第二天,吕辰一早来到办公室,刚泡好一杯茶,诸葛彪就走了进来。
他手里拿着个煤油打火机,在手里转来转去,磨得锃亮,金黄色的晃眼睛。
这东西是子弹壳改装的,吕辰找保卫处要了几个子弹壳,找王玉书师傅做成了打火机。
基本上被瓜分完了,最后一个就在诸葛彪手上。
诸葛彪掏出烟给吕辰发了一支。
“铛!嚓!”
打火机冒出了小火苗,诸葛彪把烟点上。
他深吸一口:“吕辰,你这脑袋也不知道怎么长的,这打火机实在,省火柴。”
吕辰道:“还我!”
诸葛彪把打火机放进兜里:“这个归我了,你等着吧,听说李厂长用了,觉得好,准备试制几百个,当成年终福利发,你肯定有一个。”
吕辰无奈。
诸葛彪转移话题:“对了,柳工派人通知,高频脉冲电机的控制芯片,第一批流片,出来了。”
吕辰拿出一个铝合金箱子,这是专门找王玉书师傅做的,用来装芯片的,里面贴了一层棉絮,又用泡沫塑料隔成一个个小格子。
每一个格子,正好能放一块芯片。
吕辰也是那一次顺便做的打火机,没想到,都是泪。
吕辰摇摇头,提着箱子跟诸葛彪一起出了门。
下楼来到中试线门口,钱兰已经等在那里了,眼睛盯着中试线车间的那扇铁门。
吕辰二人走了过去:“多久了?”
钱兰看了看表:“四十分钟。柳工说还在做最后的检查,让咱们等着。”
吕辰点点头,没再说话。
他也盯着那扇门,这批芯片,是他们三个人,整整两个月的成果。
从逻辑图,到版图草图,到6305厂三室帮着画正式版图,再到中试线流片。
两个月,六十个日夜,无数次争论,无数次修改,无数根铅笔,无数张坐标纸。
成败,就在今天。
不一会儿,铁门开了。
柳工走出来,他眼里带着笑意:“出来了,一共60块。”
吕辰递过铝合金箱子,柳工接过,转向走了进去。
不一会儿,提着箱子出来,诸葛彪第一个冲上去,接过箱子,小心翼翼地放在地上。
打开箱扣,掀开盖子。
60块芯片,整整齐齐地躺在泡沫塑料格子里。
陶瓷双列直插封装,黑色陶瓷基底,两边伸出两排银色的引脚,每一根都亮晶晶的。
芯片表面印着白色的字:Gpmc-01,下面是一行编号。
“Gpmc-01。”钱兰念出来,“高频脉冲电机控制芯片,总算是出来了。”
吕辰蹲下去,看着那些芯片。
阳光下,它们静静地躺在那里,这60颗等待检阅的士兵。
“走。”他站起来,“回实验室。”
三人来到集成电路实验室的一个小房间,这是上次验证红星二号那个验证室,现在是高频脉冲电机控制芯片的验证室。
宽大的实验台上,已经有好几个稳压电源,有一台崭新的示波器,还有各种工具和仪表。
诸葛彪把箱子放在实验台上,打开。
三人对视一眼。
“按规矩来。”吕辰说,“先目检。”
他拿出一个修表用的放大镜,卡在眼眶上,凑到第一块芯片前。
芯片表面,有没有划伤,有没有污渍,有没有裂纹。
他看得很慢,很仔细。
一块,两块,三块……
“这块不行。”他拿起一块芯片,递给钱兰,“封装边缘有裂纹,肉眼都能看见。”
钱兰接过去看了看,点点头,在旁边的一个小盒子里画了个“x”。
“这块也不行。”诸葛彪也拿起一块,“引脚歪了,三根脚歪成一排,插不进插座。”
吕辰接过去看了看,确实歪得厉害,不知道是封装的时候压歪的,还是运送途中磕碰的。
“工艺问题。”他说,“正常。”
三人继续检视。
十五分钟后,60块芯片全部过了一遍。
挑出来三块有明显外观缺陷的:一块封装裂纹,两块引脚歪斜。
“57块。”诸葛彪说,“还剩57块。”
吕辰点点头,放下放大镜,揉了揉眼睛。
“下一步,打阻值。”
他从实验台下面拿出一块自制的测试板。
那是一块胶木板,上面焊着一个芯片插座,插座旁边引出了几根线,分别接在几个接线柱上。
接线柱上标着“Vcc”、“GNd”、“cLK”、“oUt1”、“oUt2”……
吕辰把第一块芯片插进插座,然后用万用表的两个表笔,分别接在“Vcc”和“GNd”两个接线柱上。
打阻值。
测电源和地之间的电阻,看有没有短路。
这是最基本的测试,也是最残酷的测试。
有短路,芯片就直接报废,没有任何抢救的可能。
吕辰按下万用表上的按钮。
表盘上的指针猛地一摆,直接打到头。
“零。”他说,声音很平静,但脸色变了。
诸葛彪凑过去看:“真是零?”
吕辰把表笔拿下来,再测一次。
还是零。
他把芯片取下来,放在旁边,又拿起第二块,插进去,测。
零。
第三块,零。
第四块,零。
第五块,零。
……
一口气测了十块,全是零。
十块芯片,电源和地之间,全部短路。
钱兰的脸色也变了:“不可能……这不可能……”
诸葛彪把手里的烟攥成一团:“是不是测试板有问题?”
吕辰拿起万用表,直接测测试板上的两个接线柱。
表笔碰在一起,指针打到头,放开,回到无穷大。
测试板没问题。
他又拿起一块刚测过的芯片,单独测芯片的两个引脚。
电源脚和地脚,直接导通。
短路。
吕辰放下万用表,看着实验台上那十块芯片,沉默了几秒。
然后他继续测。
十一块,零。
十二块,零。
……
一直测到第二十一块,终于有了一块不是零的。
指针摆到几百欧姆的位置,停住了。
“四百三十欧。”吕辰说。
他把这块芯片小心翼翼地放在另一个盒子里,继续测后面的。
五十七块芯片,全部测完。
结果出来了:41块短路,16块正常。
短路率72%。
吕辰坐在实验台前,看着那16块“幸存”的芯片,一句话也说不出来。
诸葛彪靠在墙上,一根接一根地抽烟。
钱兰低着头,在笔记本上写着什么,写得很慢,手有些抖。
房间里安静极了,只有墙上的挂钟“滴答滴答”地响着。
过了好一会儿,钱兰抬起头:“41块短路……这不可能全是工艺问题。肯定是设计有缺陷。”
诸葛彪点点头:“我也这么想。工艺再差,也不至于72%的短路率。”
吕辰站起来,走到窗边,推开窗户。
冷风灌进来,带着冬天特有的凛冽。
他深吸一口气:“继续测。静态电流。”
既然还有16块没短路,那就测下去。
看看问题到底出在哪。
诸葛彪掐灭烟头,走到实验台前。
他从抽屉里拿出一个稳压电源,调到5伏,又串联了一个毫安表。
吕辰拿起第一块“幸存”的芯片,插进测试板。
接通电源。
毫安表上的指针猛地一摆。
一百毫安,两百毫安,三百毫安……
吕辰赶紧切断电源。
“电流巨大。”他说,“内部有击穿。”
钱兰在旁边记下来:“第一块,击穿。”
第二块,击穿。
第三块,正常。
第四块,正常。
第五块,击穿。
第六块,正常。
……
16块芯片测完。
8块击穿,8块正常。
击穿率,50%。
吕辰看着那8块“体质过关”的芯片,苦笑了一下。
60块芯片,目检淘汰3块,短路淘汰41块,击穿淘汰8块。
最后能用的,八块。
良率,13.3%。
“13.3%……”诸葛彪喃喃着,“这他妈是给光刻机用的芯片,不是实验室玩具……”
钱兰在旁边说:“先别想良率。能用的这8块,还要上验证台。验证台过了,才算真的能用。”
吕辰点点头。
是的,现在还不是沮丧的时候。
这8块芯片,只是通过了最基本的电气测试。
真正的考验,在后面。
转身来到验证台,这是他们花了两个星期搭建的。
验证台是一块一米见方的胶木板,铺在实验台中央。
板上密密麻麻钉着上百个镀金的插针,像一座微缩的城市。
插针之间,用各种颜色的细导线连接着,红的、黄的、蓝的、绿的、黑的……密密麻麻,层层叠叠,比蜘蛛网还复杂。
胶木板四周,摆着几个稳压电源,一台示波器,一个信号发生器,还有一堆电阻、电容、晶体振荡器、开关、指示灯。
最显眼的位置,是一个小小的脉冲电机,只有拳头大小,轴端装着一个红色的塑料圆盘,上面画着刻度。
吕辰看着那张密密麻麻的电路板,心里有些发怵。
这玩意儿,他绝对搭不出来。
诸葛彪有这本事,他是从绕继电器线圈开始学起的,手上的功夫,比机器还稳。
“开始吧。”钱兰翻开笔记本,上面是厚厚一叠图纸,“先从第一块开始。”
诸葛彪拿起一块芯片,仔细看了看引脚,然后轻轻地插进胶木板上的一个插座里。
那个插座是特意留的,周围一圈插针,正好对应芯片的四十个引脚。
插进去的一瞬间,能听到轻微的“咔哒”一声,像是什么东西卡到位了。
“上电。”诸葛彪说。
吕辰打开稳压电源,调到5伏。
示波器的屏幕上,开始出现一些波形。
“先测时钟。”钱兰指着图纸上的一个点,“晶振输入脚,看波形对不对。”
诸葛彪把示波器的探头接到那个引脚上。
屏幕上,出现了一串规则的方波,频率稳定,幅度整齐。
“晶振没问题。”他说。
接下来,他们开始一根一根地测。
每一个引脚,都要用示波器看波形,用万用表测电压,用逻辑笔判高低。
诸葛彪负责操作,钱兰在旁边拿着图纸核对,每测完一根线,就用铅笔在图纸上划掉一个点。
吕辰负责记录,把每一个数据都写在笔记本上。
一个小时后,第一块芯片测完了。
“基本功能正常。”诸葛彪直起腰,活动了一下脖子,“但有几个信号有毛刺,不大。”
钱兰在图纸上做了标记:“先记下来,后面再分析。”
第二块,正常。
第三块,正常。
第四块,开始出问题。
“看这个。”诸葛彪指着示波器上的波形,“这是步进脉冲输出脚,应该是一串规则的脉冲。但现在,每三个脉冲里,有一个脉宽不对。”
钱兰凑过去看:“时序问题?”
“可能是。”诸葛彪说,“也可能是内部分频器有缺陷。”
吕辰在旁边记下来:“第四块,分频异常。”
第五块,正常。
第六块,正常。
第七块,又出问题了。
“死机了。”诸葛彪说,“我拨了一下速度选择开关,芯片就没反应了。”
他切断电源,再重新上电。
芯片又活了。
再拨一下开关,又死机。
“特定指令下死机。”钱兰说,“可能是组合逻辑有问题。”
吕辰想了想:“换一块芯片试试。”
诸葛彪把第七块取下来,换上第八块。
同样的操作,同样的指令,第八块一切正常。
“看来是那块芯片体质不行。”他说,“个别芯片的缺陷。”
8块芯片测完,5块功能完全正常,两块有小毛刺,一块有特定指令死机的问题。
但不管怎么说,有五块能用了。
诸葛彪把那五块好的芯片挑出来,小心翼翼地放在一边。
然后他拿起第一块,重新插回插座。
“下面,接电机。”
他从实验台下面拿出一卷细导线,开始焊。
电机驱动需要功率,不能直接从芯片引脚输出。
他们在验证台上预留了驱动电路,几个大功率三极管,加上续流二极管,组成一个简单的驱动器。
诸葛彪的手很稳,焊枪点下去,焊锡化开,导线粘上,一气呵成。
十几分钟后,所有连线都焊好了。
他放下焊枪,深吸一口气,看着那个小小的脉冲电机。
“通电。”
吕辰打开电源。
电机没动。
诸葛彪拨了一下“启动”开关。
电机还是没动。
他皱起眉头,拿起万用表开始测。
测了几分钟,找到了问题,有一根线虚焊了。
他重新焊了一下,再拨开关。
电机动了。
轴端那个红色塑料圆盘,随着脉冲信号,一格一格地转动。
每转一格,就停一下,再转一格,再停一下。
精确,稳定,有力。
诸葛彪看着那个转动的圆盘,长长地吐了一口气。
“成了。”他说。
钱兰在旁边鼓掌,脸上带着笑。
吕辰盯着那个圆盘,心里涌起一种复杂的情绪。
两个月,60块芯片,13%的良率,5块能用的。
但至少,这5块,能让电机转起来。
这就够了。
接下来,他们用那5块芯片,做了大量的测试。
首先测的是信号串扰。
验证台上密密麻麻的飞线,就像无数根天线,互相之间会产生干扰。
他们用示波器看波形,发现有几个信号确实有串扰,表现在波形上有一些小毛刺。
解决办法,是加屏蔽。
诸葛彪找了几块薄铜片,弯成小盒子,罩在关键芯片上,再接地。
又把几根关键的信号线,用绞线的方式传输,两根线绞在一起,干扰互相抵消。
毛刺果然小了很多。
然后测时序。
示波器上显示的波形,比预想的晚了几微秒。
几微秒,对于电机控制来说,不算大问题。但如果用在更高精度的场合,可能就是致命的。
“几微秒的延迟,应该是芯片内部的传输延迟。”钱兰说,“五微米工艺,门延迟就这么大。要缩小延迟,只能等工艺进步。”
吕辰点点头,在笔记本上记下来:“要优化关键路径,减少门级数。”
……
测试一直持续到晚上8点,除了温变化对频率的影响、电源电压波动时的稳定性、长时间运行后有没有芯片发烫等内容外,能测试的都测试了。
“5块。”诸葛彪看着那三块芯片,“60块,最后勉强能用的,就这5块。”
良率8%,不,已经谈不上良率了,这5块都是有延迟的残次品。
吕辰沉默了几秒,然后笑了:“8%也够了。至少证明,这个设计是可行的。剩下的,是找问题,改设计。”
钱兰叹道:“打阻值淘汰41块,这就不正常了。72%的短路率,绝不是工艺能解释的。”
诸葛彪也叹道:“静态电流淘汰8块,击穿率50%,同样不正常。”
“问题可能出在版图上。”钱兰说,“要么是设计规则没吃透,要么是某个地方画错了。”
吕辰想了想:“不光是版图。逻辑设计也可能有问题。那个特定指令下死机的芯片,说明组合逻辑有缺陷。”
三人沉默了一会儿。
吕辰道:“不管怎么说,有5块能走通了,电机能转,说明逻辑是对的。”
诸葛彪也站起来,伸了个懒腰:“是啊,总算没白忙活两个月。”
三个人收拾好验证台,把仪器关掉,把图纸收好。
走出验证室的时候,已经快十点了。
走廊里很安静,只有远处值班室的灯光亮着。
吕辰推着车,慢慢往家里走。
夜风很冷,但他心里有一团火。