摘要：省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室由科技部、广东省人民政府于2019年1月2日正式批准建设，依托广东工业大学建设。实验室瞄准新一代芯片器件高密度化、微型化、轻薄化的国际前沿，聚集海内外高层次人才，围绕“高速高精运动生成与精准运控”“互连微结构阵列精密
原创 广东工业大学 广东工业大学
勇担强国使命，铸造“国之重器”
勇攀科技高峰，攻坚核心技术
坚持“顶天立地”
为国家区域经济发展提供有力支撑
发展新质生产力，推进高质量发展
国家有需求，广工有作为
本期是
“攀撑广工”系列报道第5期
聚焦广工学科“硬实力”
彰显学校发展“新”活力
12月29日晚
央视十套科教频道（CCTV-10)
《实验现场》栏目播出
节目着重展示了
广东工业大学
省部共建精密电子制造技术与装备
国家重点实验室
面向国家战略
紧跟精密电子制造技术的发展趋势
开展芯片高速高精度封装研究
开发出了完全自主知识产权的
全自动芯片键合机
逐步实现进口装备的平行替代
为解决卡脖子问题
实现芯片产业链自主可控作出重要贡献
伴随着中国制造走向中国创造
新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起
正推动芯片制造业高速发展
当今重大技术热点无不依赖
高性能的芯片来实现
小小的一颗芯片
堪称人类智慧的结晶
它的设计与制造能力
被视为衡量一个国家技术实力的重要指标
一颗芯片的诞生
需要经过晶圆制造和芯片封装制造两大阶段
晶圆制造过程非常复杂
需要经历曝光蚀刻、离子注入
金属填充、精细研磨
一系列步骤后晶圆上的集成电路才能成型
但这时呈现出来的外观
是一个半导体大圆片
也叫晶圆片
每个晶圆片上有成千上万个
一模一样的单元块
这个单元块就是单颗芯片（也叫芯粒）
有的芯片甚至比头发丝的直径还小
要将众多不同功能的芯片集成封装在一起
才能成为一个具有特定功能的电子元器件
需要把每个芯粒从晶圆上切开
一个一个转移到
已经加工好精细电路的电路载板上
通过导电的金属球或金属线
将芯粒与载板互连与封装
就形成了特定功能的芯片
这个过程被称为芯片的封装
因此，封装是芯片后端制造中的关键环节
长期以来
高端封装设备一直被国外垄断
建立完全自主知识产权的封装设备和工艺
是亟待中国科学家们破解的重大技术难题
节目镜头跟随着广工国重实验室主任
机电工程学院陈新教授的脚步走进实验室
“在晶圆做出来以后，
怎么样把芯片跟其他的元件装配在一块
形成一个整体的器件，
这里面涉及到很多工艺、装备的问题。”
芯片封装中有一种特殊的设备
叫引线键合机
芯片键合所使用的细线
一般为高纯度的金线
其大小仅为头发丝的四分之一
密集排布的金线互相不能碰触
如果有碰触整个电子器件就会短路
由于芯片键合的线又多又细又密
为了提高生产效率
每秒钟要缝20多根线
速度极快、精度要求极高
所以芯片引线键合过程常常被人们称为
“头发丝上的舞蹈”
随着新一代芯片越来越小
集成电路器件上集成的芯片数量越来越多
为了将多个芯片一起集成封装
原来的金属线由小小的金属球来替代
通过倒装的形式加热加压
一一融化连接在一起
但这要求芯片与基板的相互对位精度非常高
要达到头发丝直径的八十分之一
其精密制造的前提
首先是要实现平台的高速精确测量
与运动定位控制
这时就要引入光栅尺技术
光栅尺是一把具有极高精度的尺子
其测量精度可达到亚微米级
针对以上科学难题
陈新教授团队提出
把不同的两把光栅尺合二为一
一把用于高速度的粗测量
另一把用于低速度下的高精度测量
即宏微复合光栅尺
这种光栅尺可以满足
高速高精度的测量要求吗？
节目详细拍摄记录了实验过程
充分展现广工科研团队的
严谨务实、精益求精
通过系列实验证明
宏微复合光栅尺在高速条件下
测量精度可达到400纳米
完全满足高速精密位置测量的
实际工程应用需求
“它里面涉及的问题、学科非常多
所以我们团队学机械的、学控制的
学测量的同事一块讨论、共同解决
形成一个系统化的解决方案。”
齐心协力办大事
广工科研团队有这份决心和韧劲
摆在团队面前的还有新的难题
实际芯片封装过程中
仅仅测得很准还不够
还需要对带有键合金属丝的焊头
晶圆供送平台与芯片对位平台
分别进行准确的运动定位
以实现又快又准的控制
一般情况下，由于有
驱动延时和运动副摩擦等影响
运动平台高速急停时
常常停不稳、停不准
这会导致实际芯片互连的良率很难保障
陈新教授团队改变了传统均匀加减速的
运动规划控制方法
提出了
非对称变加速的运动规划控制方法
以减少运动急停时的运动惯量
从而消减运动急停时的振动
同时在急停时给微平台
施加一个高速精密补偿
实现平台的高速精密定位
针对这一科学解决方案
陈新教授团队再次开展系列实验
节目展示了详细过程
实验中可以明显地看到
在传统驱动方式下
平台上的尺子晃动特别厉害
而在非对称变加速驱动控制方式下
尺子停得特别稳
在随后进行的转动实验也证实了这一点
“随着芯片越来越小
怎么把它堆叠复联成更可靠的器件
而且制造成本更低、性能更高
这里面的空间非常大
有新的工艺、新的技术
以及新装备的需求”
陈新教授团队提出
采用“宏微复合光栅尺”和
“非对称变加速”的运动规划控制等
系列技术方法
大幅提高了芯片封装装备的
操作速度与精度
使实际工程中晶圆供送与芯片对位平台
能够实现急停定位的“快稳准”目标
解决了过去很长一段时间
芯片键合机基本依赖
进口的卡脖子问题
为推动实现芯片产业链自主可控
贡献了广工力量
展现了广工担当
省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室由科技部、广东省人民政府于2019年1月2日正式批准建设，依托广东工业大学建设。实验室瞄准新一代芯片器件高密度化、微型化、轻薄化的国际前沿，聚集海内外高层次人才，围绕“高速高精运动生成与精准运控”“互连微结构阵列精密创成与形性调控”“多物理场精细特征成像机理与缺陷表征”“柔性产线变型设计理论与优化方法”四大关键科学问题，确立了极具特色的四大研究方向：高速精密运控理论与基础部件、器件先进封装技术与高端装备、多维多模检测技术与精密仪器、智能产线优化设计与工业软件。
近年来，实验室承担国家级项目百余项、省厅级项目等科研项目170余项，累计科研经费约2.2亿元。共获发明专利授权800余件，美日德等国际发明专利授权60余件，在精密运动平台、芯片湿法刻蚀、芯片巨量转移、数字孪生生产线形成了极具国际竞争力的专利池，牵头制定国际标准一项；近年来转让专利近百项，转让金额近千万元；发表学术论文900余篇，其中MACH、IEEE TIE 、TSMC等高质量论文300余篇，热点4篇，高被引15篇，入选2021年中国百篇最具影响国际学术论文。以第一完成单位获国家科学技术二等奖共3项（2014、2019、2023）；获何梁何利创新奖1项、教育部高等学校自然科学奖一等奖1项、中国机械工业科学技术一等奖1项、广东省科学技术一等奖7项，中国专利奖银奖1项、广东专利金奖5项。
素材 | 中央电视台
编辑 | 李成瑶
运营团队 | 学生新闻中心
来源：澎湃新闻客户端一点号