有了第一個電機制造成功的經驗,呂辰等人又相繼製造了十三個電機。
按照GCA-201CGS光刻機的工作配置需求,工件臺的X軸、Y軸,掩模臺、Z軸、微動臺等都可能需要。
頂著工業陶瓷和冶金材料研究中心研究員幽怨的眼神,他們掏空了所有的釤、鈷樣品材料。
受限於釤鈷合金材料的稀少,無法大規模生產,但是他們還儘可能製造了兩到三套。
錢蘭整理了全套設計圖紙,包括材料引數、工藝要求,特別是電機繞組的工藝和機構。
組裝好的電機本體直徑42mm、長100mm,看上去像一個銀灰色的圓柱體,握在手裡四根手指剛好能包住。
送別森格頓珠那天早上,北京站的報春花開了一枝。
呂辰遞給他一個帆布包,包裡裝著一個電機、兩條前門煙和一包點心,還有一份用牛皮紙袋封好的圖紙。
“森格頓珠師傅,這是其中一個電機,還有它的全套設計圖紙,複製了一份,您帶著。”呂辰說,“材料引數、工藝要求、繞組方法,都寫在裡面了。”
森格頓珠接過紙袋,沒開啟,就那麼攥著。
“小呂,這……”
“劉教授出差在外,不能專門感謝您,他專門交待,感謝成飛132廠和您對星河計劃的支援,您老遠來一趟,不能空著手回去。”呂辰笑了笑,“這技術擱我們這兒,也就是用在光刻機上。擱你們成飛,說不定能用在更重要的地方。”
呂辰又從包裡拿出一個牛皮紙信封:“這是丘書記為您申請的出差補貼,不多,一點心意。”
森格頓珠默了幾秒,他把信封小心地塞進帆布包最底層,然後抬起頭。
“小呂,諸葛,錢姑娘。”他聲音還是那麼低沉,“我在北京這一個多月,學到的東西,比在廠裡五年都多。”
他頓了頓:“不是技術。是你們這股勁兒。碰到難事,不躲,不繞,就硬碰硬地幹。幹成了,也不藏著,還想著給別人用。”
他伸出手,和呂辰握了握,又和諸葛彪、錢蘭分別握了握。
“以後到成都,到我家來。我讓我媳婦給你們做酥油茶,喝青稞酒。”
汽笛響了,森格頓珠雙手合十:“扎西德勒!”
“扎西德勒!”
他拎起帆布包,轉身走到車門口,回頭看了一眼,衝他們揮了揮手。
然後消失在車廂裡。
火車緩緩開動,車輪碾過鐵軌,發出有節奏的轟隆聲。
呂辰三個人站在月臺上,看著那列綠皮火車越走越遠,最後變成一個點,消失在晨霧裡。
“走吧。”諸葛彪點上一根菸,“回去幹活。”
第二批高頻脈衝電機的晶片,是在森格頓珠走後的第四天送到的。
那天下午,柳工親自把晶片送到驗證室。
專用晶片箱子裡墊著海綿,六十顆晶片整整齊齊碼在凹槽裡,陶瓷封裝,兩排引腳,在燈光下閃著金屬的光澤。
“GPMC-01,第二批。”柳工把木盒往桌上一放,“60顆,你們慢慢測。”
呂辰拿起一顆,對著燈光看了看。
封裝的表面是用絲網印著的字跡,白色的小字,清晰工整。
“謝了,柳工。”
柳工擺擺手,走了。
接下來三天,三個人又過上了暗無天日的日子。
測試臺架重新搭起來,電源、示波器、訊號源、負載板,一一接好。
第一顆晶片插上去,通電,測靜態電流——正常。
輸入測試向量,測功能——透過。
測速度,跑最高頻率——達標。
測功耗,長時間執行——穩定。
“一顆好的。”諸葛彪在記錄本上畫了個勾。
第二顆,同樣流程——好的。
第三顆——好的。
第四顆——好的。
測到第十顆的時候,錢蘭停下筆,看著記錄本上那一排勾,有點不敢相信。
“十顆了,全好?”
諸葛彪也愣了愣,把嘴裡的煙拿下來,盯著測試臺。
“再測。”
第十一顆——好的。
第十二顆——好的。
一直測到第十七顆,終於碰到一顆壞的。
輸入短路,電流直接打到底。
“總算有壞的了。”諸葛彪鬆了口氣,反而笑了,“不然我還以為見鬼了。”
六十顆晶片全部測完,錢蘭把記錄本攤在桌上,一頁一頁翻過去,最後在最後一頁寫下統計結果:
總片數:60片
功能完好:37片
區域性故障:14片(多為個別引腳失效或速度略低)
完全失效:9片(短路、擊穿、開路)
良率:61.7%
她把本子轉過來,讓呂辰和諸葛彪看。
“37顆能用。”她說,“比上一輪8顆,翻了四倍多。”
諸葛彪點上一根菸:“不枉我等當了一回反面教材,要是再不成,我都不知道怎麼抬起頭來了。”
錢蘭也有點感慨:“這幾乎是設計和工藝的推倒重來,有這樣的提升在情理之中。”
呂辰拿起一顆好的晶片,在手裡轉了轉:“萬事俱備,就等光柵尺和脈衝發生器了。”
光柵尺是在三月底送到的,長光所的吳高工親自送來,拎著一個木頭箱子,像拎著寶貝似的。
他把箱子放在桌上,開啟搭扣,掀開蓋子。
裡面墊著厚厚的絨布,兩把玻璃尺躺在絨布凹槽裡,尺身細長,透明,像兩條冰做的尺子。
“呂工,這是你們要的光柵尺。”
吳高工介紹:“主尺250毫米,副尺150毫米。刻線密度每毫米100線,配合四細分,解析度能到1.5微米。”
呂辰湊近了看,玻璃尺的表面,密密麻麻刻滿了線條,細得像頭髮絲,用肉眼幾乎看不清,只能在光線下隱隱約約看見一道道反光。
“這怎麼刻出來的?”諸葛彪眼睛都快貼上去了。
“電子束刻。”吳高工驕傲的說道,“這可是我們所的獨門技術,王先生說了,這一根尺子,外國人也就這水平,可惜讀數頭精度差了點,不然能到亞微米級。”
這的確值得驕傲。
呂辰道:“長光所果然名不虛傳,您不如等幾天,我們測試好了,把電機給您一起帶回長光所。”
吳高工擺擺手:“你們慢慢測,如果不是要找陳副所長拿GCA-201CGS的使用反饋,我是根本沒時間跑這一趟的,第二代光刻機已經進入具體的方案論證環節,我的時間非常緊,陳副所長會親自到長光所參與光刻機的研製,你們測試好後,到時候請他帶來就可以了。”
長光所的人還是習慣稱呼陳光遠為副所長。
脈衝發生器是秦世襄教授的學生送來的,比光柵尺晚了兩天。
是一個小盒子,裡面是一塊pc電路板,用舊報紙包著,外面纏著麻繩。
開啟盒子,電路板露出來,巴掌大小,上面焊著石英晶體、三極體、電阻電容,手工佈線,整整齊齊。
板子一角貼著一張白膠布,上面用鋼筆寫著三個字:脈衝源。下面還有一行小字:z,±5ppm。
“±5ppm。”諸葛彪唸叨了一句,“一百萬次只差五次,這精度……”
他把板子翻過來看背面,焊點圓潤飽滿,走線規整得像印刷上去的。
“西軍電的人,手真穩。”
驗證室被騰空了一半。
實驗臺靠牆擺開,從左到右依次是:脈衝發生器、示波器、GPMC-01驗證板、電機驅動板、電機本體。
電機旁邊架著一個簡易工裝,是請任長空搭建的。
一塊鑄鐵平板,上面立著一根絲槓,絲槓上套著滑塊,滑塊上固定著讀數頭。
絲槓頂端裝著一個手輪,搖動手輪,絲槓轉,滑塊上下移動。
光柵尺的尺身固定在工裝上,讀數頭固定在滑塊上。
滑塊一動,讀數頭劃過尺身,兩路正交脈衝就出來了。
“先把手轉跑通。”呂辰說。
諸葛彪坐到工裝前,右手握住手輪,左手扶著滑塊,像準備做甚麼精細手術似的。
“慢點轉。”錢蘭在旁邊盯著示波器。
諸葛彪輕輕轉動手輪,絲槓轉一圈,滑塊走4毫米。
讀數頭劃過光柵尺,示波器上開始跳波形。
兩路方波,一前一後,像兩個錯開半步計程車兵。
“相位差90度。”錢蘭盯著波形,“方向能判了。”
諸葛彪又反轉手輪,兩路波形的順序立刻顛倒過來。
“好。”呂辰說,“尺子沒問題。”
接下來是脈衝發生器。
接通電源,石英晶體開始震盪。
示波器上出現一條穩定的方波,千赫,佔空比50%,方方正正,邊緣陡得像刀切的一樣。
諸葛彪盯著那條波形,愣了幾秒,然後嘟囔了一句:“西軍電的東西,真穩。”
驗證板是重新搭建的,GPMC-01晶片插在電路板上,周圍密密麻麻焊著電阻電容、膠合邏輯,飛線整齊了許多,紅的、黃的、藍的,走得規規矩矩,該拐彎拐彎,該固定固定,貼著標籤,一點都不亂。
呂辰拿起一份手寫的程式清單,幾十行指令,對應著晶片內部的微程式碼。
那是他熬了兩個通宵編的,把“心跳程式”翻譯成晶片能懂的0101。
他深吸一口氣,蹲下去,把程式清單放在地上,然後開始撥動驗證板上的開關。
一排八個開關,對應八位資料。
他看一眼清單,撥第一組:01。
按一下“寫入”按鈕。
再看清單,撥第二組:02。
再按“寫入”。
00 01 02 03 04 05……
每撥一組,按一次寫入。
四十分鐘後,一百二十八條指令全部寫進晶片。
呂辰站起來,腿都有點麻。
他扶著桌子,活動了一下膝蓋:“通電。”
諸葛彪合上閘刀。
示波器螢幕亮起來,數字表開始跳。
驗證板上,幾盞指示燈開始閃爍。
慢閃三次,快閃五次,然後滅掉。
過了一秒,又重複一遍。
“心跳程式跑通了。”錢蘭鬆了口氣,“晶片活著。”
呂辰點點頭,這才剛剛開始:“把脈衝接進去。”
諸葛彪拿起一根訊號線,一頭插在脈衝發生器的輸出口,一頭插在驗證板的一個輸入引腳上。
示波器上,那條千赫的方波,被晶片“看見”了。
“光柵尺。”
諸葛彪又拿起兩根線,把光柵尺的兩路正交訊號,接到另外兩個輸入引腳上。
然後他坐回工裝前,握住手輪。
“開環先跑一下。”
轉動手輪,滑塊上下滑動,讀數頭劃過光柵尺,脈衝訊號源源不斷地送進晶片。
示波器上,除了時鐘方波,又多出兩路位置脈衝。
錢蘭盯著數字表,那上面顯示著晶片算出來的當前位置。
“毫米……移動方向……正向……速度……”
她念著數字,聲音越來越小,像怕驚擾了甚麼。
諸葛彪繼續轉手輪,滑塊走到頂端,又走回來。
數字表上的數字跟著變,從大到小,從小到大,每一步都跟得上,每一步都對得上。
“晶片把位置算對了。”錢蘭說。
呂辰盯著示波器看了幾秒,然後說:“換閉環。”
諸葛彪撥動一個開關。
晶片的輸出訊號開始驅動電機。電機嗡嗡響起來,絲槓開始自動轉動,滑塊向上爬升。
呂辰在驗證板上撥了一個數字:。
那是目標位置,單位毫米。
晶片程式裡預設了這個目標。
電機繼續轉,讀數頭一路跟著,脈衝訊號不斷反饋回晶片。
數字表上的數字一路跳。
…………………………
越來越接近。
最後停在毫米。
誤差1微米。
三個人盯著那個數字,誰都沒說話。
示波器上,波形還在跳,方波整整齊齊,一列一列,像士兵的腳步。
電機嗡嗡地響著,聲音低沉穩定,像一頭剛剛被馴服的野獸。
諸葛彪嚥了口唾沫,煙叼在嘴角,半天沒點。
“再試一次。”他說,聲音有點啞。
呂辰把目標改成毫米。
電機又轉起來,絲槓嗡嗡嗡,讀數頭一路向上,停在毫米。
誤差還是1微米。
錢蘭輕輕吸了一口氣:“精度夠了,GCA-201CGS光刻機工作臺的要求,就是正負五微米,這遠遠達到了要求。”
呂辰又撥了一個數字,目標0.1毫米。
電機輕輕一抖,絲槓幾乎看不出動,讀數頭微微挪了一點點。
數字表從往下跳:………………
最後停在毫米。
移動量毫米,1微米。
諸葛彪把煙叼上,沒點,就那麼叼著,愣愣地看著那個數字。
“成了。”他說,煙在嘴角抖了抖,“真成了。”
錢蘭長長地吐了口氣,肩膀塌下去,整個人像被抽走了骨頭。
呂辰站著,盯著那個數字,看了很久:“再試一次。”
諸葛彪又試了一次,目標改成50毫米。
電機轉,滑塊走,停在——毫米。
誤差兩微米。
“再試。”
目標毫米。
電機輕輕一抖,滑塊幾乎看不出動,數字表慢慢跳,最後停在毫米。
誤差零。
三個人盯著那個數字,誰都沒說話。
過了很久,諸葛彪把煙點上了。
他狠狠吸了一口,然後吐出來,煙在空氣中慢慢散開。
他指了指那個還在轉的電機:“森格頓珠師傅走早了,他應該親自見證。”
錢蘭笑得眼睛有點紅:“我寫信告訴他。”
接下來幾天,他們又搭建了一個更復雜的模擬系統。
一張兩尺見方的鑄鐵平板,上面架著X軸和Y軸兩個滑臺。
每個滑臺都由一個電機驅動,絲槓傳動,光柵尺反饋。
X軸行程200毫米,Y軸行程150毫米。
他們把長光所送來的兩把光柵尺都裝上了,X軸一把,Y軸一把。
重新焊出來兩個驅動板,每塊板子上一個GPMC-01晶片,專門控制一個軸。
控制程式寫在二維卡上。
80*80的點位裡,存著工件臺的初始位置引數,然後是一串指令:
X軸正向,移動20毫米,停3秒。
X軸正向,再移動20毫米,停3秒。
重複7次。
然後Y軸正向,移動20毫米,停3秒。
再重複X軸的那一串,如此迴圈。
他把卡片塞進讀卡機,讀卡機的輸出線接到驗證板上。
呂辰合上讀卡機的蓋子。
“準備。”呂辰說。
諸葛彪盯著兩個滑臺,錢蘭盯著示波器。
“通電。”
讀卡機的訊號燈依次閃爍,矩陣探針讀入資料。
驗證板上的晶片收到指令,開始計算,然後發出訊號。
X軸電機動了。
滑臺悄無聲息開始向前移動,讀數頭劃過光柵尺,脈衝訊號源源不斷返回晶片。
晶片比較目標位置和實際位置,調整輸出,電機繼續轉。
20毫米到了,停。
三秒後,又動了。
20毫米,停。
三秒後,又動。
X軸滑臺一步一步往前走,每一步20毫米,每一步停三秒,每一步都走得穩穩當當,誤差不超過2微米。
走完七步,X軸滑臺停在140毫米的位置。
然後Y軸動了。
同樣20毫米一步,同樣停三秒,同樣穩。
Y軸走完七步,X軸又開始往回走。
一步一步,一格一格,像士兵走正步,像鐘錶走秒,像某種精密到極點的舞蹈。
“成了。”諸葛彪又點上一根菸,靠在椅子上,看著那兩個還在動的滑臺,“這回是真成了。”
錢蘭拿起一塊報廢的GPMC-01晶片,對著燈光看了很久。
“咱們為GCA-201CGS,造出了半自動的工件臺。”
那天下午,三個人坐在驗證室裡,看著那兩個滑臺一遍一遍地走。
走完一遍程式,重新塞一次卡片,再走一遍。
走了一百遍,誤差始終沒超過2微米。
呂辰出去了一趟,回來的時候拎著一瓶酒,三個搪瓷缸子。
他把酒倒上,三個缸子碰在一起,發出清脆的響聲。
“敬森格頓珠師傅。”
“敬長光所。”
“敬西軍電。”
“敬咱們自己。”
酒喝完的時候,窗外已經是紅霞漫天。
諸葛彪把煙掐滅,站起來,走到窗前,推開窗戶。
冷風灌進來,人間四月天,帶著泥土和青草的芬芳。
呂辰和錢蘭走過來,三人站在窗前,看著天邊絢爛的晚霞。
身後,那個滑臺還在走。
X軸,20毫米,停三秒。
Y軸,20毫米,停三秒。
一步一步,一格一格。
像某個巨大機器的脈搏,沉穩,精確,永不停歇。
早霞不出門,晚霞行千里。