目前，天下上最准确的计时工具便是原子钟，其精度可达到每2000万年偏差1秒。近日，海内首条芯片原子钟生产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）落成投产。该生产线的年生产能力可达3万台，它的投产表明我国在芯片原子钟领域冲破了国外垄断，打破关键器件“卡脖子”问题，知足了干系领域的急迫需求。
芯片原子钟“个子小”、精度高、功耗低
原子钟利用原子接管或开释能量时发出的电磁波实现计时。这种电磁波非常稳定，再加上一系列精密仪器的掌握，担保了原子钟计时的准确性。目前用于原子钟的元素有氢、铯、铷等。
最初原子钟是物理学家创造出来用于探索宇宙实质的仪器。然而，随着科学技能的进步，时频精度的主要性日益凸显，听起来高大上的原子钟也越来越接“地气”。比如，我们所熟知的北京韶光，便是全天下150多台原子钟共同守时并加权均匀后的结果。各种电力系统、通信系统都离不开高精度的原子钟。
然而，由于体历年夜、功耗高、价格贵，原子钟未能真正进入普通电子类消费市场。
“芯片原子钟的涌现办理了这个问题，其体积小、功耗低、精度高、可量产，很好地补充了传统原子钟的市场空缺。”华信泰董事长梁小芃先容，芯片原子钟是利用量子物理学的相关布局囚禁（CPT）事理制造的一种新型原子钟——由于不再须要微波谐振腔器件，因此可以真正做到微型化。
比较于传统原子钟，芯片原子钟是目前唯一能够用电池供电、永劫光事情的原子钟。作为电子信息技能中韶光频率技能领域的核心根本器件，芯片原子钟的运用前景十分广阔，从航空航天、卫星导航，到通信、海底勘探、物联网等领域均可利用。
冲破国外垄断实现自主创新
芯片原子钟是一种高精度计时装置，生产制造工艺非常繁芜。在这次华信泰芯片原子钟生产线投产之前，环球仅有一家美国公司实现了芯片原子钟的规模化生产。当时，海内用户想要购买国外的芯片原子钟，“买不起”“不好买”是常态。
为冲破这一垄断局势，华信泰的研发团队从2010年起，就承担起了芯片原子钟项目的研发事情。
“芯片原子钟是微系统技能与量子物理的范例结合运用，跨学科、跨专业，涉及物理、化学、材料等浩瀚领域，研发难度很大。紧张技能难点集中在真空封装和微系统集成技能上。”梁小芃举例，比如在真空封装研发方面，他们经由几百次考试测验，反复推敲调度构造设计、比拟考试测验材料选取和温度设置、不断改进工艺条件等，才终极达到目前高良品率的封装效果。
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年研究，潜心攻关，通过自主研发，打破了芯片原子钟的关键技能，所生产的芯片原子钟产品全部具有自主知识产权。
芯片原子钟不仅要在技能上取得打破，还要有实现量产的能力。“在进行海底石油勘探时，可能须要把几千个芯片原子钟安顿在海底勘探节点上，这就须要我们有规模化生产的能力。”华信泰总经理刘瑞元说，“我们对规模化生产工艺的摸索也是从零开始，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，稍有差池就会导致产品稳定性和同等性变差。”
历时4年，华信泰完成规模生产的工艺摸索。这种制造办法对付厂房空间、配套举动步伐等软硬件环境的需求格外苛刻。为了加快公司芯片原子钟家当化落地速率，从2021年开始，天津滨海高新区在“党建引领 共同缔造”理念辅导下，与华信泰团队就选址问题进行了多轮对接，终极找到了兼具区位交通上风、厂房挑高上风、厂区配套举动步伐上风的厂房进行落地。
厂房中，供电设备、空气净扮装备、废水废气处理设备等8套大型设备霸占了厂房面积的三分之二旁边，而这些设备全部做事于用光降盆的400平方米清洁间。
海内首条芯片原子钟生产线由光刻机、真空封装机、深硅刻蚀机等设备组成，可实现芯片原子钟器件生产和检测、物理系统真空封装、芯片原子钟性能测试等全套生产流程，具备年产万台的生产能力。
芯片原子钟量产可带动其他行业发展
别看芯片原子钟个头不大，但以前依赖入口时价格不菲。“生产线建成后，大规模生产可大幅度降落芯片原子钟的本钱。”刘瑞元对科技日报说。
芯片原子钟实现量产，也推动了很多行业的发展。比如可推动海底勘探节点（OBN）的运用，从而使我国海底石油勘探发生革命性升级。
梁小芃举例说，进行石油勘探时可在海底投放上万个以芯片原子钟作为核心器件的OBN，每一个节点都严格哀求韶光同步。而且在海底布放韶光比较长，对电池的依赖性比较大，芯片原子钟的低功耗恰好可以知足这一点。利用以芯片原子钟作为核心器件的OBN进行勘探较传统勘探方法本钱更低、精准度更高，而且还进一步扩大了勘探面积。
梁小芃表示：“这条生产线的投产，不仅标志着我国长期被国外垄断的芯片原子钟‘卡脖子’技能实现了打破，更主要的是成功将技能产品实现了家当化。下一步我们将根据生产需求、运用需求进一步扩大产能。不久的将来，公司将培植年产十万台乃至百万台的生产线。在研发方面，我们也会紧扣国际海内趋势，对产品进行升级，不断更新换代，推出更前辈、体积更小、功耗更低的产品，力争走在国际前列。”
栏目主编：张武 笔墨编辑：杨蓉 题图来源：IC photo 图片编辑：朱瓅
来源：作者：科技日报
