自開(kāi)展“強芯工程”以來(lái)，中國半導體制造國產(chǎn)化提速，力爭突破國外在芯片領(lǐng)域的封鎖，贏(yíng)得這立于科技之上的“戰爭”。為提升競爭力，半導體制造企業(yè)在芯片尺寸、性能和功能上尋求突破，芯片以納米為單位，朝著(zhù)更小、更快、更穩定的方向發(fā)展。但尺寸的縮小，帶來(lái)芯片對雜質(zhì)更敏感，任何細小的雜質(zhì)和污染物都可能對芯片性能產(chǎn)生顯著(zhù)影響，潔凈程度甚至影響了其電學(xué)性能、晶體結構、界面性能以及穩定性。
所以，清洗作為貫穿半導體制造工藝的重要環(huán)節，清洗液運輸的環(huán)境是否超潔凈，是否有雜質(zhì)進(jìn)入，輸出流量與環(huán)路液壓是否穩定關(guān)系著(zhù)芯片制造的良率。如何率先突破高密閉、超潔凈、強穩定的供液技術(shù)，成為國內半導體清洗設備廠(chǎng)商和科研院所奮起突破的關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)成果轉化的動(dòng)力。
2021年，采用永磁無(wú)軸承技術(shù)的超純凈泵產(chǎn)品問(wèn)世。該產(chǎn)品的動(dòng)力源為采用國內自主研發(fā)的磁懸浮無(wú)軸承電機，實(shí)現高密閉、無(wú)接觸、無(wú)磨損超潔凈環(huán)境下的清洗液高效運輸，填補了國內超純凈泵產(chǎn)品的空白，為半導體清洗設備廠(chǎng)商提供了國產(chǎn)替代的解決方案，解決了部分廠(chǎng)商遇到的進(jìn)口泵禁售困境。
這一技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)明者是一支來(lái)自南京航空航天大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“南航”)自動(dòng)化學(xué)院的電氣工程系高速電機研究室的團隊，博士研究生鮑旭聰便是團隊的核心成員之一。
完成技術(shù)攻堅，突破國內空白
鮑旭聰就讀的南京航空航天大學(xué)是我國最早從事磁懸浮軸承研究且取得較多研究成果的高校之一，自動(dòng)化學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)負責人王曉琳教授更是在磁懸浮技術(shù)及其應用方面有著(zhù)深厚的學(xué)術(shù)積淀，其嚴謹的科研風(fēng)格、細致的教學(xué)態(tài)度讓本科期間就讀相關(guān)專(zhuān)業(yè)的鮑旭聰深受其益。在獲得研究生推免保送資格后，鮑旭聰便第一時(shí)間向王曉琳教授表明了加入研發(fā)團隊的想法，并在讀研后，參與了無(wú)軸承電機與高速電機控制技術(shù)的研究。
磁懸浮無(wú)軸承技術(shù)基于傳統磁懸浮原理，把傳統磁軸承電機中產(chǎn)生徑向力的繞組集成至電機內部定子上，通過(guò)解耦控制實(shí)現對電機轉矩和徑向懸浮力的獨立控制。與傳統電機不同的是，它沒(méi)有傳統軸承和機械結構，其利用磁場(chǎng)疊加原理，實(shí)現高集成結構下的電機轉子完全懸浮，減少機械磨損和能量損耗，提高功率、效率和使用壽命。但因該項技術(shù)最初由歐美國家的公司開(kāi)發(fā)，他們在研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售方面處于領(lǐng)先地位，因此，很長(cháng)一段時(shí)間該技術(shù)都被國外企業(yè)所壟斷。
為實(shí)現國內無(wú)軸承電機產(chǎn)品從0到1的突破，鮑旭聰和團隊在南航無(wú)軸承磁懸浮技術(shù)20年研制成果上，歷經(jīng)上萬(wàn)小時(shí)的拷機測試，近二十次的原型樣機迭代，通過(guò)多因素耦合，數千次迭代設計，突破電機結構設計復雜、傳感器精度要求高等系統設計難點(diǎn)，完成技術(shù)攻堅，研發(fā)出永磁無(wú)軸承電機，其中高集成結構設計方案、高精度傳感檢測技術(shù)及高性能驅動(dòng)控制算法三大核心技術(shù)更是實(shí)現“國內首創(chuàng )”。至此，中國在國際無(wú)軸承電機市場(chǎng)中占有了一席之地。
實(shí)現技術(shù)轉化，榮獲創(chuàng )業(yè)大獎
無(wú)軸承電機的突破，很快被國內半導體清洗設備龍頭企業(yè)所關(guān)注，他們希望通過(guò)與鮑旭聰團隊的合作，將永磁無(wú)軸承技術(shù)具備的高精度、高穩定度和可實(shí)現高純凈度等優(yōu)勢，運用到半導體清洗設備上，解決國外對部分半導體設備的制裁帶來(lái)的“卡脖子”問(wèn)題。
在導師的指導下，鮑旭聰和團隊以永磁無(wú)軸承電機為關(guān)鍵部件，突破主動(dòng)懸浮技術(shù)、高速控制算法、無(wú)軸承傳感系統等技術(shù)壁壘，研發(fā)出國內首個(gè)“無(wú)軸磁浮純凈泵”產(chǎn)品，為半導體制造中的清洗工藝提供超潔凈液體高效運輸的可靠解決方案。
2021年，受?chē)铱v深推進(jìn)大眾創(chuàng )業(yè)萬(wàn)眾創(chuàng )新政策的鼓舞，帶著(zhù)大學(xué)生創(chuàng )業(yè)的激情以及項目落地的決心，鮑旭聰和團隊在南航大學(xué)生創(chuàng )業(yè)孵化中心成立了南京市星源動(dòng)力科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“星源動(dòng)力)，并攜“超純凈泵”項目參加了第九屆“贏(yíng)在南京”青年大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)大賽。經(jīng)過(guò)長(cháng)達數月的激烈角逐，項目得到評審專(zhuān)家一致認可，榮獲一等獎，并獲得南京市人社局和南京市創(chuàng )新投資集團50萬(wàn)元投資資助。根據“紫金山英才寧聚計劃”，公司可對接南京市D類(lèi)人才政策。
在南京市創(chuàng )新投資集團的投資支持和創(chuàng )業(yè)輔導下，依托于南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院高速電機研究室，星源動(dòng)力將先進(jìn)的永磁電機制造工藝及驅動(dòng)技術(shù)研究逐步在行業(yè)需求中落地，實(shí)現技術(shù)轉化、行業(yè)賦能。
“我們從研究成果出發(fā)，將星源動(dòng)力研發(fā)的產(chǎn)品分為‘無(wú)軸磁浮純凈泵’和‘超高速微型電機’兩類(lèi)。其中，無(wú)軸磁浮純凈泵基于磁懸浮技術(shù)，將懸浮與驅動(dòng)兩大功能高度集成于作為泵核心動(dòng)力源的電機內部，實(shí)現泵高密閉、無(wú)磨損運行。經(jīng)過(guò)驗證，產(chǎn)品已逐步應用于半導體清洗設備中，并按照600瓦、1200瓦、4000瓦等主流功率劃分不同型號。同時(shí)，我們也會(huì )配合客戶(hù)就可靠性進(jìn)行定制，綜合來(lái)看，增長(cháng)空間較大。而超高速微型電機則是基于整體性支撐系統，配合寬禁帶GaN功率器件集成化驅動(dòng)器，保證了系統超高基頻與超寬速域的穩定運行。目前產(chǎn)品已實(shí)現600,000rpm全速域運行，是當前全世界可查最高轉速。”對于公司核心產(chǎn)品的打造，鮑旭聰規劃清晰，提及競爭力也頗具信心。
事實(shí)也正如鮑旭聰所說(shuō)，當無(wú)軸磁浮純凈泵產(chǎn)品應用于半導體清洗設備中，液體運輸的潔凈度和效率顯著(zhù)提高，客戶(hù)遇到的進(jìn)口泵禁售之困也迎刃而解。“星源動(dòng)力研發(fā)的超純凈泵打破了國外對我國無(wú)軸承電機的技術(shù)封鎖，改變了我們長(cháng)期依賴(lài)進(jìn)口設備的現狀。而更令我們驚喜的是，由超純凈泵組成的清洗設備，相較于傳統方案，實(shí)現了每臺設備清洗液運輸效率提升37%，熱損耗降低20%，潔凈度提高7%的成果，預估每臺清洗設備可節約投資20萬(wàn)元。”半導體清洗設備行業(yè)龍頭企業(yè)負責人在使用后給予產(chǎn)品高度贊譽(yù)。
客戶(hù)的真實(shí)評價(jià)是企業(yè)實(shí)力最有力的證明。相較國際市場(chǎng)最優(yōu)競品，在相同流體運輸潔凈度要求下，星源動(dòng)力研發(fā)的無(wú)軸磁浮純凈泵成本更低，但轉速、功率更高，最大提升度近65%，而熱損耗只有競品的80%。因此產(chǎn)品也得到國家863重大專(zhuān)項專(zhuān)業(yè)組專(zhuān)家、教育部長(cháng)江學(xué)者等的認可。
探索更多領(lǐng)域，創(chuàng )造引擎未來(lái)
道阻且長(cháng)，行則將至;行而不輟，才能未來(lái)可期。
星源動(dòng)力通過(guò)布局在半導體清洗設備領(lǐng)域的應用，突破純凈泵的卡脖子問(wèn)題，實(shí)現在終端市場(chǎng)與華為、中興、盛美等半導體科技領(lǐng)軍企業(yè)的合作。項目成員也以第一發(fā)明人的身份榮獲發(fā)明專(zhuān)利 9項，軟件著(zhù)作權3項，并在包括“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)大賽、“創(chuàng )青春”中國青年創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)大賽、“天宮杯”研究生創(chuàng )新實(shí)驗競賽等賽事活動(dòng)中屢獲佳績(jì)。
但鮑旭聰和團隊認為，超潔凈領(lǐng)域市場(chǎng)規模大、前景廣，對液體運輸有需求的半導體制造、生物制藥、化工工業(yè)、先進(jìn)制造等領(lǐng)域均可探索，只有在應用中優(yōu)化技術(shù)和算法才可以更好地賦能精準市場(chǎng)，為中國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展做貢獻。
“目前我們計劃在人工心臟血泵體外循環(huán)領(lǐng)域積極推動(dòng)與醫院或者醫療設備機構的合作，化工領(lǐng)域也已啟動(dòng)與合作方的洽談。同時(shí)，南京市創(chuàng )新投資集團也在提供投后服務(wù)中鏈接資源，提供指導，敢于探索才能擁有無(wú)限可能!”提及后續規劃，鮑旭聰充滿(mǎn)期待地說(shuō)道。
“作為大學(xué)生創(chuàng )業(yè)企業(yè)，星源動(dòng)力的發(fā)展尚處于起步階段，但作為國內無(wú)軸承電機的開(kāi)創(chuàng )者，星源動(dòng)力有著(zhù)南航數十年磁懸浮技術(shù)研究的豐厚底蘊，隨著(zhù)中國智造引擎發(fā)展，相信在團隊的攜手共創(chuàng )下，必將收獲更好的‘純凈未來(lái)’。作為創(chuàng )投機構，我們也將一路關(guān)注，一路扶植，給予建議和指導，助力年輕創(chuàng )業(yè)者實(shí)現夢(mèng)想!”在南京市創(chuàng )新投資集團的賦能下，星源動(dòng)力的未來(lái)值得期待。
來(lái)源：創(chuàng )投集團
審核：薛瑤
發(fā)布：尤異