他們讓壓力監(jiān)測更精準

——走近中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院高精度壓力傳感器團隊

科技日報記者 陸成寬 何沛蓯 李忠明 冷文生 李 坤

2月13日，大年初四。平時人來人往的中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院（以下簡稱“空天院”）中關村園區(qū)，今天格外寧靜。在萬家團圓的新春佳節(jié)，邢艷榮一大早就來到實驗室，忙起芯片加工工作。

邢艷榮是空天院高精度壓力傳感器團隊的實驗師。這個春節(jié)假期，她和同事們都必須“泡”在實驗室超凈間里，加班加點完成壓力傳感器芯片生產任務。

“春節(jié)前夕，我國中東部地區(qū)出現(xiàn)大范圍持續(xù)性雨雪冰凍天氣，各地氣象部門緊急采購便攜式自動氣象站、微智自動氣象站等。我們團隊需要加班值守，以確保氣象壓力傳感器芯片順利生產交付。”空天院研究員、高精度壓力傳感器團隊負責人王軍波告訴科技日報記者。

一個月生產近6000枚芯片

穿上潔凈服、戴上防護帽和膠皮手套，在風淋間“吹風”除塵后，記者跟隨邢艷榮來到實驗室壓力傳感器芯片生產超凈間。

在這里，伴隨著各種高精密儀器發(fā)出的嗡鳴聲，邢艷榮和同事們開始在光刻機上作業(yè)。光刻是制造芯片的關鍵步驟，邢艷榮將硅晶圓放到機器的凹槽內，設備啟動后就會按照事先設計好的工藝參數(shù)進行光刻。

光刻的結果并不會第一時間顯現(xiàn)，要檢驗光刻的成效，還有一個關鍵環(huán)節(jié)——顯影。“這就是顯影液，就像以前洗照片一樣。格子里面是眼睛能看到的彩紋，這個彩紋沒有了，顯影也就結束了。”邢艷榮邊操作邊給記者講解。

邢艷榮是兩個孩子的媽媽，老大讀初三，正值中考關鍵期。對于春節(jié)加班，她沒有任何抱怨。

“不光是我，我的同事們也很辛苦。比如，住在燕郊的同事晚上都回不了家，因為趕不上最晚的大巴，只能在辦公室休息一下。”邢艷榮說，“大家都想盡快完成壓力傳感器芯片生產任務，確保訂單能夠按時交付。”

從晶圓到最終的芯片成片，要經過清洗、光刻、顯影、刻蝕等多個步驟。邢艷榮和同事們一個星期要加工8—10片晶圓，一個月要生產近6000枚高精度壓力傳感器芯片。

壓力傳感器是一種能夠測量壓力大小并將其轉換成可測電信號的器件或裝置。高精度壓力傳感器是航空航天、工業(yè)控制高端裝備的核心器件。

“芯片是壓力傳感器的核心，芯片的加工水平是壓力傳感器高精度的重要保障。壓力傳感器的精度決定了工業(yè)測控的精度，比如在氣象領域，高精度壓力傳感器可以更為準確地預測天氣的變化。”空天院研究員、高精度壓力傳感器團隊技術負責人陳德勇說。

為國家需求義不容辭

以前，我國的高精度壓力傳感器幾乎全部依靠進口。空天院高精度壓力傳感器團隊用了數(shù)十年的時間，不僅實現(xiàn)了核心部件的國產化，沖破了層層技術壁壘，還將壓力傳感器的精度提高到了萬分之一。

“這意味著，如果一架飛機在萬米高空中飛行，萬分之一精度的壓力傳感器誤差僅在1米以內。”王軍波說，萬分之一精度的壓力傳感器是壓力傳感器皇冠上的明珠，是我國必須牢牢掌握在自己手中的關鍵核心技術。

“壓力傳感器本身是受溫度影響的，溫度快速變化的時候，傳感器不一定能跟得上溫度的變化。我們現(xiàn)在做的傳感器用了兩個諧振器，這兩個諧振器放的位置很近，對溫度變化的反應是幾乎一致的。我們通過這種差分的方法，可以大大減少溫度跟隨誤差。在這一點上，國外是沒有的。”陳德勇對自己設計的產品充滿自信。

作為團隊技術負責人，陳德勇已經在壓力傳感器領域持續(xù)攻關近30年，先后研制出三大類不同工作機理的十余種傳感器產品，并解決了應用過程中出現(xiàn)的一系列工程化問題和批量化制造難題。

“放假這些天，我一直都在值班，因為生產線不能停，要保證生產設備正常工作。我每天都來巡檢，看看水、電、氣是不是正常工作。”王軍波認為，犧牲假期為滿足國家需求而工作義不容辭。