第二天清晨,吕辰三人吃过早饭,在校门口与郑老师汇合。
经过警卫的严格检查后,一起来到微波技术与高频电路实验室。
郑老师边走边介绍微波实验室的基本情况,1958年苏联专家帮助建立实验室,后来苏联撤援,但设备和基础留了下来,这些年教研一体,在雷达、通信领域做了不少工作。
一楼最大的实验室约有二百平米,靠墙摆放着一排深灰色的机柜,上面布满了旋钮、表头、指示灯和示波器屏幕。
房间中央是几张宽大的实验台,上面散落着各种微波器件,波导管、耦合器、谐振腔、天线阵列模型,还有用有机玻璃封装的各种滤波器、放大器模块。
有从民主德国进口的hp-855a频谱分析仪,频率范围到1ghz;有苏联产的ukb-3型网络分析仪,能做s参数测量;也有自制的微波信号源和功率计……
总体上来说,比西方最新产品落后一代。
但经过成电的反复校准和维护,基本参数还是可靠的。
郑老师走到一台示波器前,打开电源。
绿色的扫描线亮起,有些抖动,但很快稳定下来。
“这台示波器是1955年产的,带宽只有20hz。”郑老师拍了拍机壳,“但在我们手里,它见证了第一套国产微波中继通信系统的调试,也测过歼击机雷达天线的方向图。设备老不老,关键看用的人。”
吴国华俯身仔细观察那些微波器件:“郑老师,这些滤波器、放大器都是你们自己设计的?”
“大部分是。”郑老师从实验台上拿起一个银色的腔体滤波器,“比如这个,中心频率960hz,带宽30hz,用于某型警戒雷达的接收前端。设计是我们做的,加工是委托成都前锋无线电仪器厂做的。铝材切削、表面镀银、调谐螺钉,每一个环节都摸索了很久。”
他打开滤波器一侧的盖板,露出内部精密的谐振腔结构:“最难的是调谐,每个谐振腔都要用特制的小扳手反复调整螺钉深度,配合网络分析仪一点点找最佳点。一个八腔滤波器,调好要两天时间,全凭手感加仪器。”
这种毫米波段的腔体滤波器,对加工精度和装配工艺的要求极高。
成电能在简陋条件下做出这样的器件,证明了他们在高频机械设计和精密加工方面有深厚的积累。
郑老师领着三人来到实验室里侧的一个工作台。
台上摆放着一套复杂的测试系统,微波信号源通过同轴电缆连接到一个金属屏蔽盒,盒子上伸出多根线缆连接到示波器和频谱仪。
打开屏蔽盒,里面是一块约巴掌大小的电路板。板子是一种深褐色的陶瓷基板。
板上用银浆印刷着精细的微带线图案,几个芝麻大小的半导体器件焊接在线端。
“这是我们在研的s波段低噪声放大器。”郑老师介绍,“频率23-25ghz,噪声系数目标3db以下。基板用的是九五瓷,介电常数96,适合高频。晶体管是从苏联进口的2t312a,截止频率大概4ghz。”
钱兰凑近观察:“这个匹配网络设计很精巧,是用史密斯圆图算出来的?”
“对!”郑老师有些惊讶地看着钱兰,“钱工懂这个?”
“学过基础理论。”钱兰谦虚地说,“但实际设计还是第一次见到。郑老师,这样的放大器,一般要调哪些参数?”
郑老师拿出一本厚厚的实验记录本,翻开其中一页:“主要调输入输出匹配网络中的微带线长度和并联电容。你看,这是我们记录的调试数据:每改变05线长,驻波比变化01;并联电容从05pf增加到1pf,中心频率偏移15hz……”
记录本上密密麻麻写满了数据,还贴着手绘的史密斯圆图和频率响应曲线,字迹工整,图表清晰,透着一股严谨的科学精神。
钱兰仔细研究那些曲线:“郑老师,24ghz附近这个谐振点,q值很高,是有意设计的?”
“观察得仔细!”郑老师赞许道,“这是为了抑制镜像频率干扰。我们在这个频段有个很强的干扰源,所以在放大链中特意加了一个窄带滤波器。q值高意味着选择性好,但代价是通带变窄、插入损耗增加,这是折中的艺术。”
成电在高频电路设计方面,已经形成了从理论计算、器件选型、版图设计到实验调试的完整方法论。
虽然设备简陋,但方法论是先进的。
离开微波实验室,他们来到隔壁的真空电子与器件实验室。
这个实验室被分成几个区域,一侧是几台圆柱形的真空镀膜机,银白色的腔体上布满了观察窗、电极接口和真空计接口;另一侧是几个真空试验舱,舱门厚实,配有双层玻璃观察窗;中间是控制台,上面密密麻麻的仪表、记录仪和手动阀门让人眼花缭乱。
一位五十多岁的研究员正在调试一台镀膜机。
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看到郑老师进来,他关掉设备,摘下手套走过来。
“老郑,带客人来了?”
“李工,这三位是北京红星所的专家,吕辰、吴国华、钱兰同志。”郑老师介绍,“这位是李昱才老师,咱们真空实验室的元老,从上海交大迁校时就来了。”
李工与三人一一握手:“欢迎欢迎。北京来的专家,是来看我们的土设备吧?”
他的语气里带着几分自嘲,但眼神中透着自豪。
吕辰连忙说:“李工客气了,我们来的路上就听说,成电的真空技术在全国都是一流的,特别是在高频器件封装方面,有很多独到之处。”
李工的脸色缓和了些:“一流谈不上,但确实解决了一些实际问题。来,看看我们这台老家伙。”
他带众人走到那台真空镀膜机前:“这台是59年从民主德国进口的,当时是为了研制微波电子管——行波管、速调管这些,现在用来做高频晶体管的真空封装。”
他打开控制柜的门,里面是令人眼花缭乱的继电器、定时器、电压电流表:“全手动控制,抽真空分三级,前级机械泵抽到10-2帕,开扩散泵抽到10-4帕,最后用分子泵抽到10-6帕。每一步都要看真空计读数,手动开关阀门,控制加热电流。”
吴国华仔细看着有些褪色的标签:“李工,抽到10-6帕要多长时间?”
李工的语气有些无奈:“顺利的话,八个小时,但经常不顺利。密封圈老化、真空脂干涸、系统有微漏……”
“那镀膜过程呢?”
“更麻烦。”李工指着设备另一侧一个透明的石英窗口,“镀金、镀铝、镀二氧化硅,不同的材料用不同的蒸发源。金用钨丝篮蒸发,铝用钽舟,二氧化硅用电子束轰击。蒸发速率、基片温度、旋转速度,全凭经验控制。”
吕辰翻开操作台上的厚厚日志,上面记录着每次实验的参数、现象、结果。
随便打开一页:1962年3月17日,样品编号vt-312,镀金膜。托,基片温度150c,钨丝电流85a,蒸发时间3分20秒。膜厚约800?(用多光束干涉仪测量),均匀性±15,附着力良好(胶带测试通过)……”
记录详细得令人惊叹,连当天的大气压力和实验室温度都有记载。
“李工,你们测量膜厚用什么方法?”吕辰问。
李工从抽屉里拿出一套光学器件:“这是自制的多光束干涉仪,原理是从英国文献上看来的,在基片上贴一小块玻璃片,镀膜后在交界处会产生干涉条纹。数条纹数,根据光的波长算膜厚,精度能达到几十埃。”
他又拿出几片不同颜色的玻璃片:“这是‘比色法’,把镀好的膜和标准色板对比,根据颜色判断膜厚范围。经验丰富的老师傅,用这个办法能估到100?以内。”
虽然精度和效率无法与国外先进水平相比,但方法论是科学的,数据是真实的。
离开真空实验室,郑老师又带他们参观了材料分析与半导体实验室、脉冲电路与数字逻辑实验室、环境可靠性测试平台。
每一个实验室,都让吕辰三人既感慨又振奋。
参观完所有实验室,已是中午时分。
郑老师带他们在学校食堂简单用餐。
饭后,四人来到行政楼的一间会议室。
下午两点,会议室里陆续坐满了人,除了昨天见过的王振华、李建国、张明远三位老师,还有微电子系的王主任,以及相关专业的十多位教授、讲师。
王主任五十多岁,头发花白,戴着黑框眼镜,有着典型的知识分子气质。
他起身与吕辰三人一一握手:“欢迎三位同志,老郑已经向我汇报了,为‘星河计划’寻找高频领域的技术支持,我们成电很感兴趣。”
众人落座后,王主任开门见山:“咱们就不客套了,直接进入正题。吕辰同志,能否先介绍一下‘星河计划’目前的进展,以及你们在高频领域遇到的具体问题?”
吕辰起身,在会议室的黑板上画了一个简图,开始介绍起来:“……目前我们已经建立了从设计、制造到测试的完整技术链,掌握了5微米工艺……”
讲完进度,吕辰开始讲芯片频率的技术难点:“但是,我们目前的芯片工作频率只能达到1hz左右,这严重限制了应用范围。通信、雷达、电子对抗这些关键领域,需要的芯片频率至少在几十hz甚至ghz量级,这就是我们面临的核心瓶颈,也是我们来成电的原因。”
钱兰从公文包里取出一份厚厚的文件,递给王主任。
“王主任,这是我们整理的技术需求清单,共分六个大类,三十七个子项。”
王主任接过文件,戴上眼镜仔细翻阅,其他老师也传阅着复印件。
清单详细列出了“星河计划”在高频领域需要攻克的技术难点:
高频晶体管器件物理与结构设计
微波无源器件(滤波器、耦合器、匹配网络)的芯片微型化
高速互连的传输线模型与设计规则
低寄生参数封装技术
高频参数测试方法与标准
高频集成电路的可靠性评估方法
每一项都附有详细的技术指标、现状分析和预期目标。
会议室里安静下来,只有翻动纸张的沙沙声。
良久,王主任抬起头:“这份清单很专业,也很务实,没想到还不到一年,星河计划就已经深入到如此地步。”
他转向其他老师:“各位,有什么问题,可以直接问。”
王振华老师第一个发言:“吕辰同志,你们现在的高频晶体管研究进展如何,用的是硅材料还是其他材料?”
“目前还在硅材料上探索。”吕辰如实回答,“我们在研究缩短沟道长度、减小结面积、优化掺杂分布等方法,希望把硅晶体管的截止频率提高到几百hz。但长远看,要实现ghz频率,可能需要砷化镓或其他化合物半导体。”
“砷化镓我们有一些研究。”材料实验室的孙教授说,“我们实验室能拉制直径2英寸的砷化镓单晶,纯度达到6个9。但器件工艺还不成熟,主要是欧姆接触和表面钝化问题没解决。”
“这正是我们可以合作的方向。”吕辰说,“‘星河计划’有完整的平面工艺线,可以做光刻、扩散、薄膜沉积。如果成电提供材料,我们可以尝试制作简单的砷化镓器件,共同摸索工艺条件。”
孙教授眼睛一亮:“这个思路好!我们以前只能做材料表征,做不了器件。如果你们有工艺能力,我们可以深度合作!”
李建国老师接着问:“高频封装方面,你们有什么具体设想?现在的金属-陶瓷封装,在高频下寄生电感、电容很大。”
“我们有几个思路。”吴国华接过话头,“一是研究多层陶瓷封装,用低温共烧陶瓷(lt)技术制作埋置式无源器件和三维互连;二是研究倒装焊(flip chip)技术,缩短芯片与封装间的引线长度;三是探索硅基封装,直接在硅片上制作再分布层和微凸点。”
他顿了顿:“但这些都需要真空镀膜、精密光刻、高温烧结等工艺。成电在真空技术和陶瓷材料方面有基础,我们可以联合攻关。”
张明远老师关心测试问题:“高频参数测量,需要矢量网络分析仪、探针台等昂贵设备……”
……
讨论持续了一个多小时,成电的老师们从各自专业角度提出问题,吕辰三人一一解答。
双方越聊越深入,很多想法不谋而合。
最后,王主任清了清嗓子,会议室安静下来。
王主任缓缓说道:“星河计划在高频领域的需求是真实的,技术路线是清晰的。而成电在这些相关领域的技术积累,确实能够为星河计划提供支撑。”
他看向吕辰:“吕辰同志,我原则上同意成电加入‘星河计划’,在高频集成电路领域开展全面合作。但有几个问题需要明确。”
“王主任请讲。”
“第一,合作的组织形式,是成立联合实验室,还是项目组形式?”
“我们建议成立‘成电—星河计划高频技术联合实验室’。”吕辰早有准备,“实验室设在成电,由成电提供场地、设备和主要研究人员,‘星河计划’提供部分经费、技术需求和工艺支持。实验室主任由成电推荐,‘星河计划’派副主任。研究成果双方共享。”
王主任点头:“这个模式可行。第二,研究方向。虽然清单列出了三十七个子项,但我们需要确定优先级,集中力量攻关最关键的几个方向。”
“我们建议先从四个方向启动。”吕辰说,“一是高频晶体管器件物理与设计,这是基础;二是芯片上无源器件设计,直接影响电路性能;三是高频测试方法与标准,这是共性技术;四是高频集成电路的可靠性评估方法,这关系到产品能否实用。”
“合理。”王主任认可,“第三,人才培养。集成电路是新兴领域,需要大量专业人才。成电可以开设相关课程,但需要‘星河计划’提供教材和实践机会。”
“我们正在编写集成电路设计教材。”吕辰说,“如果合作达成,我们可以派专家来成电授课。同时,成电可以选派优秀学生到北京,参与‘星河计划’的实际项目,形成人才双向流动。”
王主任满意点头:“各位,还有什么补充?”
王振华老师举手:“我建议,以联合实验室的名义,申请国家级高频集成电路重点课题。这样既能获得经费支持,也能提升项目的重要性。”
“好建议!”吕辰立即响应,“星河计划可以协助申请,我们在部委有一些资源。”
李建国老师补充:“合作不能只停留在科研层面,应该考虑中试和转化,将来做出样品后,要能找到应用场景,进行实际验证。”
“这正是我们需要的。”吕辰说,“星河计划有明确的应用牵引——雷达、通信、电子对抗。一旦高频芯片研制成功,立即就有用户单位进行测试和应用。”
讨论至此,合作的大框架已经清晰。
王主任站起身,神色郑重:“吕辰同志,我现在正式代表成电微电子系,表达加入‘星河计划’的意愿。我们将以高频集成电路为核心方向,全力支持国家集成电路产业发展。”
他顿了顿:“不过,这样的重大合作,我需要向学校党委汇报。同时,你们也需要得到‘星河计划’指挥部的正式授权。”
“我明白。”吕辰说,“我现在就可以给北京的刘星海教授打电话,汇报今天的讨论结果,请求授权。”
王主任看了看手表:“现在是下午三点半。这样,你们先去我办公室打电话。我们在这里准备合作备忘录的草案。如果北京方面同意,我们今天就可以签署意向性备忘录,详细协议后续再拟。”
“好!”
吕辰三人跟随王主任来到他的办公室,吕辰深吸一口气,拿起电话。
“总机,请接北京,清华大学,转红星工业研究所……”
大约五分钟后,听筒里传来了刘星海教授的声音。
“喂?我是刘星海。”
“刘教授,我是吕辰。我们现在在成都电讯工程学院。”
吕辰用最简洁的语言,汇报了这两天在成电的考察和讨论情况,重点介绍了成电在高频技术方面的积累,以及双方达成的合作意向。
电话那头沉默了片刻,然后传来刘教授清晰的声音:“吕辰,你们做得很好,成电在高频领域确实有独特优势,他们的加入对‘星河计划’突破高频瓶颈至关重要。”
“教授,我们现在需要您的正式授权,与成电签署合作备忘录。”
“我授权。”刘教授毫不犹豫,“以‘星河计划’指挥部和红星工业研究所的名义,与成都电讯工程学院签署高频集成电路联合研发合作备忘录。具体条款你们把握原则,但必须明确:成果共享,知识产权清晰,人才培养机制健全。”
“明白!”
“另外,”刘教授补充,“你告诉成电的王主任,四月的第二届百工联席会议期间,我们将举行星河计划全体会议,讨论下一阶段布局。请他或成电的代表务必参加,在会上正式确认合作,并领取研究任务。”
“好的,我一定转达!”
挂断电话,吕辰长舒一口气,看向吴国华和钱兰。
两人眼中都闪着兴奋的光。