第519章 铁树开花（1/2）
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时间又过了一个多月。
十二月的京城，天已经冷透了。
6305厂设备中心的大车间里，暖气管道沿着墙根蜿蜒，发出嘶嘶的声响，铁皮散热片烤得人脸发烫，但离散热片远一点的地方，寒气就从水泥地面往上渗，钻进脚底板，顺着小腿一路爬到膝盖。
吕辰站在一台墨绿色的机器前面，手里拿着一支手电筒，弯腰照着键合头底部的陶瓷劈刀。
手电筒的光束在劈刀尖端聚成一个亮斑，他眯着眼睛看了几秒，然后用镊子轻轻拨了拨劈刀边缘，那里有一道细如发丝的裂纹，在强光下隐约可见，不仔细看根本发现不了。
“又裂了。”他把手电筒关掉，直起腰，把镊子放回工具盘里。
诸葛彪蹲在机器侧面，面前摊着一个工具箱，扳手、螺丝刀、万用表散了一地。
他正拧着送线机构上一个螺丝，听见吕辰的话，停下手里的活，侧过头来看了一眼。
“第几个了？”
“这一把，三百多个焊点。”吕辰把劈刀从键合头上拆下来，放在放大镜下，裂纹在镜头里放大了好几倍，像干裂的河床，“比上一把好一点，上一把两百多个就裂了。”
钱兰坐在不远处的操作台前，面前是一台KJ-0A的显示器，屏幕上显示着一行一行的焊接数据。
她手指在键盘上敲了几个键，调出一张曲线图，盯着看了几秒，然后转过身来。
“劈刀磨损的规律我摸了一下。前两百个焊点，焊点质量很稳，直径偏差在±3微米以内。200到300个之间，开始出现波动，偏差扩大到±8微米。30个以后，劈刀尖端出现微裂纹，焊点质量急剧下降，有的焊不上，有的焊偏了。”
她把笔记本翻开，上面密密麻麻记着数据，每一组数据后面都标注了测试条件和劈刀编号。
“陶瓷材料的硬度够了，但韧性不够。超声振动的疲劳应力集中在劈刀尖端，几百次循环之后，微裂纹就从表面开始扩展。这不是工艺问题，是材料本身的局限。”
吕辰把那把裂了的劈刀放进一个标着“失效件”的小盒子里，盒子里已经躺了七八把同样的劈刀，每一把都用标签纸贴着编号和失效时的焊点数量。
“汤教授那边怎么说？”
钱兰合上笔记本：“他说氮化硅的配方可以再调，增加氧化钇的掺杂比例，提高断裂韧性。但烧结工艺也要跟着改，温度要再高一点，保温时间要延长。快的话，下个月能出一批新样品。”
“下个月……”
吕辰念叨了一遍这个时间，没有往下说。
设备中心的大厂房里，最引人注目的就是这台墨绿色的机器。
大约双开门冰箱大小，主体是钢板焊接的机柜，墨绿色喷漆，棱角包着铁皮，正面嵌着一块玻璃窗，可以看见内部的工作区域。
机柜侧面开着一排散热孔，孔位整齐，边缘光滑，一看就是红星轧钢厂钣金车间老师傅的手艺。
机器的核心是运动平台。
哈工大包康建团队提供的两级运动系统，粗定位平台用高频脉冲电机驱动精密丝杠，配合光栅尺闭环控制，X-Y-Z三轴行程100×80×20毫米，定位精度±2微米，速度可达每秒300毫米。
精定位微动台用压电陶瓷叠堆驱动，行程±1毫米，分辨率达到纳米级，用于最终的对准补偿。
光学对准系统是长光所王高工团队的杰作，一台改装过的金相显微镜，配着一个CCD摄像头和专用的环形光源。
显微镜的物镜下方，一个精密的调焦机构可以自动寻找最佳焦平面，环形光源从四周均匀照亮芯片表面，消除阴影，让焊盘的边缘清晰锐利。
键合头是悬臂式结构，末端装着一把陶瓷劈刀，劈刀上方连着超声换能器、加热器和压力传感器。
工作时，劈刀在超声振动、压力和温度的共同作用下，将金丝焊接到芯片的铝焊盘上。
线轴和送线机构安装在机柜的右侧，昆明贵研所周工团队提供的金丝从线轴引出，经过一组精密的导轮和张力传感器，最后穿进劈刀中心的细孔。
金丝的线径25微米，比头发丝还细，在灯光下闪着金色的光泽，像一根极细的蛛丝。
控制柜独立于机器主体，是一个小一号的墨绿色铁柜，里面插着吕辰等人设计的五块专用芯片。
图像预处理芯片、特征提取芯片、位置偏差计算芯片、运动控制芯片、超声焊接控制芯片。
五块芯片通过背板总线连接，与上位机，一台KJ-0A“午马”型科研计算机通过接口板通信。
上位机旁边还连着一台编程机，用于加载工艺参数。
工程师在编程机上写好焊接程序，焊点坐标、超声功率、焊接时间、压力设定值，编译成机器码，打在二维卡上，插进读卡机，午马机就把参数加载到五块专用芯片的寄存器里。
整个系统，从摄像头到运动平台到键合头，从专用芯片到午马机到编程机，全是中国自己造的。
胡教授手里拿着一块测试用的芯片走了过来。
芯片封装在陶瓷基板上，表面镀金的焊盘排列整齐，像一排微缩的金色跑道。
“小吕，再试一次！”他把芯片放在载物台上，用真空吸笔固定好。
吕辰点了点头，走到操作台前，按下“复位”按钮。
运动平台发出低沉的嗡嗡声，回到原点位置。
光栅尺的读数在午马机的显示器上跳动，最后停在(0,0,0)。
胡教授在编程机上插了一张二维卡，读卡机“咔嗒”一声吞了进去。
午马机的屏幕上，一行一行的参数跳出来，焊点数24，超声功率100毫瓦，焊接时间20毫秒，压力40克。
他按下“启动”键。
运动平台开始移动，载着芯片滑到显微镜下方。
光栅尺实时反馈位置，粗定位平台在几十毫秒内将芯片送到视野中央，精度±5微米。
摄像头开始工作。
环形光源亮起来，白光从四周打在芯片表面，焊盘的图像在午马机的显示器上实时显示，金色的方形焊盘，边缘清晰，排成两列，每列12个。
图像预处理芯片开始处理数据。
中值滤波去除噪声，对比度增强让焊盘和背景的界限更分明，自适应二值化把灰度图像变成黑白二值图像，焊盘是白的，背景是黑的。
特征提取芯片接踵而至。
它扫描每一行像素，用游程编码找出连续的白像素段，再用连通域标记算法把属于同一个焊盘的游程归并起来，最后计算每个焊盘的质心坐标。
位置偏差计算芯片做减法，实测质心坐标减去理想坐标，得到ΔX和ΔY。
微动台动了起来，压电陶瓷在驱动电压的作用下伸长，以纳米级的步长移动，补偿偏差。
整个过程行云流水，总对准时间不到50毫秒。
键合头下降。
陶瓷劈刀压住金丝，超声换能器开始振动，每秒几万次的振动通过劈刀传递到金丝和焊盘的接触面上，摩擦生热，原子在压力和振动的共同作用下互相扩散，形成牢固的冶金结合。
20毫秒后，键合头抬起，金丝被拉断，在焊盘上留下一个圆形的焊点。
运动平台移动到下一个焊点。
重复，再重复。
吕辰盯着午马机的显示器，屏幕上，每一个焊点的图像实时显示，旁边跳出一个绿色的“OK”或者红色的“NG”。
焊点质量检测模块，基于微波反射原理，通过分析焊点对微波的反射特性判断焊接是否可靠，在每一个焊点完成后立即给出判定。
第1个焊点:OK。
第2个焊点:OK。
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