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    學者?學生

    樊希安:解決5G光通信“卡脖子”難題

    發布者:程毓發布時間:2022-06-21瀏覽次數:2375

    記者禾正青 

        在5G通信傳輸中,如果有超過0.1攝氏度的溫度波動,網絡信號可能就不穩定,因此需要精準控溫的制冷芯片。這類高性能芯片,我國光通訊企業全部從日本、美國和俄羅斯進口。自從中美貿易戰以來,從國外進口Micro-TEC芯片變得越來越困難,嚴重影響了我國5G光通訊行業的發展。

        我校材料與冶金學院樊希安教授帶領科研團隊,經過十八年的科技攻關,不僅研發出滿足光通信器件的高性能芯片,而且近日實現規模投產下線,打破了國外技術壁壘,為通信企業解決了恒溫芯片“卡脖子”難題。

        在樊希安創辦的公司里,幾十名工人正在緊張地工作。樊教授小心翼翼拿出一個1.6×1.6毫米的芯片:“這個微型半導體制冷芯片是國內首批微型制冷芯片?!彼榻B,這樣的芯片以往從國外進口,原材料每噸需要兩百萬人民幣,現在我們自主研發,原材料每噸降至幾十萬人民幣。  

    帶著團隊創新創業

        打破國外的技術壟斷,降低產品的價格,是樊希安研發的初衷。他帶著團隊師生,緊盯“冶金、材料行業的應用基礎及其關鍵技術”,在實驗室里反復攻關,“一些關鍵領域的技術,無法通過查閱論文獲得。我們對材料進行大量實驗,有時候經過千百回實驗,才慢慢總結摸索出關鍵技術?!?/p>

        歷經十多年研究,樊希安團隊在熱-電轉換溫差發電技術、磁-電能量轉換技術、輻射換熱技術及其關鍵新材料領域取得了一個又一個突破。

        “基礎研究要面向科學前沿,應用研究要面向市場需求?!狈0伯a生了創業的念頭,“開辦公司、轉化成果?!弊銎髽I需要團隊、資金、管理、市場,他開啟了一段艱難的創業歷程。

        2011年,樊希安在江蘇張家港成立了公司,致力于高溫紅外輻射節能涂層產業化。第一次創業,沒有經驗、沒有資金、沒有廠房、沒有工人、沒有設備,前期十分艱辛。

        堅持幾年后,公司開發了6個系列高溫紅外輻射材料與涂層技術并實現量產,成功在南京鋼鐵、美的集團、清江化工等高溫工業企業實施,為高耗能企業的節能減排做出了貢獻。

        但長時間在武漢、張家港兩地奔波,還要忙教學和科研,盡管公司已經盈利,樊希安考慮再三,決定將生產基地遷回湖北。

        2015年前后,湖北省相繼出臺“科技十條”“新九條”,賦予高校和團隊科技成果的使用權、經營權和處置權。2017年,武科大出臺鼓勵教授在崗、離崗創業管理辦法,并成立26個平臺機構,促進成果落地轉化。

        在一次校企對接活動中,武科大向鄂州市昌達資產經營有限公司推薦了樊希安的項目。起草合同、修改協議、注冊場地、評估資產……學校為樊希安轉化科技成果“全程護航”。

        2018年初,樊希安帶領2名教師和4名碩士畢業生,以技術入股注冊成立湖北賽格瑞股份有限公司,成為武科大第一家學校參股、教授創業的企業。樊希安成為武科大科技成果轉化新政策出臺后的首個教授創業的“實踐者”。 

    打破成果轉化的壁壘

        技術的突破并不意味著科研成果的實用化,成果的轉化往往需要長期持續的投資、科學的管理和專業的技術人才等多方面投入,并且面臨失敗的風險。

        芯片材料的生產技術要求極高。樊希安說,就拿一塊1.6×1.6毫米的微型半導體制冷芯片來說,主工序近40道,輔助工序近100道,從原料到成品,從材料切割到封裝,任何一個環節出現偏差,都有可能前功盡棄。
         芯片剛剛開始量產時,為尋找一種固定器件的黏合劑,他和助手買來市場上的50多種膠水,經過近一個月的反復比較試驗,才找到最合適的。

        沒有熟練的技術工人,沒有現成的經驗遵循,起初的大半年,生產廢片率極高。  “一開機就是十幾萬元,做出來卻是一堆垃圾,雖然工資照常發,一些員工還是失去了信心?!狈0舱f,公司兩位高管在一個月里相繼離職。
         “大家一定要對我們的技術有信心!”樊希安沒日沒夜守在車間,給員工打氣。最艱難的時候,他與技術人員住在公司,和大家一起解決問題。

        恒溫芯片的外觀尺寸只有幾毫米,對精度要求達到5微米。為了精準制造出幾毫米的芯片,樊希安帶領團隊自制了幾十套模具,反復實驗才獲得成功。

        兩個月后,生產廢片率基本控制在3%,公司迎來了第一筆22.8萬元的訂單。之后,又簽下500萬元熱電芯片銷售訂單,終于打破科研成果與實際應用間的壁壘。    

        樊希安研發的半導體芯片,有兩大應用方向,一是制冷,二是溫差發電。在公司展示區,樊希安演示了溫差發電技術在生活中的應用。智能可穿戴設備利用體溫發電電池,核心是一塊感應到溫度就會產生電壓的芯片。人體和環境溫差越大,可發電量就越多。一塊只有大拇指大小的芯片,就可以為智能手表、手環等可穿戴設備供電。

        “樊教授是一個有強烈家國情懷的人,他一直告訴我不要唯論文,要求我們做有科學價值和應用價值的研究?!?020級博士生胡曉明,從本科開始就跟隨樊希安做研究、搞創業。

        胡曉明說,樊教授經常和大家探討,科技成果本身并不等同于現實生產力,“要勇于跨越科技成果轉化的‘死亡之谷’”。在跟隨樊教授創業過程中,他感受到,企業運營、產品展現、籌措資金,處處皆是學問。 

    瞄準5G光通訊市場

        微型半導體制冷芯片Micro-TEC,是5G通訊光器件精準控溫的唯一解決方案,確保光電轉換效率和網絡通信信號的穩定。樊希安介紹:“普通電子產品也會用到制冷芯片,例如許多手機在打游戲時會比較燙手。我們產品就像在手機內部裝了空調,給它降溫?!?/p>

        樊希安拿出一塊毫不起眼的小芯片:“這塊Micro-TEC芯片在制作工藝上,我們已經精確到了5微米,產品彌補了國內在該領域的空白,解決了國內無法生產超微型TEC芯片的瓶頸?!?/p>

        說完,他便“搗鼓”了起來,一臺簡易的半導體空調便開始制冷了,溫度表顯示28攝氏度的室溫,2、3秒不到已降溫至6攝氏度。

        經過四年的發展,樊希安團隊建成全球第一家掌握SPS技術批量制造熱電材料,國內率先掌握高強高優值n型碲化鉍熱電材料的批量制造,全球第一家掌握晶圓級封裝技術封裝Micro-TEC和Mini-TEC芯片的科研成果轉化平臺,解決了我國光芯片熱管理和精準控溫卡脖子的技術難題,打破國外技術壟斷,對助推我國5G產業發展具有重要意義。該項目技術已成功應用于東方電子、鴻昌電子、雷子克等多家企業,產生的經濟效益過1億元,取得了良好的經濟效益、社會效益和環境效益。

        在經營企業中,樊希安經常發現新問題。他把企業問題帶回學校,有針對性地做科研,再把科研成果帶到企業應用。2022年1月18日,樊希安教授牽頭的“5G光模塊用Micro-TEC芯片的產業化”項目,在第六屆中國光谷3551國際創業大賽全球總決賽獲得最高獎,也是唯一的特等獎;4月,樊希安團隊登上湖北省第二屆高價值專利大賽金獎的領獎臺。他培養的學生不僅在各類全國性科技學術競賽中多次獲特等獎、金獎,而且成為各行各業的高素養科研人才。

        展望未來,樊希安說:“計劃通過3-5年發展,建成2000萬只5G光模塊用Micro-TEC芯片的生產規模,實現銷售額5億元以上,帶動就業1000人以上?!?/p>

       

     

     

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