老周立刻站起身,热情地伸出手:“欢迎欢迎!红星所的大名如雷贯耳啊!去年的百工联席会议,你们的自动化生产线,可是把我们这些老家伙都震住了。”
他的手很有力,掌心有厚厚的老茧,是典型的技术工人的手。
“周工是厂里的总工程师,也是我们实验室的联合主任。”胡教授介绍,“宝鸡厂从建厂开始他就在,对这里的每一台设备、每一种工艺都了如指掌。”
周工摆摆手:“胡教授过奖了,我就是个老工人,比你们多摸了几年机器。”
见完礼,众人坐下,胡教授倒了几杯茶。
周工从文件柜里取出几份研究报告,放在桌上。
“我们这个联合实验室,主要做三件事。”周工翻开最上面的一份报告,纸张边缘已经有些卷曲,显然经常被翻阅,“第一,新材料研发。比如航空用的高强铝合金,要求强度高、重量轻、耐腐蚀。火箭发动机用的高温钛合金,要在600度以上还能保持强度。”
他翻到一页性能数据表:“这是TA7钛合金,我们和西工大材料系合作,调整了钼、铝、锡的含量,室温拉伸强度达到1000兆帕,比苏联的同类材料高15%。”
钱兰迅速记录着数据。
“第二,新工艺开发。”周工又翻开另一份报告,“比如如何把板材轧得更薄更均匀。你们知道,轧制过程中,板材边部和中心的变形量不一样,容易产生边浪和中浪。我们研究了一套辊型曲线优化算法,配合轧机弯辊系统,能把0.5毫米的铝板轧到0.1毫米,厚度公差控制在±0.005毫米以内。”
“第三,”周工顿了顿,看向胡教授,“就是胡教授他们最擅长的精密加工。”
他抽出一张图纸,铺在桌面上。
图纸上是一个抛物面形状的零件,标注着密密麻麻的尺寸和公差要求。
“比如这个,卫星天线的反射面板。”周工指着图纸,“材料是铝镁合金,表面要镀一层金,提高导电性和耐腐蚀性。要求表面平整度误差不超过0.01毫米,镀层厚度5微米,均匀性±0.1微米。”
5微米,均匀性±0.1微米。
这个精度要求,已经非常接近集成电路制造中对金属布线层的要求了,这个实验室在薄膜沉积和精密控制方面,有独特的积累。
“周工,”吕辰身体前倾,认真地问,“这个反射面板,你们已经做出来了吗?”
“做出了三批试样。”周工从抽屉里拿出一个木盒,打开盒盖。
盒内衬着红色的绒布,上面放着三块巴掌大小的金属板。
板面呈浅金色,光洁如镜,能清晰地映出人的倒影。
吕辰戴上白手套,小心地取出一块,对着光观察。
板面极其平整,几乎看不到任何起伏,他用指甲轻轻划过边缘,感受表面的光滑度。
“能看看你们的工艺吗?”他问。
“当然。”周工站起身,“走,去镀膜车间。”
一行人下楼,穿过厂区,来到镀膜车间,车间里很干净,水泥地面拖得发亮,空气中有一股淡淡的臭氧味。
正中央是一个银白色的圆柱形设备,大约两米高,直径一米五,表面布满了各种接口、观察窗和仪表。
“这就是我们自行设计的真空镀膜机。”周工拍拍金属外壳,“核心部件是这台电子枪,从民主德国进口的,能产生高能电子束,轰击金靶材,使其蒸发,沉积在基片表面。”
他指着设备侧面一个透明的观察窗:“基片放在这个行星旋转夹具上,公转加自转,保证镀层均匀。整个腔体能抽到10^-4帕的真空度,避免空气分子干扰镀膜过程。”
胡教授补充道:“最难的不是把金镀上去,而是镀得均匀。卫星天线是抛物面,不同位置的曲率不同,离蒸发源的距离不同,镀层容易厚薄不均。我们研究了大半年,试了二十多种旋转轨迹,才找到最优的那一组参数。”
“控制部分呢?”吴国华问,“如何实时监测膜厚?”
周工走到旁边的控制台前,那是一个用旧课桌改造的操作台,上面密密麻麻布满了旋钮、开关、仪表,还有两个圆形的示波器屏幕。
“我们自己搭了一套光学干涉膜厚监测系统。”他指着其中一个示波器,屏幕上是一条起伏的曲线,“用一束氦氖激光打在基片上,测量反射光的干涉条纹变化。每镀一层,干涉条纹就会移动一个周期,我们计数周期数,就能反推出膜厚,精度能达到纳米级。”
钱兰凑近仔细观察:“这套系统,对环境的震动、温度波动敏感吗?”
“非常敏感。”周工苦笑,“所以我们给整个控制台做了隔震基础,度控制在22±0.5摄氏度,湿度50%±5%。就这,有时候外面过重型卡车,或者刮大风,数据还会跳。”
这套系统的原理是先进的,但实现方式还很土法,依赖手工调试和经验。
不过,这正是中国工业当下的真实写照,用有限的资源,做无限接近极限的事。
“周工,”吕辰问,“如果我们要镀的不是抛物面,而是平面的硅片,尺寸更大,比如直径150毫米,均匀性要求±0.05微米,能做到吗?”
周工和胡教授对视一眼。
“理论上可以,”胡教授谨慎地说,“但需要重新设计夹具和旋转轨迹,优化蒸发源的分布。最关键的是,监测系统要升级。现在的系统是单点测量,如果要保证整片硅片的均匀性,可能需要多点测量,甚至扫描测量。”
“而且真空腔体要扩大。”周工补充,“150毫米的硅片,加上夹具和旋转空间,现有的腔体装不下。要重新设计制造,这需要时间和经费。”
吕辰点点头,他理解这种制约,但更看到了可能性。
这个实验室已经掌握了微米级薄膜沉积的核心技术,缺的是系统化和工程化。
随后,在周工和胡教授的带领下,他们又参观了有色金属厂自行研制的亚微米级定位工作台,台面下有一套液压伺服系统,能实现X、Y、Z三轴运动,定位精度理论值0.1微米。但受限于电机与模拟控制,精度还差点意思,周工表示,如果用上红星所的脉冲电机和数字控制系统,性能至少能提升一个数量级。
最后,他们来到材料提纯车间,参观真空感应熔炼炉。
这是提炼超高纯稀有金属的设备,主要产品是钽、铌、钨等用于电子管和特种合金。
纯度99.9%的粗金属,通过真空熔炼,挥发掉低沸点杂质,再经过区域熔炼,进一步提纯,最高能做到99.999%的纯度。
纯度检测是取样做光谱分析,通过设备只能测到四个九,更高的纯度主要凭经验,看熔炼时金属液面的光泽,看凝固后的晶粒大小和颜色来分辨。
吕辰认为,如果能把兰州大学的放射性同位素示踪技术用在这里,就能直观地看到杂质在熔炼过程中是如何分布、如何被去除的,从而优化工艺参数,把经验变成科学。
参观完毕,五人回到三楼的会议室。
窗外的天色已经暗了下来,远处的厂房亮起了灯光,像散布在暮色中的星辰。
胡教授重新泡了茶,五人围坐在会议桌旁,桌上摊开着图纸、报告、样品。
“周工,胡教授,”吕辰先开口,“想必我们的来意你们也清楚了。‘星河计划’的目标是发展中国自主的集成电路产业。芯片制造需要高纯度的金属靶材,比如金、铝、钛,用于薄膜沉积。也需要高精度的镀膜工艺和监测技术,还需要特种材料的精密加工能力。”
周工点头:“我们清楚集成电路对材料纯度、工艺精度、环境控制的极端要求。不瞒你们说,从去年‘星河计划’立项的消息传出来,我们就在想,实验室的这些技术,能不能在芯片领域找到用武之地。”
胡教授接过话头:“那个卫星天线反射面板的镀金工艺,是我们当前能达到的微米级精度加工、测量、控制技术的集中体现。从去年开始,我们就刻意把控制目标定在±0.1微米,因为我们认为,这个精度水平,已经接近集成电路制造的需求。”
他顿了顿:“现在看来,技术原理上是相通的,但需要针对芯片制造的特点进行适配和优化。”
“这正是我们需要合作的领域。”吕辰诚恳地说,“红星所在自动化控制、传感器技术、抗干扰设计方面有些积累。我们可以提供脉冲电机和数字控制系统,升级你们的定位工作台。也可以协助优化镀膜机的监测系统,提高其稳定性和抗干扰能力。”
吴国华补充:“我们还在和兰州大学合作,研究放射性同位素示踪技术。如果用在你们的材料提纯工艺上,可以可视化杂质分布,优化熔炼参数,把纯度从五个九提升到六个九,甚至更高。”
钱兰翻开笔记本:“还有环境控制。芯片制造需要超净车间,恒温恒湿,防震。你们在镀膜车间已经建立了基础的环境控制体系,我们可以把在轧钢厂自动化项目中积累的环境控制经验分享过来,共同制定更高标准。”
“这样,”周工说,“我们拟一个合作备忘录,明确几个方向。”
双方经过商量,最终定下高纯度金属靶材研制、精密镀膜工艺开发、特种加工设备升级、环境控制标准制定、人才联合培养、前瞻技术预研六个方向的合作备忘录。
五人依次签名,一纸简单的备忘录,没有华丽的辞藻,没有繁复的格式,只有五个人对技术报国的郑重承诺。