国产高精度对准设备突破"卡脖子"技术,广工团队研发2微米级调平调焦系统助力半导体装备国产化

2025-09-29 01:08:32 7098次浏览

  

当先进的8K超高清显示设备启动时,本该展现细腻逼真的极致画质,却在快速切换画面时隐约可见细微拖影;配备顶级Micro-LED屏幕的高端设备,在高亮度场景下屏幕边缘竟泛起轻微光晕......这些看似微小的显示瑕疵,实则揭示了先进显示半导体制造领域亟待突破的技术难题,也因此引起了广东工业大学师生团队的深入研究。

凭借前期良好的合作基础,该团队与大族半导体设备有限公司联合攻关,成功研发出激光巨量转移、激光修复、激光焊接等microLED制造核心装备。目前这些设备已进入中试阶段,其成功研发将显著降低microLED的生产成本,有望在不久的将来引领消费级显示技术的新一轮变革。

迎难而上:自主研发国产对准系统

在OLED、MiniLED等新型显示技术快速发展的背景下,先进显示半导体制造 面临着定位偏差、检测滞后、运动控制失准等技术瓶颈,这些问题可能导致产品缺陷和损耗等严重后果。当时,高精度对准设备市场长期被日本、德国企业垄断,国内生产线完全依赖进口设备,不仅采购成本高昂,维修调试还需依赖外方工程师。由于缺乏自主技术,这一"卡脖子"难题严重制约着国内产业升级。

2014年,广工纳准创新团队在汤晖教授的带领下,敏锐地在中国国际光电博览会上发现了这一技术痛点,毅然确立了研发国产对准系统的目标。尽管团队核心成员此前从未涉足过纳米级对准系统研发,面临着算法模型空白、精密光学元件调试经验缺乏等重重困难,但他们顶住外界质疑,坚定地踏上了自主创新之路。

四年磨一剑:从理论到实践的跨越

从零开始的研发过程充满艰辛。初期,团队连国外设备的技术参数都无从获取,只能凭借展会拍摄的模糊照片,逐一分析机械结构、推导控制逻辑。前三个月,他们埋首于各类文献资料,最终整理出100多页的国内外技术调研报告。

实际搭建设备时,经验不足的团队屡屡碰壁:耗时一个多月搭建的调试平台因精度不达标被迫推倒重来,编写的算法在实测中常因噪声干扰而失效... ...每个参数都需要反复试验,仅优化一个振动补偿系数,就需在实验室进行数十组对照实验,团队成员经常工作到深夜。

2023级机械工程博士黄成思回忆道:"最艰难的时候,为了优化一个参数我们整整坚持了一个月,期间多次想要放弃,但对技术突破的执着让我们在每次失败后都选择继续尝试。"

2019年,团队成功研制出首台国产对准设备样机,虽然在实验室测试中达到了微米级对准精度,但在企业产线测试时却遭遇"水土不服"。原来,实验室使用的是完全水平的标准基板,而产线基板受传输震动和材料应力影响呈现凹凸不平的曲面状态,现有技术仅解决了"平面对准",无法满足实际生产所需的"空间对准"要求。

痛定思痛后,团队全力投入空间对准技术攻关。通过研发纳米云台实时调平基板,结合宏微复合自动对焦技术,使设备能够在空间起伏条件下实现精确对准。从平面到空间、从单一对准到调平调焦一体化,团队用四年时间完成了从"纸上样机"到"产线实用"的蜕变,最终研发的调平调焦对准系统在复杂工况下稳定达到2微米级对准精度,追平了国际大厂水平。

精益求精:将"高精度"融入团队DNA

团队学生负责人、2024级机械工程博士廖智燊表示:"从决定研发国产高精度对准系统那一刻起,'高精度'就成为团队的核心理念。"团队名称"纳准"既体现了"纳米级精度对准"的技术核心,也蕴含着"海纳百川,唯准为锋"的攻关决心。这支年轻团队凭借不服输的精神,汇聚了来自不同研究方向的优秀人才:有的擅长精密机械设计,有的专攻视觉算法,有的精通微纳传感,他们如同拼图般各展所长,为实现共同目标而奋斗。

指导老师汤晖教授长期致力于柔性机构与微纳定位系统、先进半导体芯片封装装备研究,在柔性机构、压电驱动、纳米定位平台、视觉检测、超精密运动控制等领域拥有丰富经验。他深知科技创新没有捷径,必须经历从创意到样机再到市场的多次迭代。因此,他从不给学生规定具体技术路线,而是引导他们深入理解核心难点,鼓励年轻人在方法论上大胆尝试。他笑称自己是"出题人",而解题的智慧则来自学生们敢想敢试的创新思维。团队传承着"传帮带"的文化,新成员能在师兄师姐的悉心指导下快速融入团队。

在研发过程中,团队成员善于从自然界汲取创新灵感。2022级机械工程博士贾英杰观察到尺蠖生物的爬行运动后深受启发,模拟"爬虫生物"的步进式叠加运动原理,设计出仿生式"柔顺步进"驱动机构,最终使搭载新型尺蠖柔顺电机的设备在复杂工况下实现关键技术突破,这一创新成为团队融合基础研究的典型案例。

助力半导体装备国产化

高校科研项目结题后,许多先进理论与技术成果往往处于"休眠"状态,若缺乏有效的转化机制,很难直接实现产业化应用。"纳准"团队在成果转化初期就主动深入企业研发一线,与工程师共同工作,准确把握市场需求和制造工艺特点,确保研发成果切实满足产业需求。目前,该系统在半导体先进封装、光电子集成、MEMS器件制造及新型显示等领域展现出广阔应用前景,为高精度晶圆键合、先进封装工艺开发、微纳器件精准制备以及半导体装备国产化等关键领域提供了自主可控的技术平台。

依托学校省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室,团队的系统已从实验室走向生产线,在产线中不断迭代升级。目前团队已与多家企业签订合作开发协议,相关技术也在向不同应用场景拓展延伸。

文丨记者陈亮

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