中年|化学系“技术宅”李宗杰，10余年聚焦光刻技术研发( 二 )
石英晶体元器件传统是用通过机械进行加工、研磨和切割 。 早在上世纪90年代 ， 日本就已有领先的光刻技术来切割出更轻薄的石英元器件 ， 但此技术一直在日本国内紧锁 ， 当时中国的石英晶片产量和质量相对落后 ， 但其间一直紧随国外步伐在这一领域加紧探索和发展 。
为了通过研发光刻技术针对石英晶体元器件进行改良创新 ， 李宗杰曾工作过的一家企业专门设立了微机电中心 。 “2011年左右 ， 当时在3G、4G的飞速发展下 ， 市场对更薄尺寸更小的晶片有大量需求 ， 但传统的机械研磨 ， 将晶片厚度磨到28微米就是极限 ， 我们必须探索研发出自己的光刻技术 ， 用化学方式将晶体腐蚀使其变得更薄 。 ”
然而想要成功研发出合适的试剂 ， 过程却困难重重 。 “虽然调配试剂做实验 ， 大概3到4天就能看到结果 ， 但要调配处正确且比例合适的试剂 ， 却需要千百次的尝试 。 ” 据李宗杰介绍 ， 石英晶体表面是抛光的 ， 但腐蚀表面是粗糙的 ， 粗糙会影响成品的电器特性 。
研发过程中的困难点在于如何找到合适的配方 ， 使腐蚀面变平滑 。 “化学品有表面张力 ， 晶片表面一般腐蚀 ， 会沾在表面作反应 。 由于小分子之间有间隙 ， 腐蚀后会凹凸不平 。 ”李宗杰说 ， 需要调配出能够让腐蚀液摊平的试剂 ， 让表面张力降低 ， 但由于腐蚀越久对晶体表面越不好 ， 因此需要通过温度上升让腐蚀时间变短 。 在随后的几年间 ， 他一直在尝试调配出能够承受高温的化学溶剂 ， 以免在腐蚀过程中溶剂因受热而挥发掉 。
研发期间 ， 李宗杰除了每天不断搭配试剂进行测试 ， 还找了许多海外行业资深顾问老师进行请教 ， 但始终没能做出成功的试验试剂 。
“最后我还是利用化学理论 ， 通过一个一个试剂测试 ， 才成功研制出最后的配方 。 ”经过两年多的反复试验 ， 李宗杰终于成功研发出让腐蚀面变平滑的化学试剂 ， 突破光刻技术壁垒 。
本文插图
提高5G石英晶片量产良率
“就wifi而言 ， 你可以想象 ， 现在传递的信息一定会越来越大 ， 文字、图片、视频 。 以信号传输的数据量如今越来越庞大 ， 需要通过继续成功量产出更薄的石英晶片来匹配未来趋势 。 ”李宗杰表示 ， 在取得原始的光刻制成技术专利后 ， 下一个难点就在于针对更轻薄小尺寸的石英元器件 ， 进行成功的量产及提高良率 ， 这也是他在成功研发原始光刻技术之后 ， 聚焦研究的技术部分 。
2019年初 ， 5G市场发展趋势向好 ， 李宗杰计划辞职后凭借经验积累与朋友们合伙创业 ， 利用光刻技术研发量产5G类石英晶片 。 偶然间 ， 李宗杰通过相关人搭桥与惠伦公司取得联系 。
经过十几年的积累和发展 ， 惠伦公司建立了先进的技术研发体系和高效的生产体系 ， 具备了较强的产品自主研发和技术创新能力 ， 拥有30余项发明专利、实用新型专利 ， 在晶片设计加工环节更是拥有核心竞争力 。
考虑到惠伦公司不仅对5G类晶片生产有明确的计划 ， 而且还有丰富的技术资源 ， 李宗杰决定加入惠伦公司 ， 在更大的舞台上继续提升和发挥好自己的价值 。
“中国十分重视5G技术发展 ， 市场的前景广大 。 ”不过李宗杰坦言 ， 目前国内在石英晶片光刻制程中 ， 曝光显影工艺、设备与腐蚀配方等关键技术仍无法突破国外技术的封锁 ， 因此造成国内仅能通过外购石英频率组件来发展5G通讯相关产品 。
对于李宗杰来说 ， 把石英晶片做薄匹配5G相关产品已不再是难点 ， 重点是研究如何在量产过程中提高良率 。
在过去 ， 因为工业产品体积大 ， 晶片尺寸也较大 ， 因此晶片可靠机械研磨加工后 ， 进行电极镀膜 。 随着石英晶体小型化 ， 在镀膜制程环节开始产生问题:在大晶片尺寸下的镀膜偏差 ， 影响较小 ， 对温度曲线变化不大；随着小型化尺寸崛起 ， 小晶片镀电极时的偏移公差会造成温度曲线集中度大幅下降 ， 导致良率不佳 。
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