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致敬“她”力量|孫素娟:追光逐夢(mèng),助推中國(guó)激光器走向世界

來(lái)源:思聚浪潮2024-03-19 我要評(píng)論(0 )   

來(lái)自華光光電的孫素娟,平時(shí)的工作是與一顆顆小小的發(fā)光芯片打交道。她和團(tuán)隊(duì)所從事的是高功率半導(dǎo)體激光器封裝工作,如何提高芯片出光功率、減少熱量的產(chǎn)生、提高激光...

來(lái)自華光光電的孫素娟,平時(shí)的工作是與一顆顆小小的發(fā)光芯片打交道。


她和團(tuán)隊(duì)所從事的是高功率半導(dǎo)體激光器封裝工作,如何提高芯片出光功率、減少熱量的產(chǎn)生、提高激光器的壽命、完成激光器技術(shù)完全可控是他們工作的核心。


在孫素娟和團(tuán)隊(duì)成員的不斷努力下,從最初的5W芯片的封裝、封裝良率不足60%、激光器壽命不足1萬(wàn)小時(shí),到目前已實(shí)現(xiàn)單芯片45W、單巴條500W的封裝,封裝良率提升至95%以上,激光器的壽命超過(guò)3萬(wàn)小時(shí),已實(shí)現(xiàn)100%技術(shù)可控。目前,采用華光光電自產(chǎn)芯片封裝的激光器已應(yīng)用到多種領(lǐng)域,并作為核心光源隨客戶終端設(shè)備遠(yuǎn)銷國(guó)外。


耀眼成就的背后總是立志不斷向前的努力。今天是第31個(gè)全國(guó)科技人才活動(dòng)日,下面,一起在第五屆星銳獎(jiǎng)“星銳英才”獲獎(jiǎng)?wù)摺A光光電孫素娟的講述中,了解她追光逐夢(mèng)的不凡故事。

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立志追“光”

小芯片也會(huì)有大能量


我自認(rèn)為性格是比較認(rèn)真、踏實(shí)的,也愛鉆研,這讓我一方面對(duì)于未知的領(lǐng)域有著充足的好奇心和求知欲,另一方面我也會(huì)始終把自己負(fù)責(zé)的工作努力做到最好。


我研究生期間所學(xué)專業(yè)為信息功能材料與器件。由于這是我們學(xué)校第一年開設(shè)的新興學(xué)科,在那時(shí),課題組相關(guān)研究成果和設(shè)施都比較匱乏。


面對(duì)匱乏的條件,我沒有退縮和抱怨,而是靜下心查閱相關(guān)文獻(xiàn),與導(dǎo)師溝通研究方向、搭建相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)施。除了上課,其他時(shí)間我都是泡在實(shí)驗(yàn)室里學(xué)習(xí)文獻(xiàn)、做實(shí)驗(yàn)、寫文章,經(jīng)常做著做著實(shí)驗(yàn)就忘了時(shí)間,成為整個(gè)實(shí)驗(yàn)大樓里最后關(guān)燈的人。


在我們的不懈努力下,實(shí)驗(yàn)室逐漸建立起了完善的實(shí)驗(yàn)條件,畢業(yè)之際,我就已獲得多項(xiàng)研究成果,在核心期刊發(fā)表多篇論文,同時(shí)獲得優(yōu)秀畢業(yè)生稱號(hào)。


畢業(yè)后,為了發(fā)揮專業(yè)所學(xué),我選擇加入了浪潮集團(tuán)的光電子版塊——華光光電。


當(dāng)時(shí)正值公司計(jì)劃大力發(fā)展高功率激光器之際,我接到的第一個(gè)任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)高功率激光器的封裝量產(chǎn)。


半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),一顆幾毫米的芯片就可以發(fā)出幾十瓦甚至幾百瓦的光,可廣泛應(yīng)用于激光顯示、激光打印、激光測(cè)距、醫(yī)療等領(lǐng)域,隨著功率的進(jìn)一步提升,還可以用于工業(yè)加工(如激光焊接、激光切割、金屬表面處理)和國(guó)家重大需求等領(lǐng)域。


功率越高,芯片制備及封裝技術(shù)難度越大。當(dāng)時(shí),商用高功率激光芯片生產(chǎn)廠家主要集中在國(guó)外少數(shù)企業(yè),華光光電在低功率芯片及器件制備方面已深耕多年,但在高功率芯片制備和封裝方面較國(guó)外還有很大的差距。


任務(wù)拿到手中,我的第一感受就是:機(jī)會(huì)很好,但同時(shí)挑戰(zhàn)也很大。


當(dāng)時(shí),高功率芯片的封裝良率不足60%,壽命不足1萬(wàn)小時(shí),量產(chǎn)難度巨大。當(dāng)時(shí)公司在高功率激光器封裝方面的研究還比較少,我雖然有點(diǎn)專業(yè)基礎(chǔ),但對(duì)于高功率激光器的相關(guān)理論也還是比較缺乏的,完全沒有經(jīng)驗(yàn)。面對(duì)如此艱巨的任務(wù),我的內(nèi)心壓力非常大。


不過(guò),后來(lái)我也想通了,所有的事情不都是由0到1、由1到N的過(guò)程嗎?只要踏踏實(shí)實(shí)從零開始做,就一定能在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)做到最好。

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技術(shù)攻關(guān)之旅

方法總比困難多


為了找到高功率芯片量產(chǎn)問題的原因和解決辦法,我每天白天的主要工作就是收集失效激光器進(jìn)行分類、分析、總結(jié),晚上查閱相關(guān)文獻(xiàn)尋找解決思路。


經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的分析,我發(fā)現(xiàn)高功率激光器失效的主要原因是封裝空洞。相比于其他類型的激光器,半導(dǎo)體激光器電光轉(zhuǎn)換效率雖然高,但仍有40%—50%的電能轉(zhuǎn)換成熱量,激光器光功率提高的同時(shí)產(chǎn)生的熱量也更多,空洞的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致熱量累積,從而使激光器功率降低甚至失效。因此,必須想辦法減少封裝空洞,讓激光器多出光少發(fā)熱,將芯片產(chǎn)生的熱量及時(shí)通過(guò)熱沉傳遞出去。


通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料,我發(fā)現(xiàn)目前低功率的封裝工藝路線已不適用于高功率激光器的封裝,必須更換全新的工藝路線,提高封裝的一致性,降低封裝空洞率。


有了解決思路便有了努力的方向,但同時(shí)我又面臨著新的難題:全新的工藝路線意味著需有配套的新結(jié)構(gòu)物料以及具有新功能的設(shè)備,而這些新的物料和設(shè)備在公司前期是沒有人了解的。


為了盡快推進(jìn)新工藝路線的驗(yàn)證,我開始自學(xué)設(shè)計(jì)軟件、與原材料供應(yīng)商溝通物料設(shè)計(jì)要求、與設(shè)備供應(yīng)商溝通設(shè)備技術(shù)參數(shù),很快完成了新工藝路線所需的物料設(shè)計(jì)及設(shè)備選型。


紙上得來(lái)終覺淺,絕知此事要躬行。作為技術(shù)人員,我覺得要解決技術(shù)、工藝問題,除了有一定理論基礎(chǔ)外,更重要的是一定要深入一線,只有這樣,才能識(shí)別出每一個(gè)工藝細(xì)節(jié),拿到一手的數(shù)據(jù),積累豐富的經(jīng)驗(yàn)。


于是,為了盡快摸索出可行的封裝工藝,物料及設(shè)備到位后,每個(gè)工步我都親自上手操作、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,掌握設(shè)備每個(gè)部件的功能。同時(shí),由于半導(dǎo)體激光器制造領(lǐng)域部分設(shè)備相對(duì)價(jià)值較高,部分設(shè)備緊張,為了避免影響生產(chǎn)進(jìn)度,我經(jīng)常白天學(xué)習(xí)設(shè)備原理及操作,等生產(chǎn)下班后自行進(jìn)行設(shè)備操作,完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,大幅縮短了研發(fā)周期。在此過(guò)程中我也學(xué)會(huì)并熟練掌握了金屬蒸鍍、貼片、鏡檢、焊線、測(cè)試、老化等多款設(shè)備,這為后續(xù)工藝問題的快速解決奠定了良好的基礎(chǔ)。

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經(jīng)過(guò)半年多的努力,我終于完成了新工藝路線的驗(yàn)證及所有參數(shù)定型,空洞率大大降低,封裝良率提升至95%以上,產(chǎn)品的可靠性由不足1萬(wàn)小時(shí)提升到3萬(wàn)小時(shí)以上,達(dá)到客戶要求及量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),助推公司在高功率激光器方面邁出了一個(gè)新的臺(tái)階。


在這整個(gè)的過(guò)程中,我更加相信方法永遠(yuǎn)比問題多?;叵肫鹪诮邮秩蝿?wù)之初的狀態(tài),其實(shí)也能理解到,我們工作中總會(huì)遇到這樣或那樣的困難,但只要克服消極畏難情緒,正視存在的困難,不逃避,不抱怨,不懈怠,知難而進(jìn),多思考解決的方法,任何困難都能克服。



合力打通“堵點(diǎn)”

助推國(guó)產(chǎn)激光器走向世界


激光技術(shù)的進(jìn)步是非??焖俚模S著半導(dǎo)體激光器應(yīng)用領(lǐng)域的快速擴(kuò)展,客戶對(duì)芯片功率有了新的需求,要求的功率越來(lái)越高。為了快速滿足市場(chǎng)要求,公司加快了高功率芯片的研發(fā)進(jìn)度。


高功率激光器對(duì)于高功率芯片的壽命要求較高,而正常新產(chǎn)品的每一輪壽命考評(píng)周期至少半年,周期長(zhǎng)、成本高。如果我們每款芯片每一輪驗(yàn)證都要經(jīng)過(guò)半年以上,那會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)內(nèi)外先進(jìn)企業(yè)。因此,芯片驗(yàn)證就成為我們下一步工作所面對(duì)的“堵點(diǎn)”。


為盡快扭轉(zhuǎn)這一局面,加快高功率芯片的研發(fā)進(jìn)度,公司成立項(xiàng)目組,由我擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。為盡快打通自產(chǎn)芯片驗(yàn)證的“堵點(diǎn)”,我多次組織項(xiàng)目組成員討論、分析,在公司領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)下,很快確定了保證高功率芯片考評(píng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提是確保激光器做好電連接和散熱。


經(jīng)項(xiàng)目組評(píng)估,原有低功率的考評(píng)平臺(tái)因通流能力低、散熱能力差已不適合高功率芯片的考評(píng)。為解決通流能力和散熱的問題,項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)多次討論及理論模擬,終于找到解決方案。


有了解決思路,項(xiàng)目組成員進(jìn)行分工,一部分人負(fù)責(zé)電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高考評(píng)夾具的通流能力。一部分人負(fù)責(zé)散熱通道設(shè)計(jì),提高考評(píng)夾具的散熱能力。經(jīng)過(guò)二個(gè)月的通力合作,新型考評(píng)平臺(tái)驗(yàn)證成功,實(shí)現(xiàn)了高功率激光器的穩(wěn)定考評(píng)。


平臺(tái)已搭建,但是因新型號(hào)研發(fā)芯片種類多、批次多,全部考評(píng)周期長(zhǎng)、成本高。


為解決這一難題,我們查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),并設(shè)計(jì)多輪、多組實(shí)驗(yàn),經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證,終于研究出一套快速考評(píng)方法,實(shí)現(xiàn)了激光器的壽命推導(dǎo),最終將芯片的驗(yàn)證周期縮短至一個(gè)月內(nèi),大大提高了研發(fā)效率。


看著一款款芯片通過(guò)快速考評(píng)平臺(tái),定型、通過(guò)客戶考評(píng)推向市場(chǎng),形成產(chǎn)值,我們的自豪感也油然而生。


目前,已利用此平臺(tái)完成了單管5W/10W/15W/20W/25W/35W/45W、單巴條60W/100W/200W/500W等多款芯片及器件的考評(píng),并均已成功轉(zhuǎn)產(chǎn),完成了技術(shù)完全可控,產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)加工、國(guó)家重大需求等領(lǐng)域,部分產(chǎn)品作為核心光源隨客戶終端設(shè)備遠(yuǎn)銷國(guó)外,產(chǎn)品可靠性得到客戶高度認(rèn)可。


利用此平臺(tái)研制的“千瓦級(jí)半導(dǎo)體激光器”獲得中國(guó)電子學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)以及山東電子學(xué)會(huì)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。


在此項(xiàng)目過(guò)程中,我也深切感受到了團(tuán)隊(duì)合作的強(qiáng)大力量。


單絲不成線,獨(dú)木不成林,一個(gè)人的精力、見識(shí)和想法都是有限的,在技術(shù)的道路上,更需要團(tuán)隊(duì)成員一起不斷地溝通交流、思想不斷地碰撞,才能不斷地實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新,解決一個(gè)又一個(gè)難題。

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在此項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中,通過(guò)將不同細(xì)分專業(yè)領(lǐng)域的人結(jié)合在一起,我們的每次溝通都會(huì)產(chǎn)生多個(gè)新穎的想法,尤其一些年輕的團(tuán)隊(duì)成員,他們敢想敢做,不受固有思維的影響,勇于突破,給團(tuán)隊(duì)注入了新生機(jī)和活力,大大加快了自產(chǎn)芯片的研發(fā)和驗(yàn)證速度。


今天恰好是全國(guó)科技人才活動(dòng)日,作為一名科技工作者,我的經(jīng)驗(yàn)是一定要時(shí)刻保持學(xué)習(xí)的心態(tài),要有深耕的意識(shí),不管在哪個(gè)崗位、哪個(gè)領(lǐng)域,都有學(xué)不完的知識(shí)。只有不斷地學(xué)習(xí)新的知識(shí),才能保持創(chuàng)新的頭腦,才能在自己所在領(lǐng)域里實(shí)現(xiàn)更大的價(jià)值。


而作為一線技術(shù)人員,我會(huì)繼續(xù)深耕,腳踏實(shí)地,不忘初心,做好每一只激光器;我也會(huì)仰望星空,開拓創(chuàng)新,縮小與國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)的差距,讓中國(guó)的激光器在世界上更多的地方發(fā)光。


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