八十年代末，筆者有幸供職于壓力傳感器研究所，這是我國第一個國產化擴散硅壓力傳感器專業(yè)化研究所，成立于1970年，中國第一只國產化壓力傳感器誕生地。它座落于秦嶺北麓的寶雞市，對外宣稱寶雞秦嶺晶體管廠，也是當時的信箱單位。
研究所的建立主要服務于火箭發(fā)動機技術的各項參數(shù)采集。當時我們國家有兩項重要科研任務：第一是衛(wèi)星上天，第二是給原子彈安腿。這兩項技術都離不開火箭發(fā)動機的運載，所以國家的支持力度很大，要人給人，要錢給錢。
東方紅衛(wèi)星發(fā)射參與了，且受到了國防科工委的通令嘉獎。這里要注意的是參與了，而不是安裝在衛(wèi)星上上了天。誰都知道上天不是好玩的，一旦有問題派哪個上去排除故障呢？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，但肯定是國外的。通過一些愛國商人(雖說是愛國商人，但能幫你已經很不錯了，利潤可是不能少)從秘密渠道花了不知高于市場價格多少倍的資金，把國外秘密購回來。有風險的，山姆大叔霸道慣了，不好得罪。
寶雞傳感器研究所當時生產用的光刻機是上海生產的，1972年自行研制成功，那時荷蘭光刻機巨頭ASML還沒誕生！
1972年用于擴散硅壓力傳感器生產的國產光刻機
以下圖片源自寶雞市秦明傳感器有限公司網站
主生產研發(fā)的擴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
說到壓力傳感器，就不得不提到一個叫斯密斯的英國人。就是他發(fā)現(xiàn)了擴散硅材料的壓阻效應，為了壓力傳感器的生產奠定了理論基礎。而說到擴散硅壓力傳感器，不得不說到惠斯通電橋，這個被簡單的描述成幾個電阻的東西，從事壓力傳感器行業(yè)的年輕人都知道，但是沒有幾個人能夠真正一睹它的廬山真面目。
當時我國生產擴散硅壓力傳感器的企業(yè)很少，沈陽的沈X所，西安的驪山XXX公司和我們寶雞104信箱(當時處于保密需要對外宣稱的寶雞秦嶺傳感器廠，實際上名稱為寶雞傳感器研究所)是當時為數(shù)很少的幾家。強大的市場需求保證了企業(yè)的巨大利潤和正常運轉。用于生產的去粒子水價格和牛奶差不多。但有強大的市場和價格作為保障完全沒有問題，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，這種原始的生產方式必然會受到嚴峻的考驗。那時國外已經大量的生產大直徑的晶圓產品了，相比我們來說，生產效率及工藝技術領先了不少。
晶圓
這種用于生產壓力傳感器的晶圓每個芯片僅約1mm見方，每個晶圓可生產的芯片約百十片。顯然生產效率極高，能有效的降低成本。我們生產的芯片是一個一個的生產出來的。生產工藝相對落后很多，且有很多不確定因素難以控制，顯然在質量保證上也無法與之抗衡。
然而要實現(xiàn)大片晶圓的生產，第一個面臨的難題就是在哪里找高質量光刻機？國產的光刻機顯然遠遠不能滿足要求。然而國外的高端光刻機有錢也不賣給你，國家也意識到了這個問題?！鞍宋濉奔啊熬盼濉庇媱澲幸灿羞@樣的項目，且撥發(fā)了足夠的專項資金。
通過多方努力，終于傳來了好消息 ，我國甘肅平涼市的一家軍工單位在多方努力下，終于訂購到了一臺較為先進的光刻機。但遺憾的是由于不是公開訂購，只能購回散件自行裝配。即使是散件，其價格也達到六十多萬元之多。九十年代初的60萬元，可想而知，再加上配套的除濕凈化及真空吸附等設備，付出高于百萬元。訂購過程比較復雜，歷時半年之后，這臺光刻機才輾轉到了單位，包裝得很好。
單位很是重視，這么貴重的設備不是每個人都讓上手的，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。負責安裝的平涼市對口單位也很重視，生產裝配能手及總工還有西安電子科技大學(當時的西軍電)的幾位相關專業(yè)的教授也來到現(xiàn)場，大家一起在專門的光刻間里摸爬滾打。
那時沒有電梯，全靠人力用肩扛手抬把它搞到了二樓的操作間。光刻機的趨形已現(xiàn)的時候，筆者驚奇地發(fā)現(xiàn)上面的顯微鏡頭是平行的，上下可調，完全不受操作者的坐姿身高影響。和當時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？后來才發(fā)現(xiàn)，原來是光纖連接的。我仔細的觀察了一下光纖，上面有日文字樣，應該是日本生產的。顯微鏡頭的清晰度顯然比國產的要高很多，且背光為綠色，比原來紅色的背光更能讓眼睛不易疲勞。
平涼單位的同志夜以繼日地對照著圖紙小心裝配，一絲都不馬虎。歷時一月左右終于安裝完成，就等我們驗收了。
這臺光刻機的制造單位至今我都沒有搞清楚，所有相關的信息都被有意地抹去了，屬于程序控制的半自動設備。雙面光刻，上下鏡頭可切換，把晶圓片放在固定的平臺上由機械手真空吸附抓取，然后自動放在光刻掩模板下，由操作工將圖形稍作調整再按自動鍵進入下一步流程。
但不久大家就發(fā)現(xiàn)了一個較為致命的問題，機械手每次的放置位置差異太大，給近百個圖形的校對造成很大的麻煩。有時一天也校對不了一片，且校對好了一片，下一片放置的位置又和上次不一樣。這樣的效率顯然無法正常使用。
平涼單位的同志一再地查找問題，最后一致表示，還是裝配工藝的問題。但具體問題在什么地方，無法查清，有一點很明確，平涼單位在國外學習的人員反映原裝的設備在工作時，機械手的工作是正常的。
裝配歷時一月有余，調整兩月未果，由此雙方單位也出現(xiàn)了嫌隙。無法正常使用，還大量的占用了人力和資源，驗收不合格無法付費，平涼單位的所有付出也付之東流。各種辦法都想盡了，設備依然如此。
時間消退了起初的熱情，最后平涼單位撤回全部人員說是回去再研究一下。直到半年之后又來了一位總工拍板宣布：裝配工藝無法滿足要求，問題無法解決。兩月之后，平涼單位將設備拆卸打包運回。至于如何處理不得而知。
約兩年之后，國外芯體大量涌入敞開了的國家大門。最早的瑞士KELLER，然后是精量，還有摩托羅拉等，都想從中國的市場中分得一杯羹。起初的價格約一千多元人民幣，隨著國產芯體的出現(xiàn)價格逐漸回落，直到現(xiàn)在價格已相差無幾。從實際出發(fā)來說，寶雞傳感器研究所的傳感器芯體質量還是較國外有很大差距。首先在芯片質量上，再者就是工藝所造成的差距。
再后來受到做不如買的思想影響，國家在此方面沒有什么立項和投入，這次光刻機的購買成為悲壯的收官之作。
隨著市場的逐漸擴大，越來越多的企業(yè)加入到這個行業(yè)中去，然而不難發(fā)現(xiàn)高端市場已被EJA橫河、 ROSEMOUNT、Honeywell等這些外資企業(yè)有條不紊刮分，游走于中低端市場的本土企業(yè)爭得頭破血流。
現(xiàn)國內生產壓力傳感器芯體的企業(yè)，能代表核心技術的壓力硅片基本全部來自于國外。也有一些有實力的企業(yè)在這方面作出過努力，生產出壓力晶圓，但質量上和國外的還是有一定的差距，多用于低端產品。我們在這方面還有很長的路要走！
無論是飛機發(fā)動機技術還是光刻機生產技術，他們所涵蓋的技術層面不知有多少，任何一點或一面的瓶頸都會形成很大的制約。從前寶雞傳感器研究所曾自豪地說我們的優(yōu)勢是研發(fā)，然而現(xiàn)在只能說我們的優(yōu)勢是應用，因為對生產工藝技術的了解，所以比別人更能用的好，因為產品的核心技術被別人所把持還談什么研發(fā)。
甚是遺憾，當年的那次購買以失敗而告終，如果真的成功了，筆者可能成為中國操作先進光刻機的第一人，更重要的是寶雞傳感器研究所的傳感器生產水平會邁進一步。
作者：馬向宇，1990年進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和技術管理工作。以三十多年的親身經歷見證了國產化壓力傳感器的風雨發(fā)展歷程。
