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芯片的提升沒你想的那麼快

圖文 更新时间:2025-01-25 13:35:22

好人檔案:

林曉玲,工業和信息化部電子第五研究所正高級工程師,她在高端芯片的缺陷定位、物理分析等方面取得一系列國際領先的原創性成果,為探月工程、北鬥衛星等重大工程做出關鍵貢獻。她自主研發的倒裝芯片背面減薄技術,直接應用于衆多的重大工程中,為“嫦娥”衛星和“玉兔”車等設備的可靠運行保駕護航。

多年來,林曉玲團隊先後榮獲“中國電子信息科技創新團隊獎”、全國“五一巾帼标兵崗”、“巾帼文明崗”等榮譽。林曉玲個人先後榮獲 “廣東省三八紅旗手”、“廣東省五一勞動獎章”、 “全國先進工作者”等表彰。今年6月,她榮獲2022年第一季度“廣東好人”稱号。

芯片的提升沒你想的那麼快(發現芯片疑難雜症)1

工業和信息化部電子第五研究所正高級工程師林曉玲。(受訪者供圖)

一塊隻有指甲大小的芯片,承載着上百億個納米級的晶體管,構建出如同摩天大廈一般精密而複雜的結構,這一切令林曉玲着迷。“簡直是歎為觀止,有時會感到抓狂,這到底是怎麼做出來的。”

林曉玲專注芯片可靠性與失效分析研究已經18年。累計發表SCI/EI論文30餘篇,獲發明專利授權11件,自主研發失效分析相關軟件6套并成功推向市場;先後承擔及參與國家重大項目、省重點領域研究計劃等課題近30項,研究成果榮獲“省部級科學技術進步獎一等獎/二等獎”……科研成果豐碩,然而每一次進入實驗室,芯片技術發展帶來的新工藝、新問題,仍然使她興緻高漲地想要一探究竟。

自主研發芯片背面減薄技術

為“嫦娥”衛星運行保駕護航

“我的工作有點像醫生,各種電子元器件是檢查診斷的對象,找到電子元器件出現瑕疵、缺陷和故障的部位,然後分析原因,解決問題,預防和減少器件失效。”小到家電、汽車,大至飛機、火箭,電子元器件的應用無處不在,這是林曉玲感興趣的領域,從本科到博士深造,她學習的領域一直是微電子學與固體電子學專業。進入研究所工作後,芯片質量和可靠性成為她主攻的探索方向。

“芯片是所有電子元器件中集成度最高、複雜度最大的,所以找出芯片的缺陷,難度也是最大的。”林曉玲向記者描述她眼中的芯片世界。一塊芯片上往往集成着上億甚至上百億個納米級的晶體管,晶體管通過若幹端口和金屬互連線連接,端口之間的距離隻有幾到幾十納米,所有互連線疊加起來形成一個十幾層的結構,理論上要用上萬倍甚至近百萬倍的顯微鏡才能觀測清楚。

做芯片缺陷定位分析,就好比在茫茫大海裡尋找一個晶體管,或者一根線路。為了精準分析芯片的問題,需要綜合應用失效定位、樣品制備、微觀分析,成分分析、失效預防等成體系的專業技術方法。

芯片的提升沒你想的那麼快(發現芯片疑難雜症)2

林曉玲和同事在實驗室。(受訪者供圖)

入職不久,林曉玲就碰到了新型倒裝芯片的失效分析技術難題。要想實現倒裝芯片的缺陷定位,必須将不到1毫米的芯片研磨到紅外光可透過的200微米左右厚度(注:1毫米=1000微米)。

但又薄又脆的芯片經不起幾下打磨,就裂開碎掉了。為了解決這個難題,林曉玲四處查閱文件資料,請教相關領域專家,通過一遍遍摸索,終于把倒裝芯片順利減薄到了最佳厚度,同時保持減薄前後芯片的電性能不變。

芯片減薄的行業标杆在林曉玲團隊的集智攻關下不斷被刷新,他們自主研發的超大規模倒裝封裝高精度、微米級芯片精确減薄技術,為“嫦娥”衛星和“玉兔”車的可靠運行保駕護航。

“芯片減薄技術可以把芯片削薄到30—200微米以内,從而在地面抗輻射實驗中可以測量評估出芯片的抗輻射水平,使實驗更加準确、可信。”林曉玲向記者解釋,衛星探測器裝載了芯片等大量電子元器件,在太空中會面臨太陽粒子、宇宙射線等的輻射,可能會導緻衛星出現數據丢失、功能受損等問題。所以必須在地面對芯片進行抗輻射能力的評估實驗,通過施加各種射線在芯片上,記錄觀測性能的變化,為芯片的抗輻射加固提供實驗支撐。

打球中場休息也可讀文獻

科學探索之路永無止境

“慢慢來,不要急,先确認清楚。”每次接手重大工程開始做實驗前,林曉玲都會這樣提醒團隊成員。“一塊一厘米乘一厘米的芯片,根據分析需求,有時是把厚度削減到1/10去做缺陷定位,有時是滴幾滴腐蝕液對芯片進行局部去層處理,這個過程是很緊張的,有時一個傾斜角度不對就會導緻失敗,必須慎之又慎。”

高度專注,腳踏實地,是林曉玲對待科研一貫的态度。每進行一項技術攻關前,她都要帶領團隊成員查閱國内外文獻了解前沿技術,開會讨論進行頭腦風暴,請教同行前輩,最後形成方案。

“無論在哪裡,隻要我能動腦,就可以一直思考。”林曉玲喜歡各種運動,每次去球場,她都随身帶上文獻,中場休息對她來說是絕佳的讀文獻時間。晚上或者周末,她吭哧吭哧地計算完兒子初中的數學難題後,就坐在一旁繼續讀文獻,了解業界動态。

“走路可以想問題,吃飯也可以想,坐一兩小時的班車通勤時也可以想,每次想到什麼及時記下來。有時半夜夢醒,白天困擾的問題突然有了思路,一定要起床把它寫下來,不然睡不着了。”

林曉玲熱愛科研事業,十年如一日。有時放假輕松了,她反而感覺渾身不對勁。“好像有點虛度光陰,還是保持忙碌的狀态感覺踏實些。”

林曉玲有集郵的興趣愛好,郵票和芯片在她眼裡很相似,“方寸之間,有很大很豐富的世界。” 芯片技術在不斷發展,她認為自己的工作永遠是發現問題,解決問題。

出現新材料、新工藝、新結構,芯片可靠性和失效分析技術要同步更新;針對一種結構的技術研發出來後,就應該馬上着手另外一種結構的技術研發。“技術儲備越多越好,不斷探索,為芯片事業出力。”她感歎這份事業的魅力所在,“這真的很好。”

采寫:南都記者 王瑜玲

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