沈阳和研科技的工作人员对划片机设备进行反复监测。

刘宏文和工友对划片机进行反复测试。

夕阳西下，走进沈阳和研科技股份有限公司（以下简称“和研科技”）的大门，路边的积雪中一株株松树昂然挺立。这个隐于沈阳市郊、貌不惊人的企业，经过十几年的发展，已成为国产划片机研发、生产、制造的龙头企业、业界翘楚，甚至敢和老牌外企“掰手腕”。取得如此佳绩，都和这里的主角——划片机机械工程师息息相关。

在发丝上“画画”

“石工，客户又来新要求了！”

接到新的反馈意见，石文一头埋进图纸里，开始了新一轮设计修改。他熟练地运用各种2D、3D制图软件，设计着最新款划片机的内部结构，新机器的性能既要满足客户需求，又要能紧跟时代发展前沿。“我们要翻阅国际上的各项已注册专利信息，避免和已有的专利重合。”石文紧盯着屏幕开始反复思考：如何才能做到性能上国际领先，又符合国内零部件的供应能力？“得保证设计的图纸能做出来，组装工人能装出来。”石文自言自语。

“等你改完，我们再一起看看吧。”工友徐双双拍了拍石文的肩膀。话中的意思并非不信任，更不是挑刺，而是工作中十分重要的一环——评审。划片机是将半导体晶圆切割成小尺寸芯片的高精度设备，对精度要求极高，微米是这个领域的常用单位。一台机器的设计需要多人参与，大家各有分工，有人负责搬运设计，有人负责清洗设计，有人负责机器人设计……为能进一步减少误差，评审显得尤为重要，大家会坐在一起讨论分析，甚至请来外部专家校准，看看结构是否有错误。当然一般都是小改动，除非是设计结构出了问题，那就得大改了，甚至推倒重来。

很快，石文将新改的图纸递到几名工友面前。“来,大家互相挑错吧”“这个误差要求是不是可以再缩小1微米”“这块工厂能加工出来吗”“机芯这儿我觉得设计得特别漂亮”……工友你一言我一语地提出各自的看法，挑错随之开始。“毕竟‘三个臭皮匠，顶个诸葛亮’嘛。这时就是当局者迷，别人可能一眼就看出了问题。”石文说，图纸审核是枯燥乏味的，但当图纸变成实物得到客户肯定时，心里又充满了喜悦。

其实不仅是在验收阶段，实验中的每一次突破，也都令人兴奋不已。车间里，同为机械工程师的刘宏文激动得拍着大腿，喊了声“漂亮！”随后，他赶忙拿着刚做过试验的晶圆跑回实验室，双眼紧盯电子显微镜，一遍一遍地检查着芯片晶圆上的划痕。经比对，所有划痕全部实现了预期标准，误差几乎为零。

“这次测试很完美，但并不代表第10轮、第20轮、第100轮后还能划出这样的完美直线。”刘宏文一边小声说，一边重新装上一张12英寸的晶圆开始了新一轮的测试。

没多久，刘宏文发现了问题，刀口的定位精度突然变成了3微米。“怎么超出1微米？”他皱起眉头，开始挨个儿步骤找原因。

图纸没问题，刀片没问题，丝杠也没问题，那么问题在哪儿呢？凭借经验，刘宏文怀疑可能是气缸喷水罩在安装时出现了偏差。这让刘宏文想起了几个月前，也是气缸喷水罩出了小问题，他在实验室里蹲守了6个月，经过无数次的试验与校对，终于将误差精度调到了2微米以下。

刘宏文喊来几位装配师傅，对设备进行了重新组装。“前一轮组装过多关注了气缸喷水罩的喷水情况，而对风速的考虑略少。”一边组装，刘宏文一边给几位装配师傅解释。

不太合理的组装同样会影响切割精度。到了微米级，每一个细节都牵动着切割结果。与肉眼不可见的微观世界打交道，在头发丝上开槽“画画”，他们每天都在跟精度较劲儿，2微米（1微米=0.001毫米）是他们所能容忍的最大定位偏差，而一根头发的粗细是70微米，足见他们工作的难度之大。

找出N种错法

重新组装调试的后果就是需要重新测试，也就是说此前几十次、上百次的实验数据都将归零，一切从头开始。

对今天的这次组装，刘宏文显得尤为谨慎。他一只手放在气缸喷水罩上，停顿几秒后有了新的想法。“来,我们把喷水罩向这个角度稍微倾斜一下再组装。”在刘宏文的指挥下，重新组装完毕的划片机开始新一轮测试。气缸喷水罩是刘宏文一直主抓的项目。两年前一次偶然的机会，他发现喷水的角度、速度对切割刀片的锐角保持度、冷却效果、产品精度都可能产生影响。在此基础上，刘宏文对划片机进行气缸喷水罩的改造，每天泡在组装车间和实验室里，目光在刀片与喷水设备间跳动，实时监测两者之间的运动规律。耗时近两年，刘宏文用于测试的硅片样本不计其数。最终，他研发的技术不仅提高了多型号划片机的精准度，还荣获“盛京杯”沈阳工业设计大赛职工发明设计赛科技型企业组金奖。

其实，测试阶段出现问题是常态，一款新机器，测试数月是常有的事，造成错误的原因也是千奇百怪。到了微米级别，每个环节的疏漏都会对切割结果产生影响。这时在工程师的头脑中，就应瞬间蹦出至少100个问号，然后再挨个儿否定，一一排查，用排除法找出问题的根源。刘宏文记得，为能将精度提高1微米，他和班组成员有一次做了近千次的测试。

“那段时间，我们每天都在找错，也提出了很多个假设，例如，如果把机器底座垫平，或者改变喷水的角度，会不会提高精度？”石文深知，找错并不容易，也许组员提出了100种假设，可最终都不可行。不过，哪怕只有一个假设经验证能将精度提高1微米，都是令人振奋的。

实验室里，一台陈旧的设备与崭新的环境显得格格不入。尽管这台设备早已退役，但石文仍将它视作宝贝。他打开机器的侧门，指着里面的一个孔说：“残余应力就是这么被攻破的，如今这项技术已成为企业的一项核心技术。”石文回忆，原本设计精良的划片机，工作几年后精度就会出现微米级的偏差，偏差一旦扩大就会降低加工良品率，这是客户不能容忍的。起初他们怀疑过刀片，怀疑过主轴，也怀疑过显微镜。把所有的错误可能一个个列出来，挨个儿去验证。他们对机芯进行过检测，对联轴器、丝杠导轨、变频器、驱动器……都做过试错模拟，最终也是经过了近百个问号的尝试，才将问题找出。针对这一问题，他们采用了一些降低残存内应力的方法，最终解决了这一问题。石文感叹，在高速发展的芯片领域，很多事情都是没有模板可循的，有时候找出问题所花费的时间远远大于解决问题的时间。

“十几年前，芯片产业链中的关键一环——切割领域，曾长期被外国垄断，某家国外企业生产的划片机占据了国内90%的市场份额。”石文停下手里的工作，举起双手活动了下脖颈，谈起了和研科技的企业使命，“我们做的这些工作，就是为了打破国外技术封锁，把国产半导体磨划设备提升到世界先进水平。现在，公司研制出多款具备国际领先水平的国产替代产品，推动了咱们国家集成电路产业的发展，为半导体封装设备国产替代提供了值得信赖的选项。”

国产替代

在半导体行业的发展历程中，划片机扮演了至关重要的角色。以当今最为普遍的12英寸晶圆为例，一张晶圆上可光刻出七八百枚芯片，通过划片机将这些芯片完好分离。近几年，我国划片机企业如雨后春笋般涌现，在6英寸、8英寸，甚至12英寸划片机领域都已有了创新性突破，但在良率及稳定性方面还有一定的提升空间。划片机机械工程师致力于提高设备的精度、稳定性和生产效率，为芯片的快速发展、半导体制造企业提供可靠的设备支持。

划片机机械工程师在国内现在仍是一个相对新颖的职业。由于国内起步相对较晚，划片机长期被国外垄断，一些专利也都被抢先注册了，想要弯道超车，困难可想而知。

石文回想起2014年刚踏入这一领域时，国内企业想要发展，连试错的机会都没有。“国外发展得早，很多国内的芯片企业第一批划片机用的都是外国产品，为了避免风险，他们是不愿轻易更换厂家的。而测试对于高精度的划片机异常重要，没有真刀真枪地将机器搬到企业车间里运转，再好的想法都是空谈。”为了能让国内的企业用上他们的划片机，和研科技曾大胆承诺，若设备出了问题，公司愿承担造成的芯片损失。这样的承诺在国外是从来没有过的。

此时，已嗅到芯片发展风向的中国企业开始奋力猛追。为进一步打破外国垄断，石文与工友开始研制前沿机型——12英寸高精度全自动晶圆划片机。从设计图纸到加工、组装，第一台样机的诞生，共用了不到半年时间。然而，最终测试却耗时1年，其中一个原因便是测试受限。

对此，石文略显无奈：“对我们体量比较小的设备厂家来讲，测试是挺头疼的。测试要用到大量的材料，将带有芯片的晶圆放进划片机中进行切割，成本是一方面。同时，设备对良率要求非常高，我们在给客户发货之前也不是说特别有信心，所以肯定要进行很多轮的反复测试。如果只测试10片、20片，对方会觉得不够充分。”新研发的机器在前期测试阶段易出现问题，比如切割精度不达标、定位精度不够、喷水不好等，每改动一次，就要再重新进行多轮测试，前前后后可以说测试了无数遍。

每一道精准划线的背后，是石文和工友上百次的反复测试结果。有一次，石文正要下班，突然接到客户反馈，其中一台划片机的误差扩大了一倍。石文深知问题的严重性，索性放弃休息加班查找问题。“经过很多次问题排查，最终找出了问题所在，是主轴长时间高频联动，使得设备里的显微镜出现了移位，导致切割精度偏差。”石文说，问题找到了，解决起来就比较简单了，他们在结构上做了一个隔震措施，通过软连接减轻显微镜的晃动，彻底解决了这一问题。这席话透着轻松，却让听者忽略了攻关过程的艰难。

正是这些划片机机械工程师对精度的较真，对困难不断创新攻坚，帮助和研科技先后斩获国家级专精特新“小巨人”企业、辽宁省制造业“单项冠军”企业、辽宁省瞪羚企业等多项荣誉称号。“我们的国产精密划片机不仅打破了进口设备对中国市场的垄断，推动了我国集成电路产业的发展，还为半导体封装设备国产替代化作出了卓越的贡献。”和研科技工会主席鞠仁忠说。