图形的线条宽度都是微米级的,需要把每一个图形的缺陷准确而快速的剔除。这是耗气力的眼力活,每天眼睛都和小白兔一样红。

  粘片工序的小曹是后工序的组长,有着在玉米粒大小的管壳将小米粒大小的芯片装配上去的绝活,由于芯片又薄又脆,需要保证芯片没有划伤和崩边,这一手微组装的绝活要徒弟们练个几年才能上手。

  压焊工序的郁师傅,对高可靠产品的压焊有独到的手法,为了满足器件的指标,需要在不足0.2mm的键合区将50微米的压焊丝垂直压焊,还要保证焊点的形变量,其手法难度如同在米粒上刻字。

  而压焊工序的小刘,结合多年的生产操作和对产品器件的认知,针对各种型号的产品器件设计并制作了新的工装夹具,使操作更方便可靠,提高了产品的一致性可靠性。为了提高生产效率还发明了并制作了批量盖帽、批量摘帽、批量清洗等一系列的批量操作方法和夹具。

  企业为应对大批量的器件订单,新引进了一台国产全自动压焊设备,早期全自动压焊设备有自动定位困难,只能使用细硅铝丝导致可靠性差等问题。经过一段时间的研究与改进,小刘设计了针对全自动机器定位困难的定位盖板,解决了连生产厂家都没有解决的产品定位困难和粗硅铝丝使用的压焊技术,使此国产机器达到了进口机器的水平,大大提高了生产效率和可靠性。

  张师傅在缝焊小尺寸器件时,将每一个盖板认真对位,其精度小于1丝,由于盖板只有大米粒那么大,稍有偏差就会造成器件漏气,这是眼力和耐心的考验。

  为了质量,为了可靠性,更为了航天这块“金字招牌”,团队不敢有丝毫放松。

  技术,为“飞天”而生

  声表面波滤波器工艺队伍平均年龄不足30岁,工作时间最长的也仅有10年。团队里的小鲜肉虽然年纪小,却学历高、有冲劲。

  微纳光刻加工工艺是声表面波滤波器芯片加工工艺的核心,也是实现器件性能的关键。在尺寸不到1平方毫米的半透明衬底上,成百上千根线宽仅为头发丝直径1/40的纳米尺度的芯片电极密集排布。肉眼根本无法看见。

  光刻加工时,光线在半透明衬底上有各个方向的折射与反射,极大增加了加工难度。而在采用新设计后,设计要求的芯片电极最细线宽超过了企业现有光刻机的分辨率上限。

  小贺在光刻间摸索了几个月,休息时间查阅大量国内外文献,并积极与晶片生产厂家交流,最终想出了这个点子。他优化了整套光刻工艺方案,最终实现纳米尺度极细线条的精准制作,不但解决了“长征七号”的需求,还把企业生产的声表滤波器的频率一致性和准确性提升了20%以上。

  解决一个“拦路虎”,又添一个“堵路石”。

  火箭需要脱离地心引力需要至少7.9km/s2的加速度,而声表滤波器芯片的声学性能和材质限制决定了芯片不能采用高强度固定方式,只能使用有机粘接胶固定。

  为了实现器件的小型化,工艺团队缩小了外壳尺寸,连带减小了粘接区域余量,要求粘接工艺精度极高,胶量稍有偏差就会造成溢胶、胶量不足,引发一系列可靠性问题。

  如何实现精确点胶、保证粘接胶的粘接强度及在恶劣环境的可靠性成为摆在团队成员面前的一道难关。

  小孟通过建立芯片面积与所需胶量最佳值的数学模型,编写App自动生成点胶量与各胶点位置的工艺参数表,通过对照工艺参数表,使操编辑在保证高度工艺一致性、稳定性的前提下可精确完成芯片粘接操作。

  这项为了“飞天”而生的点胶粘接技术后来成功申请一项国家专利。

  为了大家的航天梦

  工艺团队负责人陈哥总自豪,“大家是有责任感、战斗力强的队伍”。

  项目研制攻关的时候,倪姐的孩子病了,年轻的母亲放下手中的工作匆忙赶去医院,照看了一天发现病情稍有好转,她便将孩子委托给婆婆照顾,自己又返回单位继续,结束一天的工作回到家中,孩子早已睡去。

  小贺有一次回老家探亲,和邻座的乘客聊天,5个多小时后车到站,临下车前对方问到:“小伙子你挺利害啊,一路上也没见你去趟厕所?”

  “我这也是平时工作需要,经常要在光刻间连续工作很长时间,由于出入净化间频繁更换净化服会引入灰尘颗粒影响车间洁净度,所以喝水少,时间一长,都练出来了。”

  “你也不看看这是谁做的产品”,每当谈论起攻克一个个技术难点时,自豪感和成就感浮现在每一个团队成员的脸上。

  在器件的研制过程中,可靠性是一条红线,器件性能再好,没有可靠性根本无法使用。

  在某产品低温测试时,小徐发现在经历高低温瞬间的剧烈变化时,器件幅频曲线会产生仅仅不到3秒左右的波动,几秒钟后测试器件性能又恢复正常。

  这幽灵一般闪现的问题让小徐绞尽脑汁,他将各种可能的因素以及故障模式综合归类,画出5页A4纸的故障分析树。两个月的时间,他为了这3秒钟的幅频波动,对失效器件反复进行了上百次高低温试验,问题终于被准确定位在芯片材料上,并找到相应的影响机理和解决措施。

  一轮轮工艺试验、一次次技术改进,为航空航天系统、国防武器装备配套着可靠的产品,为用户提供着优质的服务品,这就是在“航天长征”路上的北京航天微电企业精益求精的声表面波滤波器工艺团队。为实现中国梦、航天梦,大家正在不断努力! (文/陈瑞、陈佳佳)

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