八十年代末，筆者有幸供職于壓力傳感器研究所，這是我國(guó)第一個(gè)國(guó)產(chǎn)化擴(kuò)散硅壓力傳感器專業(yè)化研究所，成立于1970年，中國(guó)第一只國(guó)產(chǎn)化壓力傳感器誕生地。它座落于秦嶺北麓的寶雞市，對(duì)外宣稱寶雞秦嶺晶體管廠，也是當(dāng)時(shí)的信箱單位。
研究所的建立主要服務(wù)于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的各項(xiàng)參數(shù)采集。當(dāng)時(shí)我們國(guó)家有兩項(xiàng)重要科研任務(wù)：第一是衛(wèi)星上天，第二是給原子彈安腿。這兩項(xiàng)技術(shù)都離不開火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)載，所以國(guó)家的支持力度很大，要人給人，要錢給錢。
東方紅衛(wèi)星發(fā)射參與了，且受到了國(guó)防科工委的通令嘉獎(jiǎng)。這里要注意的是參與了，而不是安裝在衛(wèi)星上上了天。誰(shuí)都知道上天不是好玩的，一旦有問(wèn)題派哪個(gè)上去排除故障呢？至于用了哪家的筆者也不知道，也不敢打聽，這種單位都很懂規(guī)矩，但肯定是國(guó)外的。通過(guò)一些愛國(guó)商人(雖說(shuō)是愛國(guó)商人，但能幫你已經(jīng)很不錯(cuò)了，利潤(rùn)可是不能少)從秘密渠道花了不知高于市場(chǎng)價(jià)格多少倍的資金，把國(guó)外秘密購(gòu)回來(lái)。有風(fēng)險(xiǎn)的，山姆大叔霸道慣了，不好得罪。
寶雞傳感器研究所當(dāng)時(shí)生產(chǎn)用的光刻機(jī)是上海生產(chǎn)的，1972年自行研制成功，那時(shí)荷蘭光刻機(jī)巨頭ASML還沒(méi)誕生！
1972年用于擴(kuò)散硅壓力傳感器生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)
以下圖片源自寶雞市秦明傳感器有限公司網(wǎng)站
主生產(chǎn)研發(fā)的擴(kuò)散硅壓力傳感器芯片CYG01，主要用于中量程，直徑約10.5-10.8mm
用于01芯片外封的01型傳感器殼體
說(shuō)到壓力傳感器，就不得不提到一個(gè)叫斯密斯的英國(guó)人。就是他發(fā)現(xiàn)了擴(kuò)散硅材料的壓阻效應(yīng)，為了壓力傳感器的生產(chǎn)奠定了理論基礎(chǔ)。而說(shuō)到擴(kuò)散硅壓力傳感器，不得不說(shuō)到惠斯通電橋，這個(gè)被簡(jiǎn)單的描述成幾個(gè)電阻的東西，從事壓力傳感器行業(yè)的年輕人都知道，但是沒(méi)有幾個(gè)人能夠真正一睹它的廬山真面目。
當(dāng)時(shí)我國(guó)生產(chǎn)擴(kuò)散硅壓力傳感器的企業(yè)很少，沈陽(yáng)的沈X所，西安的驪山XXX公司和我們寶雞104信箱(當(dāng)時(shí)處于保密需要對(duì)外宣稱的寶雞秦嶺傳感器廠，實(shí)際上名稱為寶雞傳感器研究所)是當(dāng)時(shí)為數(shù)很少的幾家。強(qiáng)大的市場(chǎng)需求保證了企業(yè)的巨大利潤(rùn)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)。用于生產(chǎn)的去粒子水價(jià)格和牛奶差不多。但有強(qiáng)大的市場(chǎng)和價(jià)格作為保障完全沒(méi)有問(wèn)題，這種狀況延續(xù)多年。
九十年代初，隨著改革開放的深入，各種信息都告訴我們，這種原始的生產(chǎn)方式必然會(huì)受到嚴(yán)峻的考驗(yàn)。那時(shí)國(guó)外已經(jīng)大量的生產(chǎn)大直徑的晶圓產(chǎn)品了，相比我們來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)效率及工藝技術(shù)領(lǐng)先了不少。
晶圓
這種用于生產(chǎn)壓力傳感器的晶圓每個(gè)芯片僅約1mm見方，每個(gè)晶圓可生產(chǎn)的芯片約百十片。顯然生產(chǎn)效率極高，能有效的降低成本。我們生產(chǎn)的芯片是一個(gè)一個(gè)的生產(chǎn)出來(lái)的。生產(chǎn)工藝相對(duì)落后很多，且有很多不確定因素難以控制，顯然在質(zhì)量保證上也無(wú)法與之抗衡。
然而要實(shí)現(xiàn)大片晶圓的生產(chǎn)，第一個(gè)面臨的難題就是在哪里找高質(zhì)量光刻機(jī)？國(guó)產(chǎn)的光刻機(jī)顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。然而國(guó)外的高端光刻機(jī)有錢也不賣給你，國(guó)家也意識(shí)到了這個(gè)問(wèn)題?！鞍宋濉奔啊熬盼濉庇?jì)劃中也有這樣的項(xiàng)目，且撥發(fā)了足夠的專項(xiàng)資金。
通過(guò)多方努力，終于傳來(lái)了好消息 ，我國(guó)甘肅平?jīng)鍪械囊患臆姽挝辉诙喾脚ο?，終于訂購(gòu)到了一臺(tái)較為先進(jìn)的光刻機(jī)。但遺憾的是由于不是公開訂購(gòu)，只能購(gòu)回散件自行裝配。即使是散件，其價(jià)格也達(dá)到六十多萬(wàn)元之多。九十年代初的60萬(wàn)元，可想而知，再加上配套的除濕凈化及真空吸附等設(shè)備，付出高于百萬(wàn)元。訂購(gòu)過(guò)程比較復(fù)雜，歷時(shí)半年之后，這臺(tái)光刻機(jī)才輾轉(zhuǎn)到了單位，包裝得很好。
單位很是重視，這么貴重的設(shè)備不是每個(gè)人都讓上手的，專門培養(yǎng)兩名操作者，筆者和另外一名女員工被有幸選中。負(fù)責(zé)安裝的平?jīng)鍪袑?duì)口單位也很重視，生產(chǎn)裝配能手及總工還有西安電子科技大學(xué)(當(dāng)時(shí)的西軍電)的幾位相關(guān)專業(yè)的教授也來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)，大家一起在專門的光刻間里摸爬滾打。
那時(shí)沒(méi)有電梯，全靠人力用肩扛手抬把它搞到了二樓的操作間。光刻機(jī)的趨形已現(xiàn)的時(shí)候，筆者驚奇地發(fā)現(xiàn)上面的顯微鏡頭是平行的，上下可調(diào)，完全不受操作者的坐姿身高影響。和當(dāng)時(shí)通用顯微鏡頭的方向完全不一樣，這樣平行的鏡頭如何能看到位于下端的光刻掩模板呢？后來(lái)才發(fā)現(xiàn)，原來(lái)是光纖連接的。我仔細(xì)的觀察了一下光纖，上面有日文字樣，應(yīng)該是日本生產(chǎn)的。顯微鏡頭的清晰度顯然比國(guó)產(chǎn)的要高很多，且背光為綠色，比原來(lái)紅色的背光更能讓眼睛不易疲勞。
平?jīng)鰡挝坏耐疽挂岳^日地對(duì)照著圖紙小心裝配，一絲都不馬虎。歷時(shí)一月左右終于安裝完成，就等我們驗(yàn)收了。
這臺(tái)光刻機(jī)的制造單位至今我都沒(méi)有搞清楚，所有相關(guān)的信息都被有意地抹去了，屬于程序控制的半自動(dòng)設(shè)備。雙面光刻，上下鏡頭可切換，把晶圓片放在固定的平臺(tái)上由機(jī)械手真空吸附抓取，然后自動(dòng)放在光刻掩模板下，由操作工將圖形稍作調(diào)整再按自動(dòng)鍵進(jìn)入下一步流程。
但不久大家就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)較為致命的問(wèn)題，機(jī)械手每次的放置位置差異太大，給近百個(gè)圖形的校對(duì)造成很大的麻煩。有時(shí)一天也校對(duì)不了一片，且校對(duì)好了一片，下一片放置的位置又和上次不一樣。這樣的效率顯然無(wú)法正常使用。
平?jīng)鰡挝坏耐疽辉俚夭檎覇?wèn)題，最后一致表示，還是裝配工藝的問(wèn)題。但具體問(wèn)題在什么地方，無(wú)法查清，有一點(diǎn)很明確，平?jīng)鰡挝辉趪?guó)外學(xué)習(xí)的人員反映原裝的設(shè)備在工作時(shí)，機(jī)械手的工作是正常的。
裝配歷時(shí)一月有余，調(diào)整兩月未果，由此雙方單位也出現(xiàn)了嫌隙。無(wú)法正常使用，還大量的占用了人力和資源，驗(yàn)收不合格無(wú)法付費(fèi)，平?jīng)鰡挝坏乃懈冻鲆哺吨畺|流。各種辦法都想盡了，設(shè)備依然如此。
時(shí)間消退了起初的熱情，最后平?jīng)鰡挝怀坊厝咳藛T說(shuō)是回去再研究一下。直到半年之后又來(lái)了一位總工拍板宣布：裝配工藝無(wú)法滿足要求，問(wèn)題無(wú)法解決。兩月之后，平?jīng)鰡挝粚⒃O(shè)備拆卸打包運(yùn)回。至于如何處理不得而知。
約兩年之后，國(guó)外芯體大量涌入敞開了的國(guó)家大門。最早的瑞士KELLER，然后是精量，還有摩托羅拉等，都想從中國(guó)的市場(chǎng)中分得一杯羹。起初的價(jià)格約一千多元人民幣，隨著國(guó)產(chǎn)芯體的出現(xiàn)價(jià)格逐漸回落，直到現(xiàn)在價(jià)格已相差無(wú)幾。從實(shí)際出發(fā)來(lái)說(shuō)，寶雞傳感器研究所的傳感器芯體質(zhì)量還是較國(guó)外有很大差距。首先在芯片質(zhì)量上，再者就是工藝所造成的差距。
再后來(lái)受到做不如買的思想影響，國(guó)家在此方面沒(méi)有什么立項(xiàng)和投入，這次光刻機(jī)的購(gòu)買成為悲壯的收官之作。
隨著市場(chǎng)的逐漸擴(kuò)大，越來(lái)越多的企業(yè)加入到這個(gè)行業(yè)中去，然而不難發(fā)現(xiàn)高端市場(chǎng)已被EJA橫河、 ROSEMOUNT、Honeywell等這些外資企業(yè)有條不紊刮分，游走于中低端市場(chǎng)的本土企業(yè)爭(zhēng)得頭破血流。
現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)壓力傳感器芯體的企業(yè)，能代表核心技術(shù)的壓力硅片基本全部來(lái)自于國(guó)外。也有一些有實(shí)力的企業(yè)在這方面作出過(guò)努力，生產(chǎn)出壓力晶圓，但質(zhì)量上和國(guó)外的還是有一定的差距，多用于低端產(chǎn)品。我們?cè)谶@方面還有很長(zhǎng)的路要走！
無(wú)論是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)還是光刻機(jī)生產(chǎn)技術(shù)，他們所涵蓋的技術(shù)層面不知有多少，任何一點(diǎn)或一面的瓶頸都會(huì)形成很大的制約。從前寶雞傳感器研究所曾自豪地說(shuō)我們的優(yōu)勢(shì)是研發(fā)，然而現(xiàn)在只能說(shuō)我們的優(yōu)勢(shì)是應(yīng)用，因?yàn)閷?duì)生產(chǎn)工藝技術(shù)的了解，所以比別人更能用的好，因?yàn)楫a(chǎn)品的核心技術(shù)被別人所把持還談什么研發(fā)。
甚是遺憾，當(dāng)年的那次購(gòu)買以失敗而告終，如果真的成功了，筆者可能成為中國(guó)操作先進(jìn)光刻機(jī)的第一人，更重要的是寶雞傳感器研究所的傳感器生產(chǎn)水平會(huì)邁進(jìn)一步。
作者：馬向宇，1990年進(jìn)入寶雞秦嶺晶體管廠工作，1991年供職于寶雞傳感器研究所光刻室，先后從事光刻總裝等生產(chǎn)和技術(shù)管理工作。以三十多年的親身經(jīng)歷見證了國(guó)產(chǎn)化壓力傳感器的風(fēng)雨發(fā)展歷程。
