告别“洋心脏”，要把芯片自主权握在自己手里

众所周知，微镜芯片是众多精密仪器的心脏。TSV是半导体先进封装关键技术，该TSV赋能的MEMS微镜芯片可广泛应用于生物医疗、AR/VR、航空航天、光通信等多领域。

目前，北理微电院已完全实现集成TSV电热微镜芯片设计、晶圆级制造、封装、测试全流程的自主可控。这标志着，重庆成为全国唯一一个集定向研制和批量生产高性能、高集成度电热微镜芯片为一体的城市。

▲电热微镜芯片。雷键 摄

当前，重庆紧扣奋力谱写中国式现代化重庆篇章总纲领总遵循，迭代升级“六区一高地”建设体系构架，将目光瞄准集成电路赛道，扎实推动科技创新和产业创新深度融合，强化企业科技创新主体地位，在全球芯片领域的激烈竞争中逐风破浪，打造具有自主知识产权的“中国芯”。

在北京北理工中关村校区，调试微镜芯片为核心的微型近红外光谱仪到深夜，就在实验室外嚼馒头和泡面充饥；在重庆北理微电院微纳工艺线，两三层厚的塑胶手套常年戴着做微镜芯片流片，以至于手掌长期被汗水浸泡；北京和重庆1400多公里的路程，芯片勾勒起两座城市最密切的行程图……谢会开教授为这块芯片下线，付出了快30年的时间。

▲具有4寸和6寸兼容的金属刻蚀设备。雷键 摄

谢会开教授说道，“在芯片领域，我国一直依赖国外进口，‘断供’是国内很多企业长期面临的困境。所以，实现芯片的自主可控是国家急需。我们的第一步就是抓住芯片细分领域，实现单点突破、逐渐扩大。”

▲工程师在操作匀胶track。雷键 摄

而电热微镜芯片就是这样一款瞄准精密光学系统微型化、多功能集成化的芯片细分产品。重庆是我国第一块大规模集成电路芯片发源地，肩负起承接国家集成电路重大生产力布局的使命任务。

为此，北理微电院依托重庆在集成电路的产业基础，以及电科芯片、华润微电子、联合微电子中心等企业构建起的生态圈，开始了电热微镜芯片自主化量产的初步布局。

▲工程师在薄膜区操作磁控溅射设备。雷键 摄

“此前，我们的芯片主要是停留在设计端，依托苏州无锡的微纳工艺线进行芯片的流片制造。”北理微电院副院长姜森林博士介绍道，2023年底，北理微电院6吋MEMS微纳制造工艺线正式通线，也就此迈向了全流程自主化生产的第一步。

▲工程师在操作磁控溅射设备。雷键 摄

目前，该产线已成功实现芯片从设计、制造、封测等全流程的自主可控，而这块刚刚下线的电热微镜芯片，就是这条产线的最新成果。

▲晶圆在镀膜设备的传递腔室。雷键 摄

“当第一块芯片从我们的产线成功下线的时候，就意味着，在这个领域，我们已完全实现这块芯片的自主可控。”谢会开教授说道。

“如果同类芯片产品是100分，我们就是120分。”北理微电院MEMS芯片课题组汤跃博士说道。而这一份自信，则是源自于对自主研发的电热微镜芯片驱动性能的底气。

▲划片之后的电热微镜在显微镜下进行检测。雷键 摄

“在医学内窥成像应用中，与其它驱动技术相比，电热微镜芯片在封装尺寸、准静态扫描视场和驱动电压方面拥有无可比拟的优势。”他进一步介绍道，目前市面上看到的常见的电磁微镜体积太大、静电微镜电压太高、压电微镜扫描视场太小，仅有我们开发的电热微镜可满足所有指标。

▲电热微镜芯片。雷键 摄

“在微型近红外光谱仪的应用上，对比可以垂直移动的静电微镜芯片而言，国外售价在每颗一万元左右，而我们此次下线的电热微镜芯片可以实现更高性能且芯片成本大幅降低，真正把芯片价格’打下来’”。北理微电院微型光谱仪课题组彭喆博士说道。

▲硅晶圆在track的传递手臂上。雷键 摄

然而，一款芯片不仅自身性能要过关，稳定可靠，还要具备较强的上下游生态。“如今我们的芯片在驱动信号的响应时间，从最初的0.1秒已经降低至0.01秒，实现了量级上的跨越。”谢会开教授说道，MEMS芯片技术与集成电路芯片的结合，将催生出具有更强性能、更低功耗、更快速度、更多功能集成的超级芯片，我们正与产业链上下游进行合作共建，目前芯片产品已广泛应用在生物医疗、航天航空等多个领域，真正实现“中国芯”赋能“中国造”。

周期长、投入大、回报率低，这是横亘在集成电路产业跨不过的坎。

“在工业检测场景下，如精密元件的微米级缺陷识别或高速生产线上的表面质量监测，我们的电热微镜芯片赋能的3D深度相机和光学相干成像系统（OCT）通过快速、精准的光束偏转实现高分辨率扫描，可应用于汽车制造、新能源电池、半导体封装以及航空航天等高精度需求行业。如航空维修基地，通过该仪器，确定出仪器内部的划痕深度，可以更准确判断器件的可靠性和生命周期，赋能工业发展。”北理微电院智能微系统课题组博士刘泰隆说道。

▲晶圆自动滴光刻胶。雷键 摄

电热微镜芯片的面世，只是重庆集成电路产业发展的一个生动缩影。意法半导体和国内光电企业三安光电深化合作，打造了全国首条8吋碳化硅衬底和晶圆制造线；华润稳步推进12吋线上量和扩产，8吋晶圆线转型升级，打造国内具有综合竞争力的第三代半导体工艺能力；电科芯片推动国产汽车芯片自主可控，持续发力如特种芯片、先进计算等……

芯片是精密仪器的心脏，“洋心脏”正在成为过去。在迭代升级的“六区一高地”建设目标之下，一粒粒小芯片正站在时间的新赛道上，蓄势待发。

▲正在使用台阶仪表征芯片表面形貌特征。雷键 摄

“造‘芯’是一个漫长的过程，但坚持就对了。中国芯，一定能行！”看着工艺线下线的一个个晶圆，谢会开教授坚定地说道。