长征七号火箭腾空而起,进入预定轨道,在中国航天科工集团公司研制的声表面波滤波器的工作下,发射漏泄信号和杂波干扰音等“小魔兽”被关在“传送门”外,通讯信号清晰准确地传回地球。
火箭运行中一旦有了信号干扰,地面接收到的信息查看起来就好像是观看一台布满 “雪花点”的电视机。有了航天科工研制的声表面波滤波器,轻松过滤掉各种干扰信号,发射场指控中心可以清晰接收准确信号,就像白色幕布播放的模糊影片一下子进化成了iMAX3D。
声表面波滤波器的主要作用是过滤信号,因体积小、重量轻、可靠性高等特点,在航天器系统的传输系统、通信分系统等关键部位中广泛应用。航天科工一下属单位是我国航天器用声表滤波器的指定生产厂家,承担了我国90%以上的星用声表面波滤波器的研制任务,致力于声表面波技术及其相关产品的研发,拥有的生产线通过了宇航级生产线认证,代表了国内元器件研制的最高可靠性水平。
制造“天语传音”的“白精灵”
长征七号火箭一路上天直奔太空,沿路上电磁环境复杂、杂散噪声信号众多,火箭如何能清晰“说话”,将信息准确发送给地面,靠得就是“身体”里指甲盖大小的声表面波滤波器。这些神奇的“天语传音”者,来自中国航天科工集团公司的所属单位。
百级生产超净环境,经过除尘、除静电、风淋等多道程序才能进入生产线,生产者常年白衣白帽白口罩紧裹,生产产品的最细线条相当于头发丝直径的1/200,操作需要在高倍显微镜下进行。这群神秘的“白精灵”,正是声表面波滤波器的制造者们。由于常年工作在超净间, 与外界几乎隔离,即使是同在公司工作很久的其他部门同事,对他们的工作内容也不甚了解。
“金字招牌”的军令状
2014年,航天科工接到长征七号箭载宇航级高可靠声表面波滤波器的研制任务。用户表示,要小、要轻。
声表面波器件是火箭上分系统的核心元器件,主要配套于信号处理系统,由于大气层、临近空间和太空中的电磁环境复杂,杂散噪声信号众多,声表面波滤波器的主要作用就是滤除噪声信号,保证载波信号传输流畅,不失真。
考虑火箭发射和空间运行过程中近乎严苛的极冷极热、失重超重等极端环境,器件可靠性高、寿命长,更是不能放松的质量目标。
接到项目,团队便感受到了从未有过的难度与压力。
然而仅仅是感到。
工艺师出身的边总一接到任务就召集工艺团队着手进行方案策划。
“一直以来,咱们公司承担着中国航天宇航级声表面波器90%以上的研制生产任务,生产线出来的产品就是一道‘金字招牌’,这次也要保证一次成功、万无一失!”
长征火箭所使用的声表面波器件,体积最小的不足手指甲的四分之一,需要经历37道精细复杂的制造工序才能完成,从年近退休的老师傅到刚刚入职的95后,生产线上的每一个人都对本工序的质量把控都有同样严格的标准。
“做好自己份内的事,保证份内的事不出事。”作为一名从业20余年的资深检验员,姚师傅表达得朴实。
技术,为“长七”而生
声表面波滤波器工艺队伍平均年龄不足30岁,工作时间最长的也仅有10年。团队里的小鲜肉虽然年纪小,却学历高、有冲劲。
加工时,要在尺寸不到1平方毫米的半透明衬底上,成百上千根线宽仅为头发丝直径1/40的芯片电极密集排布。肉眼根本无法看见。并且光线在半透明衬底上有各个方向的折射与反射,极大增加了加工难度。
经过多轮研试,制作出的产品与设计要求总是存在差异,器件的性能无法达标。
在实验间摸索了几个月,休息时间查阅大量文献,并积极与生产厂家交流,最终想出了点子。他优化了整套工艺方案,最终实现精准制作,不但解决了“长征七号”的需求,还把声表滤波器的一致性和准确性提升了20%以上。
解决一个“拦路虎”,又添一个“堵路石”。
火箭需要脱离地心引力需要至少7.9km/s2的加速度,而声表滤波器芯片的声学性能和材质限制决定了芯片不能采用高强度固定方式。
为了实现器件的小型化,工艺团队缩小了外壳尺寸,要求粘接工艺精度极高,但容易引发一系列可靠性问题。
如何保证可靠性成为摆在团队成员面前的一道难关。
战斗力是如何形成的
工艺团队负责人陈总自豪地说,“我们是有责任感、战斗力强的队伍”。
项目研制攻关的时候,团队小倪的孩子病了,年轻的母亲放下手中的工作匆忙赶去医院,照看了一天发现病情稍有好转,她便将孩子委托给婆婆照顾,自己又返回单位继续,结束一天的工作回到家中,孩子早已睡去。
贺总有一次回老家探亲,和邻座的乘客聊天,5个多小时后车到站,临下车前对方问到:“小伙子你挺厉害啊,一路上也没见你去趟厕所?”
“我这也是平时工作需要,经常要在操作间连续工作很长时间,由于出入净化间频繁更换净化服会引入灰尘颗粒影响车间洁净度,所以喝水少,时间一长,都练出来了。”
“你也不看看这是谁做的产品”,每当谈论起攻克一个个技术难点时,自豪感和成就感浮现在每一个团队成员的脸上。
在器件的研制过程中,可靠性是一条红线,器件性能再好,没有可靠性根本无法使用。
在某次测试时,徐浩发现在经历高低温瞬间的剧烈变化时,测试器件性能产生波动。
这幽灵一般闪现的问题让小徐绞尽脑汁,他将各种可能的因素以及故障模式综合归类,画出5页A4纸的故障分析树。两个月的时间,他为了这几秒钟的波动,进行了上百次试验,问题终于被准确定位,并找到相应的解决措施。
一轮轮工艺试验、一次次技术改进,为航空航天系统、国防武器装备配套着可靠的产品,为用户提供着优质的服务品,这就是在“长征”路上的航天科工声表面波滤波器工艺团队。为实现中国梦、航天梦,一群“白精灵”正在不断努力!
文:王永安、陈瑞、陈佳佳
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