芯片原子钟 不再“卡脖子”
2023-09-07 51

  “嘀嗒”“嘀嗒”……一贯糊口中,时钟的准确度依赖于钟摆有规定地摆动。但时钟精度再高,每年也会有1分钟驾御的偏差。当然对闲居生存没有劝化,但在对时刻精度要求很高的临蓐、科研中,则提供更确切的计时器材。

  且则,寰宇上最确切的计时器械便是原子钟,其精度可来到每2000万年差错1秒。不日,国内首条芯片原子钟坐褥线在天津滨海高新区企业——天津华信泰科技有限公司(以下简称华信泰)完成投产。该分娩线万台,它的投产阐述全班人国在芯片原子钟周围冲破了国外控制,突破合键器件“卡脖子”题目,满足了相干规模的火速需要。

  原子钟操纵原子吸取或释放能量时发出的电磁波实现计时。这种电磁波突出平定,再加上一系列细密仪器的担负,包管了原子钟计时的实在性。目前用于原子钟的元素有氢、铯、铷等。

  开始原子钟是物理学家成立出来用于探求六闭脾气的仪器。可是,随着科学本领的赶过,时频精度的重要性日益凸显,听起来宏壮上的原子钟也越来越接“地气”。例如,全部人所熟知的北京时刻,即是全六闭150多台原子钟合伙准时并加权匀称后的终归。各种电力格局、通信格式都离不开高精度的原子钟。

  不外,由于体积大、功耗高、价格贵,原子钟未能的确加入平常电子类消失商场。

  “芯片原子钟的呈现解决了这个题目,其体积小、功耗低、精度高、可量产,很好地增添了古板原子钟的阛阓空白。”华信泰董事长梁小芃介绍,芯片原子钟是利用量子物理学的相干布局监管(CPT)道理创办的一种新型原子钟——由于不再需要微波谐振腔器件,以是或许可靠做到微型化。

  比拟于古板原子钟,芯片原子钟是且则唯一或许用电池供电、长时候工作的原子钟。手脚电子消息技艺中时辰频率技术界限的中央根本器件,芯片原子钟的行使前景出格昌大,从航空航天、卫星导航,到通信、海底勘探、物联网等界限均可应用。

  芯片原子钟是一种高精度计时装置,坐褥制造工艺优秀零乱。在这次华信泰芯片原子钟临蓐线投产之前,环球仅有一家美国公司实现了芯片原子钟的范畴化坐蓐。其时,国内用户念要进货国外的芯片原子钟,“买不起”“不好买”是常态。

  为冲破这一独揽局面,华信泰的研发团队从2010年起,就担当起了芯片原子钟项目标研发职责。

  “芯片原子钟是微体例武艺与量子物理的圭臬团结行使,跨学科、跨专业,涉及物理、化学、质量等浩瀚范围,研起事度很大。主要身手难点集中在真空封装和微式样集成技能上。”梁小芃举例,比方在真空封装研发方面,我们们过程几百次测试,几次筹商治疗机合盘算、对比实验质地采选和温度提拔、不断刷新工艺哀求等,才结尾抵达权且高良品率的封装结果。

  梁小芃指着比家庭常用的小闹钟还要小的芯片原子钟说,华信泰历时10年联系,笃志攻合,始末自助研发,突破了芯片原子钟的关键技术,所临蓐的芯片原子钟产品总共具有自助知识产权。

  芯片原子钟不但要在本事上赢得冲破,还要有竣工量产的才气。“在举行海底煤油勘探时,大概供应把几千个芯片原子钟安置在海底勘探节点上,这就提供我们们有范畴化临蓐的能力。”华信泰总经理刘瑞元叙,“全部人们对范畴化坐褥工艺的探寻也是从零首先,比如芯片原子钟的真空封装工艺和贴片工艺等,精度都达微米级,稍有纰谬就会导致产品自在性和同等性变差。”

  历时4年,华信泰竣工范围坐褥的工艺搜索。这种树立体例凑合厂房空间、配套设施等软硬件处境的须要额外冷漠。为了加疾公司芯片原子钟资产化落地速度,从2021年开初,天津滨海高新区在“党筑引领合伙创制”理想请示下,与华信泰团队就选址题目举办了多轮对接,终末找到了兼具区位交通优势、厂房挑高优势、厂区配套法子优势的厂房举办落地。

  厂房中,供电安排、空气净化配置、废水废气处理铺排等8套大型铺排泯没了厂房面积的三分之二支配,而这些配置全数任事于用来坐蓐的400平方米明净间。

  国内首条芯片原子钟分娩线由光刻机、真空封装机、深硅刻蚀机等设备组成,可杀青芯片原子钟器件临盆和检测、物理体系真空封装、芯片原子钟功效实验等全套分娩历程,完善年产万台的临盆才气。

  别看芯片原子钟个头不大,但夙昔依附进口市价格不菲。“分娩线修成后,大范畴临蓐可大幅度下降芯片原子钟的资本。”刘瑞元对科技日报记者说。

  芯片原子钟完毕量产,也鞭挞了好多行业的发展。比方可驱使海底勘探节点(OBN)的行使,从而使所有人国海底煤油勘探产生革命性升级。

  梁小芃举例谈,举行石油勘测时可在海底投放上万个以芯片原子钟活动要旨器件的OBN,每一个节点都仔细央求时刻同步。而且在海底布放时刻较量长,对电池的依靠性比拟大,芯片原子钟的低功耗恰恰或者中意这一点。运用以芯片原子钟运动主旨器件的OBN举办勘测较古板勘察方法成本更低、无误度更高,并且还进一步伸张了勘察面积。

  梁小芃闪现:“这条临蓐线的投产,不仅符号着我国很久被外洋主持的芯片原子钟‘卡脖子’技术杀青了冲破,更严沉的是胜利将技能产品杀青了财产化。下一步所有人将凭据坐蓐须要、应用需要进一步增添产能。不久的他日,公司将设立年产十万台乃至百万台的临蓐线。在研发方面,大家们也会紧扣国际国内趋势,对产品举行跳班,不断改变换代,推出更前辈、体积更小、功耗更低的产品,力求走在国际前线。” (本报记者 陈曦)