第二天清晨,呂辰三人吃過早飯,在校門口與鄭老師匯合。
經過警衛的嚴格檢查後,一起來到微波技術與高頻電路實驗室。
鄭老師邊走邊介紹微波實驗室的基本情況年蘇聯專家幫助建立實驗室,後來蘇聯撤援,但裝置和基礎留了下來,這些年教研一體,在雷達、通訊領域做了不少工作。
一樓最大的實驗室約有二百平米,靠牆擺放著一排深灰色的機櫃,上面佈滿了旋鈕、表頭、指示燈和示波器螢幕。
房間中央是幾張寬大的實驗臺,上面散落著各種微波器件,波導管、耦合器、諧振腔、天線陣列模型,還有用有機玻璃封裝的各種濾波器、放大器模組。
有從民主德國進口的HP-855A頻譜分析儀,頻率範圍到1GHz;有蘇聯產的UKB-3型網路分析儀,能做S引數測量;也有自制的微波訊號源和功率計……
總體上來說,比西方最新產品落後一代。
但經過成電的反覆校準和維護,基本引數還是可靠的。
鄭老師走到一臺示波器前,開啟電源。
綠色的掃描線亮起,有些抖動,但很快穩定下來。
“這臺示波器是1955年產的,頻寬只有20MHz。”鄭老師拍了拍機殼,“但在我們手裡,它見證了第一套國產微波中繼通訊系統的除錯,也測過殲擊機雷達天線的方向圖。裝置老不老,關鍵看用的人。”
吳國華俯身仔細觀察那些微波器件:“鄭老師,這些濾波器、放大器都是你們自己設計的?”
“大部分是。”鄭老師從實驗臺上拿起一個銀色的腔體濾波器,“比如這個,中心頻率960MHz,頻寬30MHz,用於某型警戒雷達的接收前端。設計是我們做的,加工是委託成都前鋒無線電儀器廠做的。鋁材切削、表面鍍銀、調諧螺釘,每一個環節都摸索了很久。”
他開啟濾波器一側的蓋板,露出內部精密的諧振腔結構:“最難的是調諧,每個諧振腔都要用特製的小扳手反覆調整螺釘深度,配合網路分析儀一點點找最佳點。一個八腔濾波器,調好要兩天時間,全憑手感加儀器。”
這種毫米波段的腔體濾波器,對加工精度和裝配工藝的要求極高。
成電能在簡陋條件下做出這樣的器件,證明了他們在高頻機械設計和精密加工方面有深厚的積累。
鄭老師領著三人來到實驗室裡側的一個工作臺。
臺上擺放著一套複雜的測試系統,微波訊號源透過同軸電纜連線到一個金屬遮蔽盒,盒子上伸出多根線纜連線到示波器和頻譜儀。
開啟遮蔽盒,裡面是一塊約巴掌大小的電路板。板子是一種深褐色的陶瓷基板。
板上用銀漿印刷著精細的微帶線圖案,幾個芝麻大小的半導體器件焊接線上端。
“這是我們在研的S波段低噪聲放大器。”鄭老師介紹,“頻率,噪聲係數目標3dB以下。基板用的是九五瓷,介電常數9.6,適合高頻。電晶體是從蘇聯進口的2T312A,截止頻率大概4GHz。”
錢蘭湊近觀察:“這個匹配網路設計很精巧,是用史密斯圓圖算出來的?”
“對!”鄭老師有些驚訝地看著錢蘭,“錢工懂這個?”
“學過基礎理論。”錢蘭謙虛地說,“但實際設計還是第一次見到。鄭老師,這樣的放大器,一般要調哪些引數?”
鄭老師拿出一本厚厚的實驗記錄本,翻開其中一頁:“主要調輸入輸出匹配網路中的微帶線長度和並聯電容。你看,這是我們記錄的除錯資料:每改變線長,駐波比變化0.1;並聯電容從增加到1pF,中心頻率偏移15MHz……”
記錄本上密密麻麻寫滿了資料,還貼著手繪的史密斯圓圖和頻率響應曲線,字跡工整,圖表清晰,透著一股嚴謹的科學精神。
錢蘭仔細研究那些曲線:“鄭老師,附近這個諧振點,Q值很高,是有意設計的?”
“觀察得仔細!”鄭老師讚許道,“這是為了抑制映象頻率干擾。我們在這個頻段有個很強的干擾源,所以在放大鏈中特意加了一個窄帶濾波器。Q值高意味著選擇性好,但代價是通帶變窄、插入損耗增加,這是折中的藝術。”
成電在高頻電路設計方面,已經形成了從理論計算、器件選型、版圖設計到實驗除錯的完整方法論。
雖然裝置簡陋,但方法論是先進的。
離開微波實驗室,他們來到隔壁的真空電子與器件實驗室。
這個實驗室被分成幾個區域,一側是幾臺圓柱形的真空鍍膜機,銀白色的腔體上佈滿了觀察窗、電極介面和真空計介面;另一側是幾個真空試驗艙,艙門厚實,配有雙層玻璃觀察窗;中間是控制檯,上面密密麻麻的儀表、記錄儀和手動閥門讓人眼花繚亂。
一位五十多歲的研究員正在除錯一臺鍍膜機。
看到鄭老師進來,他關掉裝置,摘下手套走過來。
“老鄭,帶客人來了?”
“李工,這三位是北京紅星所的專家,呂辰、吳國華、錢蘭同志。”鄭老師介紹,“這位是李昱才老師,咱們真空實驗室的元老,從上海交大遷校時就來了。”
李工與三人一一握手:“歡迎歡迎。北京來的專家,是來看我們的土裝置吧?”
他的語氣裡帶著幾分自嘲,但眼神中透著自豪。
呂辰連忙說:“李工客氣了,我們來的路上就聽說,成電的真空技術在全國都是一流的,特別是在高頻器件封裝方面,有很多獨到之處。”
李工的臉色緩和了些:“一流談不上,但確實解決了一些實際問題。來,看看我們這臺老傢伙。”
他帶眾人走到那臺真空鍍膜機前:“這臺是59年從民主德國進口的,當時是為了研製微波電子管——行波管、速調管這些,現在用來做高頻電晶體的真空封裝。”
他開啟控制櫃的門,裡面是令人眼花繚亂的繼電器、定時器、電壓電流表:“全手動控制,抽真空分三級,前級機械泵抽到10^-2帕,開擴散泵抽到10^-4帕,最後用分子泵抽到10^-6帕。每一步都要看真空計讀數,手動開關閥門,控制加熱電流。”
吳國華仔細看著有些褪色的標籤:“李工,抽到10^-6帕要多長時間?”
李工的語氣有些無奈:“順利的話,八個小時,但經常不順利。密封圈老化、真空脂乾涸、系統有微漏……”
“那鍍膜過程呢?”
“更麻煩。”李工指著裝置另一側一個透明的石英視窗,“鍍金、鍍鋁、鍍二氧化矽,不同的材料用不同的蒸發源。金用鎢絲籃蒸發,鋁用鉭舟,二氧化矽用電子束轟擊。蒸發速率、基片溫度、旋轉速度,全憑經驗控制。”
呂辰翻開操作檯上的厚厚日誌,上面記錄著每次實驗的引數、現象、結果。
隨便開啟一頁年3月17日,樣品編號VT-312,鍍金膜。真空度5.6×10^-6託,基片溫度150℃,鎢絲電流85A,蒸發時間3分20秒。膜厚約800?(用多光束干涉儀測量),均勻性±15%,附著力良好(膠帶測試透過)……”
記錄詳細得令人驚歎,連當天的大氣壓力和實驗室溫度都有記載。
“李工,你們測量膜厚用甚麼方法?”呂辰問。
李工從抽屜裡拿出一套光學器件:“這是自制的多光束干涉儀,原理是從英國文獻上看來的,在基片上貼一小塊玻璃片,鍍膜後在交界處會產生干涉條紋。數條紋數,根據光的波長算膜厚,精度能達到幾十埃。”
他又拿出幾片不同顏色的玻璃片:“這是‘比色法’,把鍍好的膜和標準色板對比,根據顏色判斷膜厚範圍。經驗豐富的老師傅,用這個辦法能估到100?以內。”
雖然精度和效率無法與國外先進水平相比,但方法論是科學的,資料是真實的。
離開真空實驗室,鄭老師又帶他們參觀了材料分析與半導體實驗室、脈衝電路與數字邏輯實驗室、環境可靠性測試平臺。
每一個實驗室,都讓呂辰三人既感慨又振奮。
參觀完所有實驗室,已是中午時分。
鄭老師帶他們在學校食堂簡單用餐。
飯後,四人來到行政樓的一間會議室。
下午兩點,會議室裡陸續坐滿了人,除了昨天見過的王振華、李建國、張明遠三位老師,還有微電子系的王主任,以及相關專業的十多位教授、講師。
王主任五十多歲,頭髮花白,戴著黑框眼鏡,有著典型的知識分子氣質。
他起身與呂辰三人一一握手:“歡迎三位同志,老鄭已經向我彙報了,為‘星河計劃’尋找高頻領域的技術支援,我們成電很感興趣。”
眾人落座後,王主任開門見山:“咱們就不客套了,直接進入正題。呂辰同志,能否先介紹一下‘星河計劃’目前的進展,以及你們在高頻領域遇到的具體問題?”
呂辰起身,在會議室的黑板上畫了一個簡圖,開始介紹起來:“……目前我們已經建立了從設計、製造到測試的完整技術鏈,掌握了5微米工藝……”
講完進度,呂辰開始講晶片頻率的技術難點:“但是,我們目前的晶片工作頻率只能達到1MHz左右,這嚴重限制了應用範圍。通訊、雷達、電子對抗這些關鍵領域,需要的晶片頻率至少在幾十MHz甚至GHz量級,這就是我們面臨的核心瓶頸,也是我們來成電的原因。”
錢蘭從公文包裡取出一份厚厚的檔案,遞給王主任。
“王主任,這是我們整理的技術需求清單,共分六個大類,三十七個子項。”
王主任接過檔案,戴上眼鏡仔細翻閱,其他老師也傳閱著影印件。
清單詳細列出了“星河計劃”在高頻領域需要攻克的技術難點:
高頻電晶體器件物理與結構設計
微波無源器件(濾波器、耦合器、匹配網路)的晶片微型化
高速互連的傳輸線模型與設計規則
低寄生引數封裝技術
高頻引數測試方法與標準
高頻積體電路的可靠性評估方法
每一項都附有詳細的技術指標、現狀分析和預期目標。
會議室裡安靜下來,只有翻動紙張的沙沙聲。
良久,王主任抬起頭:“這份清單很專業,也很務實,沒想到還不到一年,星河計劃就已經深入到如此地步。”
他轉向其他老師:“各位,有甚麼問題,可以直接問。”
王振華老師第一個發言:“呂辰同志,你們現在的高頻電晶體研究進展如何,用的是矽材料還是其他材料?”
“目前還在矽材料上探索。”呂辰如實回答,“我們在研究縮短溝道長度、減小結面積、最佳化摻雜分佈等方法,希望把矽電晶體的截止頻率提高到幾百MHz。但長遠看,要實現GHz頻率,可能需要砷化鎵或其他化合物半導體。”
“砷化鎵我們有一些研究。”材料實驗室的孫教授說,“我們實驗室能拉制直徑2英寸的砷化鎵單晶,純度達到6個9。但器件工藝還不成熟,主要是歐姆接觸和表面鈍化問題沒解決。”
“這正是我們可以合作的方向。”呂辰說,“‘星河計劃’有完整的平面工藝線,可以做光刻、擴散、薄膜沉積。如果成電提供材料,我們可以嘗試製作簡單的砷化鎵器件,共同摸索工藝條件。”
孫教授眼睛一亮:“這個思路好!我們以前只能做材料表徵,做不了器件。如果你們有工藝能力,我們可以深度合作!”
李建國老師接著問:“高頻封裝方面,你們有甚麼具體設想?現在的金屬-陶瓷封裝,在高頻下寄生電感、電容很大。”
“我們有幾個思路。”吳國華接過話頭,“一是研究多層陶瓷封裝,用低溫共燒陶瓷(LTCC)技術製作埋置式無源器件和三維互連;二是研究倒裝焊(Flip Chip)技術,縮短晶片與封裝間的引線長度;三是探索矽基封裝,直接在矽片上製作再分佈層和微凸點。”
他頓了頓:“但這些都需要真空鍍膜、精密光刻、高溫燒結等工藝。成電在真空技術和陶瓷材料方面有基礎,我們可以聯合攻關。”
張明遠老師關心測試問題:“高頻引數測量,需要向量網路分析儀、探針臺等昂貴裝置……”
……
討論持續了一個多小時,成電的老師們從各自專業角度提出問題,呂辰三人一一解答。
雙方越聊越深入,很多想法不謀而合。
最後,王主任清了清嗓子,會議室安靜下來。
王主任緩緩說道:“星河計劃在高頻領域的需求是真實的,技術路線是清晰的。而成電在這些相關領域的技術積累,確實能夠為星河計劃提供支撐。”
他看向呂辰:“呂辰同志,我原則上同意成電加入‘星河計劃’,在高頻積體電路領域開展全面合作。但有幾個問題需要明確。”
“王主任請講。”
“第一,合作的組織形式,是成立聯合實驗室,還是專案組形式?”
“我們建議成立‘成電—星河計劃高頻技術聯合實驗室’。”呂辰早有準備,“實驗室設在成電,由成電提供場地、裝置和主要研究人員,‘星河計劃’提供部分經費、技術需求和工藝支援。實驗室主任由成電推薦,‘星河計劃’派副主任。研究成果雙方共享。”
王主任點頭:“這個模式可行。第二,研究方向。雖然清單列出了三十七個子項,但我們需要確定優先順序,集中力量攻關最關鍵的幾個方向。”
“我們建議先從四個方向啟動。”呂辰說,“一是高頻電晶體器件物理與設計,這是基礎;二是晶片上無源器件設計,直接影響電路效能;三是高頻測試方法與標準,這是共性技術;四是高頻積體電路的可靠性評估方法,這關係到產品能否實用。”
“合理。”王主任認可,“第三,人才培養。積體電路是新興領域,需要大量專業人才。成電可以開設相關課程,但需要‘星河計劃’提供教材和實踐機會。”
“我們正在編寫積體電路設計教材。”呂辰說,“如果合作達成,我們可以派專家來成電授課。同時,成電可以選派優秀學生到北京,參與‘星河計劃’的實際專案,形成人才雙向流動。”
王主任滿意點頭:“各位,還有甚麼補充?”
王振華老師舉手:“我建議,以聯合實驗室的名義,申請國家級高頻積體電路重點課題。這樣既能獲得經費支援,也能提升專案的重要性。”
“好建議!”呂辰立即響應,“星河計劃可以協助申請,我們在部委有一些資源。”
李建國老師補充:“合作不能只停留在科研層面,應該考慮中試和轉化,將來做出樣品後,要能找到應用場景,進行實際驗證。”
“這正是我們需要的。”呂辰說,“星河計劃有明確的應用牽引——雷達、通訊、電子對抗。一旦高頻晶片研製成功,立即就有使用者單位進行測試和應用。”
討論至此,合作的大框架已經清晰。
王主任站起身,神色鄭重:“呂辰同志,我現在正式代表成電微電子系,表達加入‘星河計劃’的意願。我們將以高頻積體電路為核心方向,全力支援國家積體電路產業發展。”
他頓了頓:“不過,這樣的重大合作,我需要向學校黨委彙報。同時,你們也需要得到‘星河計劃’指揮部的正式授權。”
“我明白。”呂辰說,“我現在就可以給北京的劉星海教授打電話,彙報今天的討論結果,請求授權。”
王主任看了看手錶:“現在是下午三點半。這樣,你們先去我辦公室打電話。我們在這裡準備合作備忘錄的草案。如果北京方面同意,我們今天就可以簽署意向性備忘錄,詳細協議後續再擬。”
“好!”
呂辰三人跟隨王主任來到他的辦公室,呂辰深吸一口氣,拿起電話。
“總機,請接北京,清華大學,轉紅星工業研究所……”
大約五分鐘後,聽筒裡傳來了劉星海教授的聲音。
“喂?我是劉星海。”
“劉教授,我是呂辰。我們現在在成都電訊工程學院。”
呂辰用最簡潔的語言,彙報了這兩天在成電的考察和討論情況,重點介紹了成電在高頻技術方面的積累,以及雙方達成的合作意向。
電話那頭沉默了片刻,然後傳來劉教授清晰的聲音:“呂辰,你們做得很好,成電在高頻領域確實有獨特優勢,他們的加入對‘星河計劃’突破高頻瓶頸至關重要。”
“教授,我們現在需要您的正式授權,與成電簽署合作備忘錄。”
“我授權。”劉教授毫不猶豫,“以‘星河計劃’指揮部和紅星工業研究所的名義,與成都電訊工程學院簽署高頻積體電路聯合研發合作備忘錄。具體條款你們把握原則,但必須明確:成果共享,智慧財產權清晰,人才培養機制健全。”
“明白!”
“另外,”劉教授補充,“你告訴成電的王主任,四月的第二屆百工聯席會議期間,我們將舉行星河計劃全體會議,討論下一階段佈局。請他或成電的代表務必參加,在會上正式確認合作,並領取研究任務。”
“好的,我一定轉達!”
結束通話電話,呂辰長舒一口氣,看向吳國華和錢蘭。
兩人眼中都閃著興奮的光。