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    科学基金重大项目 我国对“先进电子制造中的重要科学技术问题研究”取得突出进展

    日期 2007-09-14   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

      本文提要:电子信息产业是关系国家利益和安全的基础性和战略性产业,成为世界电子制造强国是我国21世纪发展的战略目标,而西方国家严格限制最尖端的电子制造技术和装备向我国出口。从制造原理与工艺角度看电子器件制造属于半导体物理和材料科学等学科的研究范畴,但其中存在着大量机械学科的研究课题,而在我国电子制造与机械装备制造两个领域的研究相互脱节,不利于电子制造基础理论和关键技术的源头创新和跨越式发展。为此,国家自然科学基金委员会经反复调研和论证,于2002年底设立了重大项目“先进电子制造中的重要科学技术问题研究”,现已建立起了面向下一代先进电子制造的理论体系和原型系统,为我国电子制造业的发展提供科学基础,同时也为我国21世纪制造科学的发展开辟了新的发展方向。

      电子信息产业是关系国家利益和安全的基础性和战略性产业,成为世界电子制造强国是我国21世纪发展的战略目标,实现这一目标的关键是必须能自主地提供支撑电子产业持续发展的先进制造技术、工艺和装备。由于基础薄弱,我国电子制造水平与发达国家相比,存在很大差距,特别是在关键技术装备方面,缺乏自主研发能力,市场完全被国外所垄断,由于涉及国家安全和商业竞争,西方国家严格限制最尖端的电子制造技术和装备向我国出口。

      从制造原理与工艺角度看电子器件制造属于半导体物理和材料科学等学科的研究范畴,但其中存在着大量机械学科的研究课题,而在我国电子制造与机械装备制造两个领域的研究相互脱节,不利于电子制造基础理论和关键技术的源头创新和跨越式发展。为此,2001年底至2002年初,在有关院士专家的倡导下,国家自然科学基金委员会组织召开了多次研讨会,经反复调研和论证,于2002年底设立了重大项目“先进电子制造中的重要科学技术问题研究”。本着有限支持、重点突破的原则,将“超精抛光中纳米粒子行为和化学作用及平整化原理与技术”、“磁头、磁盘表面润滑规律和超薄保护膜的生长机理及技术”、“面向芯片封装的高加速度运动系统的精确定位和操纵”和“芯片封装界面制造过程多参数影响规律与控制”列为其中的四个重要研究课题,旨在针对硬盘驱动器(存储器)和IC(芯片级)制造中的关键科学问题开展基础理论和应用技术研究,建立起面向下一代先进电子制造的理论体系和原型系统,为我国电子制造业的发展提供科学基础,同时也为我国21世纪制造科学的发展开辟新的方向。项目由上海交通大学、清华大学、中南大学、大连理工大学、华中科技大学和北京航空航天大学联合承担。项目于2003年4月1日正式启动,经过四年的努力,于2007年8月14-15日在上海通过了由国家自然科学基金委员会组织的结题验收与评议。

      四年间,项目组围绕两大科学问题“相对运动表面间的原子、分子和纳米粒子行为”和“极限制造的复杂系统高精度协同运动规律与控制”开展了系统、深入的研究工作,取得了突出的理论和技术进展,主要创新性成果包括:

      (1)提出了一种纳米量级划痕深度和长度可控的单颗磨粒磨削研究方法,建立了硅片自旋转磨削的砂轮临界切深模型和实现延性域磨削的工艺规范,研究出了利用软磨料砂轮低损伤平整化磨削硅片的新工艺方法(Ra0.7nm,损伤层深度10nm),实现了300mm硅片磨削与化学机械抛光(CMP)的若干关键工艺和装备技术;

      (2)揭示了计算机磁盘和磁头超精密抛光的工艺规律,提出了专用抛光液的制备原理,优化了工艺参数,使磁盘和磁头的抛光表面粗糙度分别达到0.08nm和0.2nm;

      (3)成功地制备出抗湿特性优良、结合力强的磁头表面改性分子膜,提高了磁头的抗污染能力,使硬盘起动静摩擦力显著降低;

      (4)建立了磁过滤阴极弧沉积系统,并制备出厚度为2nm的超薄类金刚石碳(DLC)膜;使用微波-ECR等离子体增强沉积等技术在硅衬底上制备出厚度为2nm的SiNx薄膜和SiCN薄膜,均具备良好的抗腐蚀和抗磨损能力;

      (5)揭示了高加速度运动系统的宽频多模态复合运动特征,提出了摩擦补偿、干扰观测、重复学习等运动控制新算法;研制了四套高加速度运动系统,分别实现了8-15g加速度下±1m-±5m的定位精度;

      (6)提出了一种基于半透半反镜的飞行视觉定位原理及相应的摄像机标定、图像预处理和图像配准算法,实现了亚像素级的定位精度;构建了集成视觉定位、力控制和流量、温度控制的精密操作平台;

      (7)阐明了超声键合界面原子快速扩散机理与键合强度生成机制,研究了键合过程多参数对键合界面微观结构与强度的影响,揭示了键合界面的运动传递与超声能转换通道,发现了界面的“粘滑”运动特性,提出了变参数加载工艺;

      (8)研制出热超声倒装芯片键合机,开发了频率跟踪与功率自适应的超声发生与换能系统,实现了高键合强度的多点倒装芯片键合。

      项目实施期间,项目组开展了广泛的合作与交流,主办和协办国际国内学术会议13次,国际国内重要学术会议主题报告和特邀报告31人次。结合我国先进电子制造技术与工艺装备的自主研发,项目组与有关企业进行了产学研合作,研究成果初步应用于上海微电子装备有限公司、中微半导体有限公司等微电子企业,并有广阔的应用前景。

      该项目得到上海市科学技术委员会的联合资助,其中结合上海微电子装备公司承担的光刻机研制项目所开展的研究工作已于2007年4月通过了由国家自然科学基金委员会和上海市科委联合组织的结题验收。这种以国家重大需求为牵引,与地方政府联合资助、企业和高校联合承担基础性研究项目是一种创新模式,促进了国内电子制造交叉研究团队的形成。

      该项目拓展了传统的制造学科领域,促进了我国电子制造研究水平的提升,使电子制造成为了制造科学的一个重要组成部分。该项目的实施促进了中青年学术带头人的成长,培养了一批从事电子制造工艺及其装备研究的专门人才,建立了若干有实力的实验基地,形成了良好的电子制造学术研究环境。这将有力地推动我国电子制造技术的自主创新和电子信息产业的发展,同时为微纳制造和极端制造等重大研究方向的开展奠定了坚实的基础。




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