勇擔強國使命，鑄造“國之重器”

勇攀科技高峰，攻堅核心技術

堅持“頂天立地”

為國家區域經濟發展提供有力支撐

發展新質生產力，推進高質量發展

國家有需求，廣工有作為

本期是

“攀撐廣工”系列報道第5期

聚焦廣工學科“硬實力”

彰顯學校發展“新”活力

12月29日晚

央視十套科教頻道（CCTV-10)

《實驗現場》欄目播出

節目著重展示了

廣東工業大學

省部共建精密電子制造技術與裝備

國家重點實驗室

（以下簡稱廣工國重實驗室）

面向國家戰略

緊跟精密電子制造技術的發展趨勢

開展芯片高速高精度封裝研究

開發出了完全自主知識產權的

全自動芯片鍵合機

逐步實現進口裝備的平行替代

為解決卡脖子問題

實現芯片產業鏈自主可控作出重要貢獻

伴隨著中國制造走向中國創造

新一輪科技革命和產業變革蓬勃興起

正推動芯片制造業高速發展

當今重大技術熱點無不依賴

高性能的芯片來實現

小小的一顆芯片

堪稱人類智慧的結晶

它的設計與制造能力

被視為衡量一個國家技術實力的重要指標

一顆芯片的誕生

需要經過晶圓制造和芯片封裝制造兩大階段

晶圓制造過程非常復雜

需要經歷曝光蝕刻、離子注入

金屬填充、精細研磨

一系列步驟后晶圓上的集成電路才能成型

但這時呈現出來的外觀

是一個半導體大圓片

也叫晶圓片

每個晶圓片上有成千上萬個

一模一樣的單元塊

這個單元塊就是單顆芯片（也叫芯粒）

有的芯片甚至比頭發絲的直徑還小

要將眾多不同功能的芯片集成封裝在一起

才能成為一個具有特定功能的電子元器件

需要把每個芯粒從晶圓上切開

一個一個轉移到

已經加工好精細電路的電路載板上

通過導電的金屬球或金屬線

將芯粒與載板互連與封裝

就形成了特定功能的芯片

這個過程被稱為芯片的封裝

因此，封裝是芯片后端制造中的關鍵環節

長期以來

高端封裝設備一直被國外壟斷

建立完全自主知識產權的封裝設備和工藝

是亟待中國科學家們破解的重大技術難題

節目鏡頭跟隨著廣工國重實驗室主任

機電工程學院陳新教授的腳步走進實驗室

“在晶圓做出來以后，

怎么樣把芯片跟其他的元件裝配在一塊

形成一個整體的器件，

這里面涉及到很多工藝、裝備的問題。”

芯片封裝中有一種特殊的設備

叫引線鍵合機

芯片鍵合所使用的細線

一般為高純度的金線

其大小僅為頭發絲的四分之一

密集排布的金線互相不能碰觸

如果有碰觸整個電子器件就會短路

由于芯片鍵合的線又多又細又密

為了提高生產效率

每秒鐘要縫20多根線

速度極快、精度要求極高

所以芯片引線鍵合過程常常被人們稱為

“頭發絲上的舞蹈”

隨著新一代芯片越來越小

集成電路器件上集成的芯片數量越來越多

為了將多個芯片一起集成封裝

原來的金屬線由小小的金屬球來替代

通過倒裝的形式加熱加壓

一一融化連接在一起

但這要求芯片與基板的相互對位精度非常高

要達到頭發絲直徑的八十分之一

其精密制造的前提

首先是要實現平臺的高速精確測量

與運動定位控制

這時就要引入光柵尺技術

光柵尺是一把具有極高精度的尺子

其測量精度可達到亞微米級

針對以上科學難題

陳新教授團隊提出

把不同的兩把光柵尺合二為一

一把用于高速度的粗測量

另一把用于低速度下的高精度測量

即宏微復合光柵尺

這種光柵尺可以滿足

高速高精度的測量要求嗎？

節目詳細拍攝記錄了實驗過程

充分展現廣工科研團隊的

嚴謹務實、精益求精

通過系列實驗證明

宏微復合光柵尺在高速條件下

測量精度可達到400納米

完全滿足高速精密位置測量的

實際工程應用需求

“它里面涉及的問題、學科非常多

所以我們團隊學機械的、學控制的

學測量的同事一塊討論、共同解決

形成一個系統化的解決方案。”

齊心協力辦大事

廣工科研團隊有這份決心和韌勁

擺在團隊面前的還有新的難題

實際芯片封裝過程中

僅僅測得很準還不夠

還需要對帶有鍵合金屬絲的焊頭

晶圓供送平臺與芯片對位平臺

分別進行準確的運動定位

以實現又快又準的控制

一般情況下，由于有

驅動延時和運動副摩擦等影響

運動平臺高速急停時

常常停不穩、停不準

這會導致實際芯片互連的良率很難保障

陳新教授團隊改變了傳統均勻加減速的

運動規劃控制方法

提出了

非對稱變加速的運動規劃控制方法

以減少運動急停時的運動慣量

從而消減運動急停時的振動

同時在急停時給微平臺

施加一個高速精密補償

實現平臺的高速精密定位

針對這一科學解決方案

陳新教授團隊再次開展系列實驗

節目展示了詳細過程

實驗中可以明顯地看到

在傳統驅動方式下

平臺上的尺子晃動特別厲害

而在非對稱變加速驅動控制方式下

尺子停得特別穩

在隨后進行的轉動實驗也證實了這一點

“隨著芯片越來越小

怎么把它堆疊復聯成更可靠的器件

而且制造成本更低、性能更高

這里面的空間非常大

有新的工藝、新的技術

以及新裝備的需求”

陳新教授團隊提出

采用“宏微復合光柵尺”和

“非對稱變加速”的運動規劃控制等

系列技術方法

大幅提高了芯片封裝裝備的

操作速度與精度

使實際工程中晶圓供送與芯片對位平臺

能夠實現急停定位的“快穩準”目標

解決了過去很長一段時間

芯片鍵合機基本依賴

進口的卡脖子問題

為推動實現芯片產業鏈自主可控

貢獻了廣工力量

展現了廣工擔當

省部共建精密電子制造技術與裝備國家重點實驗室由科技部、廣東省人民政府于2019年1月2日正式批準建設，依托廣東工業大學建設。實驗室瞄準新一代芯片器件高密度化、微型化、輕薄化的國際前沿，聚集海內外高層次人才，圍繞“高速高精運動生成與精準運控”“互連微結構陣列精密創成與形性調控”“多物理場精細特征成像機理與缺陷表征”“柔性產線變型設計理論與優化方法”四大關鍵科學問題，確立了極具特色的四大研究方向：高速精密運控理論與基礎部件、器件先進封裝技術與高端裝備、多維多模檢測技術與精密儀器、智能產線優化設計與工業軟件。

近年來，實驗室承擔國家級項目百余項、省廳級項目等科研項目170余項，累計科研經費約2.2億元。共獲發明專利授權800余件，美日德等國際發明專利授權60余件，在精密運動平臺、芯片濕法刻蝕、芯片巨量轉移、數字孿生生產線形成了極具國際競爭力的專利池，牽頭制定國際標準一項；近年來轉讓專利近百項，轉讓金額近千萬元；發表學術論文900余篇，其中MACH、IEEE TIE 、TSMC等高質量論文300余篇，熱點4篇，高被引15篇，入選2021年中國百篇最具影響國際學術論文。以第一完成單位獲國家科學技術二等獎共3項（2014、2019、2023）；獲何梁何利創新獎1項、教育部高等學校自然科學獎一等獎1項、中國機械工業科學技術一等獎1項、廣東省科學技術一等獎7項，中國專利獎銀獎1項、廣東專利金獎5項。

素材| 中央電視臺

編輯| 李成瑤

運營團隊| 學生新聞中心

責編| 王宇涵

|楊莉莉

初審|李成瑤

審核| 杜 清

終審| 張育廣