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第349章 微波與微電

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第二天清晨,呂辰三人吃過早飯,在校門口與鄭老師彙合。

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,1958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,上麵佈滿了旋鈕、表頭、指示燈和示波器螢幕。

房間中央是幾張寬大的實驗台,上麵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;也有自製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。

鄭老師走到一台示波器前,開啟電源。

綠色的掃描線亮起,有些抖動,但很快穩定下來。

“這台示波器是1955年產的,頻寬隻有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係統的除錯,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。”鄭老師從實驗台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,加工是委托成都前鋒無線電儀器廠做的。鋁材切削、表麵鍍銀、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,證明瞭他們在高頻機械設計和精密加工方麵有深厚的積累。

鄭老師領著三人來到實驗室裡側的一個工作台。

台上擺放著一套複雜的測試係統,微波訊號源通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,裡麵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2.3-2.5GHz,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0.5mm線長,駐波比變化0.1;並聯電容從0.5pF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,2.4GHz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,“這是為了抑製映象頻率乾擾。我們在這個頻段有個很強的乾擾源,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麵,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,一側是幾台圓柱形的真空鍍膜機,銀白色的腔體上佈滿了觀察窗、電極介麵和真空計介麵;另一側是幾個真空試驗艙,艙門厚實,配有雙層玻璃觀察窗;中間是控製檯,上麵密密麻麻的儀表、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台鍍膜機。

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、錢蘭同誌。”鄭老師介紹,“這位是李昱才老師,咱們真空實驗室的元老,從**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,特彆是在高頻器件封裝方麵,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,看看我們這台老傢夥。”

他帶眾人走到那台真空鍍膜機前:“這台是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。”

他開啟控製櫃的門,裡麵是令人眼花繚亂的繼電器、定時器、電壓電流表:“全手動控製,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,控製加熱電流。”

吳國華仔細看著有些褪色的標簽:“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、係統有微漏……”

“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,全憑經驗控製。”

呂辰翻開操作檯上的厚厚日誌,上麵記錄著每次實驗的引數、現象、結果。

隨便開啟一頁:1962年3月17日,樣品編號VT-312,鍍金膜。真空度5.6×10^-6托,基片溫度150℃,鎢絲電流85A,蒸發時間3分20秒。膜厚約800?(用多光束乾涉儀測量),均勻性±15%,附著力良好(膠帶測試通過)……”

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,你們測量膜厚用什麼方法?”呂辰問。

李工從抽屜裡拿出一套光學器件:“這是自製的多光束乾涉儀,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乾涉條紋。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、環境可靠性測試平台。

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,還有微電子係的王主任,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:“歡迎三位同誌,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。呂辰同誌,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隻能達到1MHz左右,這嚴重限製了應用範圍。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,這就是我們麵臨的核心瓶頸,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

高頻整合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,隻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,冇想到還不到一年,星河計劃就已經深入到如此地步。”

他轉向其他老師:“各位,有什麼問題,可以直接問。”

王振華老師第一個發言:“呂辰同誌,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、減小結麵積、優化摻雜分佈等方法,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,可能需要砷化镓或其他化合物半導體。”

“砷化镓我們有一些研究。”材料實驗室的孫教授說,“我們實驗室能拉製直徑2英寸的砷化镓單晶,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麵鈍化問題冇解決。”

“這正是我們可以合作的方向。”呂辰說,“‘星河計劃’有完整的平麵工藝線,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镓器件,共同摸索工藝條件。”

孫教授眼睛一亮:“這個思路好!我們以前隻能做材料表征,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:“高頻封裝方麵,你們有什麼具體設想?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(FlipChip)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麵有基礎,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、探針台等昂貴裝置……”

……

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:“呂辰同誌,我原則上同意成電加入‘星河計劃’,在高頻整合電路領域開展全麵合作。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;四是高頻整合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。整合電路是新興領域,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。”

“我們正在編寫整合電路設計教材。”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,還有什麼補充?”

王振華老師舉手:“我建議,以聯合實驗室的名義,申請國家級高頻整合電路重點課題。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:“合作不能隻停留在科研層麵,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:“呂辰同誌,我現在正式代表成電微電子係,表達加入‘星河計劃’的意願。我們將以高頻整合電路為核心方向,全力支援國家整合電路產業發展。”

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。如果北京方麵同意,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麵的積累,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整合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,人才培養機製健全。”

“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。

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