沾着咖啡渍的晶圆:一个接地气的企业技术故事
去年9月,我在南京溧水的工业园跑项目,跟着师兄蹭进一家做汽车压力传感器的厂子。进门就撞见一出怪事。
五十多岁的总工老王蹲在操作间角落的地上,膝盖上铺着一块沾了灰的无尘布,手里攥着放大镜对着半片晶圆揉眼睛,脚边翻倒的冰美式洒了半滩,棕色的水渍顺着水泥缝流出去老远。他抬头跟我们打招呼,手指上还沾着淡棕色的咖啡印。那时候我还不知道,这滩咖啡就是他们厂子整个技术故事的起点。
没人当回事的小气泡,卡了整整三年
做车规级MEMS压力传感器,先给不懂行的朋友讲明白核心:MEMS就是微机电系统,简单说就是把整个传感器做在指甲盖十分之一大小的硅片上。核心一步,是把两层硅晶圆键合在一起——说白了就是焊牢,中间抽真空做出一个敏感腔,芯片测压力全靠这个空腔的形变。
老王他们刚从研究院出来创业,买不起全新的进口设备,淘了一台八成新的二手键合机,工艺跟着公开资料走,以为就能开干。结果做出来的片子,十个里三个废。废的原因全一样:键合面藏了针尖大的小气泡,真空腔漏了,整个芯片直接报废。
MEMS晶圆键合气泡缺陷显微镜实拍图
找了国内好多高校的专家来看,都说你这设备精度不够,换新一代进口键合机啊,千万起步,包你良率上去。那时候厂子账上的钱够发半年工资,哪拿得出千万买设备?老王不死心,带着两个刚毕业的小伙子自己瞎试。
试了超纯水反复洗三遍,试了等离子体刻蚀改表面粗糙度,甚至连无尘间的湿度都从40%一步步调到了25%,把人干得鼻子流血。良率还是卡在70%晃悠。就是没搞定。
半杯咖啡蹭出来的技术路线
转折点就是那杯打翻的冰美式。那年夏天,南京的三伏天,无尘间的空调坏了一台,老王改试片改到凌晨两点,热得浑身汗,拿冰咖啡喝,手滑直接翻在了试片架上,一块待键合的试片侧面蹭上了一大块咖啡渍。
那时候一片试片成本也得小几十,老王心疼,舍不得扔,想着蹭在边缘不影响核心区,凑合用吧,就进炉键合了。结果出来一测,这块试片不仅没坏,整个键合面一个气泡都没有。那天整炉的试片,良率居然比平时高了一半。
谁也没往咖啡上想,连着测了三天,换了十多片试片反复蹭咖啡,才确认真的是咖啡的作用。咖啡里带的植物油,在硅片表面印出了一层断断续续的疏水纹路,键合加热加压的时候,空气顺着没有预先键合的疏水纹路一点点排出去,根本不会困在里面形成气泡。
原来之前所有人做键合,都默认硅片整个表面必须百分百亲水,才能粘得牢,保证真空度,谁都不敢留一块疏水的区域,怕粘不牢漏真空。结果呢,全亲水表面,空气排不出去,刚好就困出了气泡,成了卡死所有人的坑。
南京民营传感器厂车间手工调试设备图
老王他们顺着这个思路快速迭代:一开始用马克笔手绘疏水线,精度不够还留杂质,后来淘了个旧的喷墨打印头,改了改装在进料口,用可降解的疏水墨,提前在硅片表面印出微米级的排气纹路,键合完加热,油墨全分解烧掉了,一点残留都没有。
整个改装加起来,花了不到一万五千块钱。改完之后,良率直接从不到70%冲到了95%以上。我在老王的办公室翻他们的专利,第一页背景描述里明明白白写着:意外获得咖啡渍启发,发明了局部疏水排气键合工艺。
说实话我看完笑半天,又有点鼻子发酸。好多人眼里企业搞技术,就得是落地窗的百级实验室,院士带队,几个亿经费砸进去,出来就是震撼世界的成果。其实不是,好多真能解决问题的技术,就是这么蹭出来,试出来,熬出来的。
真的企业技术故事,从来都不完美
真的企业技术故事,从来都不完美
不过话说回来,这个工艺也不是什么万能神药。它只适合八寸及以下的晶圆,做大尺寸的晶圆,纹路的精度控制不住,排气均匀度达不到要求,还是得用进口的先进设备。
但是你往细了想,这个厂子做的是十几万到几十万级的年产能,针对的是商用车和平价代步电动车的传感器市场,要的就是低成本、快交付,还能按需改参数,这个一万五千块改出来的工艺,刚好掐中了他们的需求。现在他们的传感器卖三十多块钱一片,原来进口同性能的要一百多,好多整车厂都主动上门找合作。
我见过太多企业讲自己的技术故事,上来就是全自研、领先,全是漂亮话,半点不提自己踩过的坑,碰过的狗屎运,解决的是哪个不起眼的小问题。好像不说得高大上,就不配叫技术。
老王跟我讲,现在好多人来参观,问他怎么想到这个方向,能不能把工艺卖出去,或者合伙搞大项目。他都摇头,说不卖。这个工艺是跟厂子这帮人绑在一起的,换个地方,没人天天蹲在操作间对着废片调油墨浓度,调纹路间距,给你全套参数你也做不出稳定的良率。
上个月老王给我发微信,说现在又卡在车规级的低温温漂问题上,实验室堆了快三千片废片,前阵子调试设备,刚泡的热茶又打翻了,洒了半盘试片,现在正一片一片测呢,没准这次又能撞出什么名堂。
你看,这才是活生生的企业技术故事。没有发布会PPT上漂漂亮亮的参数,没有动不动就改变世界的口号,就是一群认死理的人,对着一个没人愿意花时间碰的小问题,蹲在地上,熬着,挨着,没准一杯不小心打翻的咖啡,就能给你指一条谁也没想到的新路。