第255章 发展的瓶颈，林阳的新计划
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林阳回到办公室,看着桌上堆积如山的公文,不禁长长地叹了一口气。
这是他请假回来后的第一天。
眼前一片狼藉的桌面显示出,这几天工业部为了全力推广他研发的顶底复吹转炉技术,各地汇报而来的材料几乎淹没了他的办公桌。
林阳随手拿起一叠厚厚的文件翻阅起来。
那都是各地钢铁工厂关于转炉建设进度的详细报告,上面用数据和图表列举出各区域的项目进度、存在问题和提升效率的对策建议。
光是数量就高达几十份之多。
林阳很快浏览完其中的几份报告后,不禁会心一笑。
这说明在他请假期间,转炉技术传播和应用的进度非常迅速,各地的钢铁工人都在争分夺秒地建设转炉,力求尽早提升钢铁产量。
这正是林阳最为欣慰的。
这项改革命的新工艺一旦批量应用,势必会成倍地提升国家的钢铁产量,直接带动相关行业和国民经济的飞速发展。到时,种花国将迎来前所未有的钢铁繁荣时代。
但与喜悦之情同时,林阳也深知,迅猛增长的钢材产量同时也会衍生出另一个严峻的问题——加工设备跟不上。
现在钢铁原料的供给已不再是制约发展的瓶颈。
转炉的应用必将在很短的时间内使钢材产量翻上两三倍。
但是,如果加工钢材的机床设备和生产线的自动化水平还停留在当前的状态,那对快速增长的钢材加工需求就将力不从心。
一旦加工环节跟不上,过剩的钢材也将成为新的瓶颈。
林阳沉吟片刻,很快得出了结论——现在最紧迫的任务,就是要大力推进工厂的自动化改造和升级。
要实现真正的柔性生产和智能化车间,就必须大规模地应用数控技术,让机床设备拥有快速切换生产工艺的能力。
目前大部分机床依然是通过简单的打孔编程来实现基础的数控功能。
但这种编程方式有着明显的弊端,对于不同产品型号,都需要重新编写相应的打孔指令,不仅麻烦费时,而且容易出错。
每次产品更替都需要重新编程调试,很难实现柔性变批生产。
如果能够研发出更先进完善的数控系统,并在机床上配备小型的微处理机,就可以通过软件形式输入不同的加工指令,实现快速切换不同的生产模式,大大提高工厂的生产效率和适应性。
这将是实现真正的柔性自动流水线生产的关键所在。
但是,要实现这一目标,当前面临的最大障碍就是缺乏微型计算机。
要制造出比第二代计算机还要小上数倍的微型计算机,就必须大规模地应用集成电路技术,也就是微芯片。
如今的计算机还都是由个别离散的晶体管和电子元件组成,体积非常庞大。
要进入微型计算机时代,就必须制造出集成电路芯片,将更多的晶体管和电子元件高度集成,安装在一块约为指甲盖大小的微芯片上,一个芯片上就可以集成成千上万个电子元件。
这才能突破体积的限制,做出个人计算机那样体积的微型计算机。
所以,现在最迫切需要的,就是能够批量制造集成电路芯片的关键设备——光刻机。
只要具备了光刻机,才能开始批量生产集成电路,使各类精密仪器和微型计算机的制造如雨后春笋般繁荣起来。
这个世界终将被芯片改变,而打开通往新世界大门的钥匙,就在光刻机上。
林阳凝神思索着,如果能提前研制出光刻机,他就可以尽早着手开始新一代个人计算机和数控系统的研发工作。到时,种花国第一流水线自动化车间的建设也指日可待。
想到这里,林阳不禁双眼放光。他知道自己接下来最重要的使命,就是集中精力研制光刻机,让种花国早日迎来集成电路芯片时代的来临!
林阳收敛心神,开始认真地思考光刻机的研制方向。
他知道,光刻机是一种用来在硅片上描画集成电路图形的机器。最基本的工作原理,是使用紫外线光源通过保护层上的精密图形,将光线照射到硅片表面的光敏胶上,使部分区域固化而实现图形转移。
简单来说,就是需要在硅片上精确地描绘出微米级的电路图形。所以光刻机的核心就是要解决精密对位和绘制的问题。
林阳搜索着自己记忆库里的相关知识,很快就找到了具体的设计方案。
首先,硅片的精密对位可以通过真空吸盘进行。将硅片用真空吸盘吸住固定,再放在一个精密的xY方向移动平台上,通过微米级的步进电机来驱动移动,按照程序控制图形的绘制。
其次,要实现绘图,就需要准确的光源。这里他想到的方案是使用准直光学系统,也就是激光器加柱镜的组合。激光能产生高度平行的光束,经过柱镜校正后更加精准,这样才能在硅片上描画出清晰的微细图案。
最后,需要有自动化的控制系统来驱动和协调整个光刻过程,这里自然就要用上他期望已久的数控技术。通过设计一套基于微处理机的数控系统,输入绘图程序,就可以实现对光刻全过程的自动控制,无需人工介入。
想到这里,林阳不禁点点头。理论上来说,只要解决了这三个核心问题,要研制出工作精密可靠的光刻机也不是难事。
当然,要做到实际应用还需要考虑更多细节,比如图形缩放系统的设计,光刻时光源的准确控制,光阻层的选择配比等等。但只要有了正确的思路,细节也好解决。
林阳沉吟片刻,继续细化光刻机的设计思路。
首先是缩放系统的设计。光刻绘图需要在硅片上精确描绘出极小的电路图形,但绘图的原图大小与实际比例还有很大差距。为了实现从原图到芯片尺度的精确缩放,需要设计一个高倍率的光学缩放系统。
林阳思索着,这里可以采用多级透镜组合的方案。先用几组缩小型的球面透镜实现初步缩小,然后再通过高倍率的物镜进行二次精密缩小,这样就可以使原始电路图形精确地缩小数百甚至数千倍,投影在硅片上进行曝光绘图。
接下来要考虑的是光源的控制问题。光刻过程需要保证光线的高度平行和稳定,才能描画出清晰的图形。所以除了校准光路的柱镜外,还需要对激光器输出进行监控。林阳认为可以加入自动功率控制系统,实时检测光强波动并反馈调节,保证输出稳定在设定值。
然后是选择光阻材料。光刻所用的光阻层直接影响到图形边缘的清晰度。林阳记得早期光刻使用的是简单的胶片光掩模。为了获得更好的效果,需要研发专门的光阻胶液。这方面可以组织化学专家进行针对性的研发。
此外,还要注意光刻时的温湿度环境控制。图形的精细度非常敏感,需要保持在标准状态之下进行。这需要配备温控系统和气体过滤净化装置,控制车间环境。
把这些关键细节都考虑到位后,光刻机的研制就可谓是万事俱备。林阳已经能够清晰地描绘出整个设计方案了。
当然这些东西只是他之前获得的设备和理论知识。
想要真正的制造，还需要一些准备。
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林阳回到办公室,看着桌上堆积如山的公文,不禁长长地叹了一口气。
这是他请假回来后的第一天。
眼前一片狼藉的桌面显示出,这几天工业部为了全力推广他研发的顶底复吹转炉技术,各地汇报而来的材料几乎淹没了他的办公桌。
林阳随手拿起一叠厚厚的文件翻阅起来。
那都是各地钢铁工厂关于转炉建设进度的详细报告,上面用数据和图表列举出各区域的项目进度、存在问题和提升效率的对策建议。
光是数量就高达几十份之多。
林阳很快浏览完其中的几份报告后,不禁会心一笑。
这说明在他请假期间,转炉技术传播和应用的进度非常迅速,各地的钢铁工人都在争分夺秒地建设转炉,力求尽早提升钢铁产量。
这正是林阳最为欣慰的。
这项改革命的新工艺一旦批量应用,势必会成倍地提升国家的钢铁产量,直接带动相关行业和国民经济的飞速发展。到时,种花国将迎来前所未有的钢铁繁荣时代。
但与喜悦之情同时,林阳也深知,迅猛增长的钢材产量同时也会衍生出另一个严峻的问题——加工设备跟不上。
现在钢铁原料的供给已不再是制约发展的瓶颈。
转炉的应用必将在很短的时间内使钢材产量翻上两三倍。
但是,如果加工钢材的机床设备和生产线的自动化水平还停留在当前的状态,那对快速增长的钢材加工需求就将力不从心。
一旦加工环节跟不上,过剩的钢材也将成为新的瓶颈。
林阳沉吟片刻,很快得出了结论——现在最紧迫的任务,就是要大力推进工厂的自动化改造和升级。
要实现真正的柔性生产和智能化车间,就必须大规模地应用数控技术,让机床设备拥有快速切换生产工艺的能力。
目前大部分机床依然是通过简单的打孔编程来实现基础的数控功能。
但这种编程方式有着明显的弊端,对于不同产品型号,都需要重新编写相应的打孔指令,不仅麻烦费时,而且容易出错。
每次产品更替都需要重新编程调试,很难实现柔性变批生产。
如果能够研发出更先进完善的数控系统,并在机床上配备小型的微处理机,就可以通过软件形式输入不同的加工指令,实现快速切换不同的生产模式,大大提高工厂的生产效率和适应性。
这将是实现真正的柔性自动流水线生产的关键所在。
但是,要实现这一目标,当前面临的最大障碍就是缺乏微型计算机。
要制造出比第二代计算机还要小上数倍的微型计算机,就必须大规模地应用集成电路技术,也就是微芯片。
如今的计算机还都是由个别离散的晶体管和电子元件组成,体积非常庞大。
要进入微型计算机时代,就必须制造出集成电路芯片,将更多的晶体管和电子元件高度集成,安装在一块约为指甲盖大小的微芯片上,一个芯片上就可以集成成千上万个电子元件。
这才能突破体积的限制,做出个人计算机那样体积的微型计算机。
所以,现在最迫切需要的,就是能够批量制造集成电路芯片的关键设备——光刻机。
只要具备了光刻机,才能开始批量生产集成电路,使各类精密仪器和微型计算机的制造如雨后春笋般繁荣起来。
这个世界终将被芯片改变,而打开通往新世界大门的钥匙,就在光刻机上。
林阳凝神思索着,如果能提前研制出光刻机,他就可以尽早着手开始新一代个人计算机和数控系统的研发工作。到时,种花国第一流水线自动化车间的建设也指日可待。
想到这里,林阳不禁双眼放光。他知道自己接下来最重要的使命,就是集中精力研制光刻机,让种花国早日迎来集成电路芯片时代的来临!
林阳收敛心神,开始认真地思考光刻机的研制方向。
他知道,光刻机是一种用来在硅片上描画集成电路图形的机器。最基本的工作原理,是使用紫外线光源通过保护层上的精密图形,将光线照射到硅片表面的光敏胶上,使部分区域固化而实现图形转移。
简单来说,就是需要在硅片上精确地描绘出微米级的电路图形。所以光刻机的核心就是要解决精密对位和绘制的问题。
林阳搜索着自己记忆库里的相关知识,很快就找到了具体的设计方案。
首先,硅片的精密对位可以通过真空吸盘进行。将硅片用真空吸盘吸住固定,再放在一个精密的xY方向移动平台上,通过微米级的步进电机来驱动移动,按照程序控制图形的绘制。
其次,要实现绘图,就需要准确的光源。这里他想到的方案是使用准直光学系统,也就是激光器加柱镜的组合。激光能产生高度平行的光束,经过柱镜校正后更加精准,这样才能在硅片上描画出清晰的微细图案。
最后,需要有自动化的控制系统来驱动和协调整个光刻过程,这里自然就要用上他期望已久的数控技术。通过设计一套基于微处理机的数控系统,输入绘图程序,就可以实现对光刻全过程的自动控制,无需人工介入。
想到这里,林阳不禁点点头。理论上来说,只要解决了这三个核心问题,要研制出工作精密可靠的光刻机也不是难事。
当然,要做到实际应用还需要考虑更多细节,比如图形缩放系统的设计,光刻时光源的准确控制,光阻层的选择配比等等。但只要有了正确的思路,细节也好解决。
林阳沉吟片刻,继续细化光刻机的设计思路。
首先是缩放系统的设计。光刻绘图需要在硅片上精确描绘出极小的电路图形,但绘图的原图大小与实际比例还有很大差距。为了实现从原图到芯片尺度的精确缩放,需要设计一个高倍率的光学缩放系统。
林阳思索着,这里可以采用多级透镜组合的方案。先用几组缩小型的球面透镜实现初步缩小,然后再通过高倍率的物镜进行二次精密缩小,这样就可以使原始电路图形精确地缩小数百甚至数千倍,投影在硅片上进行曝光绘图。
接下来要考虑的是光源的控制问题。光刻过程需要保证光线的高度平行和稳定,才能描画出清晰的图形。所以除了校准光路的柱镜外,还需要对激光器输出进行监控。林阳认为可以加入自动功率控制系统,实时检测光强波动并反馈调节,保证输出稳定在设定值。
然后是选择光阻材料。光刻所用的光阻层直接影响到图形边缘的清晰度。林阳记得早期光刻使用的是简单的胶片光掩模。为了获得更好的效果,需要研发专门的光阻胶液。这方面可以组织化学专家进行针对性的研发。
此外,还要注意光刻时的温湿度环境控制。图形的精细度非常敏感,需要保持在标准状态之下进行。这需要配备温控系统和气体过滤净化装置,控制车间环境。
把这些关键细节都考虑到位后,光刻机的研制就可谓是万事俱备。林阳已经能够清晰地描绘出整个设计方案了。
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