第二天,呂辰一早來到辦公室,剛泡好一杯茶,諸葛彪就走了進來。
他手裡拿著個煤油打火機,在手裡轉來轉去,磨得鋥亮,金黃色的晃眼睛。
這東西是子彈殼改裝的,呂辰找保衛處要了幾個子彈殼,找王玉書師傅做成了打火機。
基本上被瓜分完了,最後一個就在諸葛彪手上。
諸葛彪掏出煙給呂辰發了一支。
“鐺!嚓!”
打火機冒出了小火苗,諸葛彪把煙點上。
他深吸一口:“呂辰,你這腦袋也不知道怎麼長的,這打火機實在,省火柴。”
呂辰道:“還我!”
諸葛彪把打火機放進兜裡:“這個歸我了,你等著吧,聽說李廠長用了,覺得好,準備試製幾百個,當成年終福利發,你肯定有一個。”
呂辰無奈。
諸葛彪轉移話題:“對了,柳工派人通知,高頻脈衝電機的控制晶片,第一批流片,出來了。”
呂辰拿出一個鋁合金箱子,這是專門找王玉書師傅做的,用來裝晶片的,裡面貼了一層棉絮,又用泡沫塑膠隔成一個個小格子。
每一個格子,正好能放一塊晶片。
呂辰也是那一次順便做的打火機,沒想到,都是淚。
呂辰搖搖頭,提著箱子跟諸葛彪一起出了門。
下樓來到中試線門口,錢蘭已經等在那裡了,眼睛盯著中試線車間的那扇鐵門。
呂辰二人走了過去:“多久了?”
錢蘭看了看錶:“四十分鐘。柳工說還在做最後的檢查,讓咱們等著。”
呂辰點點頭,沒再說話。
他也盯著那扇門,這批晶片,是他們三個人,整整兩個月的成果。
從邏輯圖,到版圖草圖,到6305廠三室幫著畫正式版圖,再到中試線流片。
兩個月,六十個日夜,無數次爭論,無數次修改,無數根鉛筆,無數張座標紙。
成敗,就在今天。
不一會兒,鐵門開了。
柳工走出來,他眼裡帶著笑意:“出來了,一共60塊。”
呂辰遞過鋁合金箱子,柳工接過,轉向走了進去。
不一會兒,提著箱子出來,諸葛彪第一個衝上去,接過箱子,小心翼翼地放在地上。
開啟箱釦,掀開蓋子。
60塊晶片,整整齊齊地躺在泡沫塑膠格子裡。
陶瓷雙列直插封裝,黑色陶瓷基底,兩邊伸出兩排銀色的引腳,每一根都亮晶晶的。
晶片表面印著白色的字:GPMC-01,下面是一行編號。
“GPMC-01。”錢蘭念出來,“高頻脈衝電機控制晶片,總算是出來了。”
呂辰蹲下去,看著那些晶片。
陽光下,它們靜靜地躺在那裡,這60顆等待檢閱計程車兵。
“走。”他站起來,“回實驗室。”
三人來到積體電路實驗室的一個小房間,這是上次驗證紅星二號那個驗證室,現在是高頻脈衝電機控制晶片的驗證室。
寬大的實驗臺上,已經有好幾個穩壓電源,有一臺嶄新的示波器,還有各種工具和儀表。
諸葛彪把箱子放在實驗臺上,開啟。
三人對視一眼。
“按規矩來。”呂辰說,“先目檢。”
他拿出一個修表用的放大鏡,卡在眼眶上,湊到第一塊晶片前。
晶片表面,有沒有劃傷,有沒有汙漬,有沒有裂紋。
他看得很慢,很仔細。
一塊,兩塊,三塊……
“這塊不行。”他拿起一塊晶片,遞給錢蘭,“封裝邊緣有裂紋,肉眼都能看見。”
錢蘭接過去看了看,點點頭,在旁邊的一個小盒子裡畫了個“×”。
“這塊也不行。”諸葛彪也拿起一塊,“引腳歪了,三根腳歪成一排,插不進插座。”
呂辰接過去看了看,確實歪得厲害,不知道是封裝的時候壓歪的,還是運送途中磕碰的。
“工藝問題。”他說,“正常。”
三人繼續檢視。
十五分鐘後,60塊晶片全部過了一遍。
挑出來三塊有明顯外觀缺陷的:一塊封裝裂紋,兩塊引腳歪斜。
“57塊。”諸葛彪說,“還剩57塊。”
呂辰點點頭,放下放大鏡,揉了揉眼睛。
“下一步,打阻值。”
他從實驗臺下面拿出一塊自制的測試板。
那是一塊膠木板,上面焊著一個晶片插座,插座旁邊引出了幾根線,分別接在幾個接線柱上。
接線柱上標著“VCC”、“GND”、“CLK”、“OUT1”、“OUT2”……
呂辰把第一塊晶片插進插座,然後用萬用表的兩個表筆,分別接在“VCC”和“GND”兩個接線柱上。
打阻值。
測電源和地之間的電阻,看有沒有短路。
這是最基本的測試,也是最殘酷的測試。
有短路,晶片就直接報廢,沒有任何搶救的可能。
呂辰按下萬用表上的按鈕。
錶盤上的指標猛地一擺,直接打到頭。
“零。”他說,聲音很平靜,但臉色變了。
諸葛彪湊過去看:“真是零?”
呂辰把表筆拿下來,再測一次。
還是零。
他把晶片取下來,放在旁邊,又拿起第二塊,插進去,測。
零。
第三塊,零。
第四塊,零。
第五塊,零。
……
一口氣測了十塊,全是零。
十塊晶片,電源和地之間,全部短路。
錢蘭的臉色也變了:“不可能……這不可能……”
諸葛彪把手裡的煙攥成一團:“是不是測試板有問題?”
呂辰拿起萬用表,直接測測試板上的兩個接線柱。
表筆碰在一起,指標打到頭,放開,回到無窮大。
測試板沒問題。
他又拿起一塊剛測過的晶片,單獨測晶片的兩個引腳。
電源腳和地腳,直接導通。
短路。
呂辰放下萬用表,看著實驗臺上那十塊晶片,沉默了幾秒。
然後他繼續測。
十一塊,零。
十二塊,零。
……
一直測到第二十一塊,終於有了一塊不是零的。
指標擺到幾百歐姆的位置,停住了。
“四百三十歐。”呂辰說。
他把這塊晶片小心翼翼地放在另一個盒子裡,繼續測後面的。
五十七塊晶片,全部測完。
結果出來了:41塊短路,16塊正常。
短路率72%。
呂辰坐在實驗臺前,看著那16塊“倖存”的晶片,一句話也說不出來。
諸葛彪靠在牆上,一根接一根地抽菸。
錢蘭低著頭,在筆記本上寫著甚麼,寫得很慢,手有些抖。
房間裡安靜極了,只有牆上的掛鐘“滴答滴答”地響著。
過了好一會兒,錢蘭抬起頭:“41塊短路……這不可能全是工藝問題。肯定是設計有缺陷。”
諸葛彪點點頭:“我也這麼想。工藝再差,也不至於72%的短路率。”
呂辰站起來,走到窗邊,推開窗戶。
冷風灌進來,帶著冬天特有的凜冽。
他深吸一口氣:“繼續測。靜態電流。”
既然還有16塊沒短路,那就測下去。
看看問題到底出在哪。
諸葛彪掐滅菸頭,走到實驗臺前。
他從抽屜裡拿出一個穩壓電源,調到5伏,又串聯了一個毫安表。
呂辰拿起第一塊“倖存”的晶片,插進測試板。
接通電源。
毫安表上的指標猛地一擺。
一百毫安,兩百毫安,三百毫安……
呂辰趕緊切斷電源。
“電流巨大。”他說,“內部有擊穿。”
錢蘭在旁邊記下來:“第一塊,擊穿。”
第二塊,擊穿。
第三塊,正常。
第四塊,正常。
第五塊,擊穿。
第六塊,正常。
……
16塊晶片測完。
8塊擊穿,8塊正常。
擊穿率,50%。
呂辰看著那8塊“體質過關”的晶片,苦笑了一下。
60塊晶片,目檢淘汰3塊,短路淘汰41塊,擊穿淘汰8塊。
最後能用的,八塊。
良率,13.3%。
“13.3%……”諸葛彪喃喃著,“這他媽是給光刻機用的晶片,不是實驗室玩具……”
錢蘭在旁邊說:“先別想良率。能用的這8塊,還要上驗證臺。驗證臺過了,才算真的能用。”
呂辰點點頭。
是的,現在還不是沮喪的時候。
這8塊晶片,只是透過了最基本的電氣測試。
真正的考驗,在後面。
轉身來到驗證臺,這是他們花了兩個星期搭建的。
驗證臺是一塊一米見方的膠木板,鋪在實驗臺中央。
板上密密麻麻釘著上百個鍍金的插針,像一座微縮的城市。
插針之間,用各種顏色的細導線連線著,紅的、黃的、藍的、綠的、黑的……密密麻麻,層層疊疊,比蜘蛛網還複雜。
膠木板四周,擺著幾個穩壓電源,一臺示波器,一個訊號發生器,還有一堆電阻、電容、晶體振盪器、開關、指示燈。
最顯眼的位置,是一個小小的脈衝電機,只有拳頭大小,軸端裝著一個紅色的塑膠圓盤,上面畫著刻度。
呂辰看著那張密密麻麻的電路板,心裡有些發怵。
這玩意兒,他絕對搭不出來。
諸葛彪有這本事,他是從繞繼電器線圈開始學起的,手上的功夫,比機器還穩。
“開始吧。”錢蘭翻開筆記本,上面是厚厚一疊圖紙,“先從第一塊開始。”
諸葛彪拿起一塊晶片,仔細看了看引腳,然後輕輕地插進膠木板上的一個插座裡。
那個插座是特意留的,周圍一圈插針,正好對應晶片的四十個引腳。
插進去的一瞬間,能聽到輕微的“咔噠”一聲,像是甚麼東西卡到位了。
“上電。”諸葛彪說。
呂辰開啟穩壓電源,調到5伏。
示波器的螢幕上,開始出現一些波形。
“先測時鐘。”錢蘭指著圖紙上的一個點,“晶振輸入腳,看波形對不對。”
諸葛彪把示波器的探頭接到那個引腳上。
螢幕上,出現了一串規則的方波,頻率穩定,幅度整齊。
“晶振沒問題。”他說。
接下來,他們開始一根一根地測。
每一個引腳,都要用示波器看波形,用萬用表測電壓,用邏輯筆判高低。
諸葛彪負責操作,錢蘭在旁邊拿著圖紙核對,每測完一根線,就用鉛筆在圖紙上劃掉一個點。
呂辰負責記錄,把每一個資料都寫在筆記本上。
一個小時後,第一塊晶片測完了。
“基本功能正常。”諸葛彪直起腰,活動了一下脖子,“但有幾個訊號有毛刺,不大。”
錢蘭在圖紙上做了標記:“先記下來,後面再分析。”
第二塊,正常。
第三塊,正常。
第四塊,開始出問題。
“看這個。”諸葛彪指著示波器上的波形,“這是步進脈衝輸出腳,應該是一串規則的脈衝。但現在,每三個脈衝裡,有一個脈寬不對。”
錢蘭湊過去看:“時序問題?”
“可能是。”諸葛彪說,“也可能是內部分頻器有缺陷。”
呂辰在旁邊記下來:“第四塊,分頻異常。”
第五塊,正常。
第六塊,正常。
第七塊,又出問題了。
“宕機了。”諸葛彪說,“我撥了一下速度選擇開關,晶片就沒反應了。”
他切斷電源,再重新上電。
晶片又活了。
再撥一下開關,又宕機。
“特定指令下宕機。”錢蘭說,“可能是組合邏輯有問題。”
呂辰想了想:“換一塊晶片試試。”
諸葛彪把第七塊取下來,換上第八塊。
同樣的操作,同樣的指令,第八塊一切正常。
“看來是那塊晶片體質不行。”他說,“個別晶片的缺陷。”
8塊晶片測完,5塊功能完全正常,兩塊有小毛刺,一塊有特定指令宕機的問題。
但不管怎麼說,有五塊能用了。
諸葛彪把那五塊好的晶片挑出來,小心翼翼地放在一邊。
然後他拿起第一塊,重新插回插座。
“下面,接電機。”
他從實驗臺下面拿出一卷細導線,開始焊。
電機驅動需要功率,不能直接從晶片引腳輸出。
他們在驗證臺上預留了驅動電路,幾個大功率三極體,加上續流二極體,組成一個簡單的驅動器。
諸葛彪的手很穩,焊槍點下去,焊錫化開,導線粘上,一氣呵成。
十幾分鍾後,所有連線都焊好了。
他放下焊槍,深吸一口氣,看著那個小小的脈衝電機。
“通電。”
呂辰開啟電源。
電機沒動。
諸葛彪撥了一下“啟動”開關。
電機還是沒動。
他皺起眉頭,拿起萬用表開始測。
測了幾分鐘,找到了問題,有一根線虛焊了。
他重新焊了一下,再撥開關。
電機動了。
軸端那個紅色塑膠圓盤,隨著脈衝訊號,一格一格地轉動。
每轉一格,就停一下,再轉一格,再停一下。
精確,穩定,有力。
諸葛彪看著那個轉動的圓盤,長長地吐了一口氣。
“成了。”他說。
錢蘭在旁邊鼓掌,臉上帶著笑。
呂辰盯著那個圓盤,心裡湧起一種複雜的情緒。
兩個月,60塊晶片,13%的良率,5塊能用的。
但至少,這5塊,能讓電機轉起來。
這就夠了。
接下來,他們用那5塊晶片,做了大量的測試。
首先測的是訊號串擾。
驗證臺上密密麻麻的飛線,就像無數根天線,互相之間會產生干擾。
他們用示波器看波形,發現有幾個訊號確實有串擾,表現在波形上有一些小毛刺。
解決辦法,是加遮蔽。
諸葛彪找了幾塊薄銅片,彎成小盒子,罩在關鍵晶片上,再接地。
又把幾根關鍵的訊號線,用絞線的方式傳輸,兩根線絞在一起,干擾互相抵消。
毛刺果然小了很多。
然後測時序。
示波器上顯示的波形,比預想的晚了幾微秒。
幾微秒,對於電機控制來說,不算大問題。但如果用在更高精度的場合,可能就是致命的。
“幾微秒的延遲,應該是晶片內部的傳輸延遲。”錢蘭說,“五微米工藝,門延遲就這麼大。要縮小延遲,只能等工藝進步。”
呂辰點點頭,在筆記本上記下來:“要最佳化關鍵路徑,減少門級數。”
……
測試一直持續到晚上8點,除了溫變化對頻率的影響、電源電壓波動時的穩定性、長時間執行後有沒有晶片發燙等內容外,能測試的都測試了。
“5塊。”諸葛彪看著那三塊晶片,“60塊,最後勉強能用的,就這5塊。”
良率8%,不,已經談不上良率了,這5塊都是有延遲的殘次品。
呂辰沉默了幾秒,然後笑了:“8%也夠了。至少證明,這個設計是可行的。剩下的,是找問題,改設計。”
錢蘭嘆道:“打阻值淘汰41塊,這就不正常了。72%的短路率,絕不是工藝能解釋的。”
諸葛彪也嘆道:“靜態電流淘汰8塊,擊穿率50%,同樣不正常。”
“問題可能出在版圖上。”錢蘭說,“要麼是設計規則沒吃透,要麼是某個地方畫錯了。”
呂辰想了想:“不光是版圖。邏輯設計也可能有問題。那個特定指令下宕機的晶片,說明組合邏輯有缺陷。”
三人沉默了一會兒。
呂辰道:“不管怎麼說,有5塊能走通了,電機能轉,說明邏輯是對的。”
諸葛彪也站起來,伸了個懶腰:“是啊,總算沒白忙活兩個月。”
三個人收拾好驗證臺,把儀器關掉,把圖紙收好。
走出驗證室的時候,已經快十點了。
走廊裡很安靜,只有遠處值班室的燈光亮著。
呂辰推著車,慢慢往家裡走。
夜風很冷,但他心裡有一團火。