电子数显深度卡尺

游标卡尺、显微镜、墨斗……在位于湖南长沙雨花经济开发区的三家中小制造企业，记者看到一些传统生产工具正在被自动化测量设备、视觉识别设备、激光导航设备等新型生产工具取代，生产制造变得“更顺滑、更高效、更精准”。　　今年以来，各地大力推进新型工业化，掀起发展新质生产力的热潮。科学技术的发展和应用，使新型生产工具不断涌现，这正是新质生产力的一个重要方面。一件件消失的工具，折射中国“智造”大变迁。　　从卡尺到相机　产品加工更顺滑　　湖南晓光汽车模具有限公司小机加车间里，一边是传统生产线，几台机床独立放置，1名工人管两台设备；一边是两条5G工业互联网生产线，机床、原料、机械臂等互联互通，22台机床一个班次只需4名工人。　　几步之遥，有什么差别呢？　　一个游标卡尺可以“以小见大”。晓光模具小机加工车间主任曾腾飞从工具箱里拿出不常用的卡尺对记者说，过去，工人用游标卡尺测量工件毛坯尺寸，用百分表、千分表“找”原料和机床的位置关系，将误差控制在0.01毫米以内，靠的是经验。　　在5G工业互联网生产线，游标卡尺等传统工具没了用武之地。工人将一块块原料和托盘放到生产线入口的三坐标测量机上，设备自动找正。三坐标测量机将位置数据“告诉”机床，确保实物位置和机床加工位置匹配，不仅精度提高到0.005毫米，而且放歪了也没有关系。　　除了游标卡尺，纸质的工艺流程卡也不见了。在制造企业，工艺流程卡是工人的操作指南。以汽车模具生产为例，工艺步骤多达40多个，工人按卡上的要求放置原料、安装刀具、输入数据、调用程序，然后才能启动机床。　　“流程多了就容易犯错。”参与5G工业互联网生产线建设的精密加工组组长许杰说，以前经常出现工人拿错刀具、输错数据、调错程序的问题，80%的产品质量异常来自人工操作失误。　　如今，晓光模具车间里，工艺流程卡上的内容全部进入信息系统。工人只要把原料放到交换台，接下来的工作都交给“大脑”——中控系统，由中控系统将指令发送给机械臂、机床等硬件。　　少了一些“卡”，生产更顺滑。　　现在，5G工业互联网生产线上的机床全部联网且自动更换刀具，系统识别哪台“有空”、哪台“忙碌”，及时“呼叫”机械臂将工件运送给“有空”的机床。单台机床的有效切削时间由原来的55%提高到90%以上。　　曾腾飞说，公司订单情况很好，机床除了每周一次的检修、清洁，可以做到24小时不停机作业。产品合格率也由“手工时代”的80%至85%，大幅提升到99.95%。　　在晓光模具车间，由“卡”到“顺”的迭代升级还在继续。工程师在5G工业互联网生产线上安装、测试工业相机，相机自动拍摄工件位置并传输数据，进一步提高了自动化水平。　　从显微镜到电子眼　质量把关更高效　　湖南普斯赛特光电科技有限公司是一家主要从事半导体发光器件（LED）研发和生产的高新技术企业。穿上鞋套和防静电服，通过风淋间，记者进入焊线、外观检测、包装等各条产线。　　负责制造和运营的副总经理涂世聪介绍说，全国从事LED封装的企业可能有上万家，作为一家中小企业，要想在市场上立足，必须敏捷应对。　　这家工厂的转变，得从一瓶眼药水说起。　　事情是这样的——LED封装有一个外观检测环节。只有米粒大小的明黄色灯珠，密密麻麻排列在支架上，以前工人只能靠肉眼或者借助显微镜观察杂质、破损等缺陷，每人每天检测的灯珠数以十万计。　　“太费眼睛了，我们得随身带着眼药水。”说起曾经的工作内容，当过外观检测员的女工杜建华连连摇头。　　由于“废眼睛”，加之工作单调、枯燥，很多人不愿从事外观检测。涂世聪说，尽管有岗位补贴，工人的年度流失率也接近100%，这意味着第二年又要大量重新招聘、培训。　　相比于用工难题，更加棘手的是品质控制。涂世聪说，肉眼可以发现80%的外观问题，但对于隐藏较深的小杂质、气泡等缺陷就有些无能为力了。这导致之前LED封装厂接到的客户投诉中，外观问题占比超过30%。　　如果还靠传统工具和“人眼战术”，企业注定会被市场淘汰。　　2021年起，普斯赛特光电公司陆续添置自动光学检测设备。工人很轻松地将物料放入自动光学检测设备，“电子眼”快速完成外观检测工作，灯珠源源不断地从出口“吐”出来。工位上，眼药水和显微镜早已不见踪迹。　　自动化水平提升，让企业运转更高效。涂世聪说，普斯赛特光电公司去年逆势增长40%，人均产值超过100万元。“如果没有自动化设备，要承接这么多订单是无法想象的。”　　为了满足市场需求，普斯赛特光电公司持续加大投资。在长沙市雨花区机器人产业园，这家企业的智能工厂已完成一期建设，并于近期开始批量生产。“产能将增长40%，人均产值将提高30%。”涂世聪满怀期待地说。　　从墨斗到北斗　车间导航更精准　　“你可能想不到，几年前我们还要使用墨斗。”带着记者参观工厂，湖南驰众机器人有限公司项目经理龙太棚颇为神秘地说。　　墨斗，是年轻人并不熟悉的物件。作为传统木工行业里的必备工具，它由墨仓、线轮、墨线、墨签组成，多用于木工和建筑行业。　　而湖南驰众机器人有限公司是湖南最大的工业移动机器人AGV生产商。AGV是指具有物料搬运等功能的自动导引运输车，主要用于智能化、自动化产线。　　在智能制造工厂，为何存在如此古老的工具？　　龙太棚紧接着揭晓了答案：AGV有磁条导航、二维码导航等多种导航方式，这都需要在车间地板上画线，并按照设计路径张贴磁条和二维码，简单的墨斗也就有了用处。　　为了给记者演示，龙太棚在仓库里翻了半天，才找到一个改良版的自动收放线墨斗——传统的木制或竹制墨斗已经遗失了。工人小心翼翼地倒入墨汁，合上盖子，贴着地板扯出线，用手轻轻一弹，便在地板上“印”出一条笔直的黑线。　　驰众机器人公司产品服务部施工经理陈智诚曾经用过传统木制墨斗。他说，如果AGV要和机械臂对接，精度一般控制在5至10毫米，靠墨斗画线就有点力不从心。实际操作中，工程师只能不断调整AGV运行轨迹，“有时得调试10多次，才能达到精度要求”。　　麻烦事还不止于此。有的新能源电池工厂是无尘车间，不允许将墨斗带进去弹线；有的汽车发动机库房有上千个库位，如果都在地上画线、贴磁条，既不方便也不美观。　　如今，随着激光导航、视觉导航等新技术发展，驰众机器人公司员工已经很少使用墨斗，而是一个个端着笔记本电脑，对AGV进行线路设计和调试。龙太棚说，公司有160多名员工，工业机器人、机电一体化、机械设计、智能物流等专业的工程师占了二分之一。　　记者看到，在这家公司的设备调试场地，工程师在电脑上“建图”，操控激光导航AGV自动行走，运行轨迹的精度可以达到5毫米。地板上不用墨斗画线，也没有磁条和二维码。　　驰众机器人公司项目经理王佳说，最新款AGV还与5G、卫星导航等技术结合。在一家钢铁厂，他们生产的AGV在室外依靠基于北斗的卫星导航，再通过5G无线网络将数据传输到中控室，工作人员可实时查看AGV运行位置和状态。　　从墨斗到北斗的“智造”之变，仿佛穿越了工业化的悠悠时空……

卡维什在掰开小笼包测量的一些数据用精确到0.01克的电子秤、能够测量0.01毫米的电子测径仪和一把剪刀，像在实验室里一样，美国美食作家克里斯托弗· 卡维什这么对上海小笼包进行了分析。卡维什这下可火了，被《洛杉矶时报》、CNN等全球媒体争相报道，但他的美食写法也引发了广泛讨论。34岁的卡维什到中国前曾在迈阿密等地做过10年厨师。他从2013年12月开始，花16个月吃遍上海52家小笼包店，以寻找理想的小笼包，研究指标包括皮的厚度、汤汁的多少和馅料的重量。近日，他因此研究迅速爆红网络。16个月吃7.243公斤吃到43家店实在吃不下去了卡维什花了16个月去了52家小笼包馆子，用科学的方法来研究小笼包，才写成这篇《上海小笼包索引》。卡维什解释称，从技术上看，小笼包索引是&ldquo 对小笼包构成通俗标准的数字化解释&rdquo 。生活在上海的人一般都能列举出一系列关于小笼包的标准，比如皮薄、汁多、馅大、肉鲜。而现在，这些标准被数字化了，我有一套专用的公式来专门给售卖小笼包的餐馆打分。卡维什说：&ldquo 在过去的16个月里，我总共吃了7.243公斤的小笼包。我的数据搜集过程包括：在电子秤上称每单个小笼包的重量，然后分解，再分别称汤和馅的重量，最后是用数显卡尺测量皮的厚度。从项目开始近一年，也就是在吃过了43家店的小笼包之后，我就实在吃不下去了，我只能吃一些，然后剩下的就完全用来做实验。&rdquo 研究过程精确量化每家店随机选6个小笼包测量卡维什是如何研究小笼包的呢？他精心挑选了52家小笼包馆子，每去一家店，他都会点上一笼，随机抽取6个小笼包进行测量，然后取它们的平均值，以保证客观。他先用一台精确到0.01克的电子秤称了汤包碟子的重量，随后，捏起一只小笼包放在碟子里，称了总重量，&ldquo 总重量减碟子重量，得出单个小笼包重量&rdquo 。然后，他拿起一把140毫米的理发剪刀，小心翼翼地将小笼包的皮剪开一个口子，再依次把里面的汤汁和肉馅倒入小碟子里，分别测量出它们的重量。最后，非常小心地用一把精确到0.01毫米的电子卡尺测量小笼包底部皮的厚度。他设计了一个定量的公式：[（馅料重量+汤汁重量）/皮的厚度]× 100，来计算小笼包的结构分数。他说：&ldquo 因为&lsquo 皮薄汁多馅多肉鲜&rsquo ，是上海人评判小笼包好吃与否的重要标准。得12分以上的小笼包为A类，6.75分以下的为C类，介于两者之间的是B类。&rdquo 至于整个研究的费用，都是卡维什自己出的钱。他说：&ldquo 事实上，小笼包的费用是最便宜的，根据我的数据，我花了712.50元在小笼包上，但如果算上印刷、网站等等，轻而易举地就超过10000元了。&rdquo 做到可视化呈现&ldquo 一个汤包是两股力量的博弈&rdquo 卡维什写道，《上海小笼包索引》是本次研究的最终成果，是上海小笼包差异的可视化呈现。这一索引以电子表格的形式，记录了小笼包中汤、馅、皮的比率，专门论述了正在变得越来越薄的上海小笼包。卡维什说，一个汤包基本上是两股力量的博弈&mdash &mdash 尽可能薄的皮（用处是包裹住肉和汤）和尽可能多的馅。小笼包的优雅体现在它的姿态上，厨师需要掌握好皮的厚度，以防止热汤流出。小笼包是阴柔的。生煎&mdash &mdash 一种半熟的、加酵母发酵的包子，能够在煎锅中依然保持自身的馅和汤，则是阳刚的。它们的制作原理完全不一样。上海大妈怒了&ldquo 你怎么这样吃小笼包？&rdquo 测试过程中，卡维什的特殊&ldquo 吃法&rdquo 也遭遇了不少人的不理解，甚至笑话。卡维什承认，2013年12月的某天，他第一次去搜集数据时，其实是非常紧张的。&ldquo 带着一把精确到0.01克的称和一把测量范围在0至150毫米的电子卡尺，我到了店里，在桌子上摆弄着包子，不时地还四处看看可疑的人。但是，事实上，没有人在意我的举动。&rdquo 卡维什说：&ldquo 只有在前程酒家（音译），有人注意到了我的存在。当时，整个店里除我之外只有另一个近60岁的上海阿姨。正当我用手从蒸笼里拿出一个样本准备分解的时候，她回头看了看我。我一边测量一边吃。首先是汤，然后是肉馅，再是皮。正当我进行到第五个包子的时候，她忍不住站了起来，生气地对我喊道：&lsquo 你知道怎么吃小笼包吗？你不能这样吃！这是错的！错的！&rsquo 她很无奈地走开了，一边还摇着头，她肯定觉得这样吃包子很残忍，还带着剪刀。&rdquo 网友热议老外下笨功夫精确研究美食，值得吗？卡维什透露，今后将继续研究上海美食，下一个目标可能是生煎包。在未来，他希望可以在中国开办一个小型的烹饪学校，专门聘请中国厨师来教外国厨师烹饪中国美食。卡维什的行为值得学习吗？见仁见智。但这种下笨功夫，科学研究式地写美食，似乎中国人还很少见，甚至被人认为太&ldquo 轴&rdquo 。有网友赞扬称，&ldquo 老外的认真和精细会提高做事的效率和精确度，这一点是值得我们学习的&rdquo 。媒体评论称，&ldquo 西方老外讲求精确，这点不假。因此一旦得到数据，就可以全面复制，这也是为何麦当劳可以在全球开店而不走味儿，而中餐馆，全凭师傅手艺高低，不能稳定地在全球按照规定数据保证质量。中医中药，也是同样的问题，全凭医师和配药师傅的经验，难以具体量化指标&rdquo 。

电子束量检测是半导体量检测领域的主要技术类型之一，在半导体制程不断微缩，光学检测对先进工艺图像识别的灵敏度逐渐减弱的情况下，发挥着越来越重要的作用。电子束量检测设备对于检测的精度、可适用性、稳定性、吞吐量等要求很高，其研发和设计非常具有技术挑战性。作为布局该领域最早的国内企业之一，东方晶源已先后成功推出电子束缺陷检测设备EBI，关键尺寸量测设备CD-SEM（12英寸和6&8英寸），电子束缺陷复检设备DR-SEM，占据电子束量测检测三大主要细分领域，产品多样化和产品成熟度走在前列。同时，经过持续的迭代研发，三大产品线全力升级、性能指标进一步提升，引领国内电子束量测检测产业高速发展。EBI：历时三代焕新，检测速度提升3-5倍EBI（电子束缺陷检测设备）是集成电路制造中不可或缺的良率监控设备。其基本原理是结合扫描电镜成像技术、高精度运动控制技术、高速图像数据处理和自动检测分类算法等,在集成电路制造关键环节对晶圆及集成电路的物理缺陷和电性缺陷进行检测，避免缺陷累积到后续工艺中。东方晶源早在2019年就成功研发并推出的SEpA-i505是国内首台电子束缺陷检测设备，可提供完整的纳米级缺陷检测和分析解决方案，在2021年便进入28nm产线全自动量产。经过数年研发迭代，新一代机型SEpA-i525在检测能力和应用场景方面得到进一步拓展。在检测速率方面，新款EBI产品可兼容步进式和连续式扫描，连续扫描模式适用于存储Fab，结合自研探测器的性能优化，较上一代机型能带来3倍-5倍的速度提升；新开发的电子光学系统可支持negative mode检测方式和40nA以上的检测束流；同时引入多种wafer荷电控制方案，降低荷电效应对图像的影响。在应用场景方面，东方晶源的EBI设备也从逻辑Fab领域延伸至存储Fab，可以为客户解决更多的制程缺陷问题。此外，东方晶源EBI设备基于DNA缺陷检测引擎，采用图前台与运算后台低耦合，支持同步online/offline inspection。集成多种先进缺陷检测算法（D2D、C2C等），可以满足用户不同应用需求，有效提高Capture Rate，降低Nuisance Rate。采用的自动缺陷分类（ADC）引擎，其Model-Based ADC模块基于深度学习、自动特征选取、融合置信度的聚类算法，可以有效提升自动缺陷分类的Purity和Accuracy；Rule-Based ADC模块则保留了人工经验的灵活性，在小样本的场景下可以快速创建。CD-SEM：面向6/8/12英寸产线全面布局CD-SEM（关键尺寸量测设备）主要是通过对于关键尺寸的采样测量，实现对IC制造过程中，光刻工艺后所形成图形尺寸进行监控，以确保良率。东方晶源的CD-SEM分为12英寸和6&8英寸兼容两个产品系列，均已进入用户产线，可支持Line/Space、Hole/Elliptic、LER/LWR等多种量测场景，满足多种成像需求。12英寸CD-SEM新一代机型SEpA-c430经过2年的迭代，在量测性能和速度上实现全面提升，目前也在多个客户现场完成验证。该产品的量测重复精度达到0.25nm，满足28nm产线需求；通过提升电子束扫描和信号检测，产能提高30%；新推出的晶圆表面电荷补偿功能，可以提高光刻胶量测的能力。新机型还增加了自动校准功能，可确保较高的量测一致性，为产品的大规模量产做好了准备。除12英寸产品外，东方晶源6&8英寸CD-SEM产品相较国际大厂新设备的交期长、价格高具有更高的性价优势。面向第三代半导体市场推出的SEpA-c310s，不仅实现了6&8 英寸兼容，同时还可兼容不同材质的晶圆（例如GaN/SiC/GaAs），兼容不同厚度的晶圆（例如350um，1100um）。该产品已在多个头部客户实现了量产验证。值得一提的是，2022年底东方晶源ODAS LAMP产品已正式发布。ODAS LAMP全称为Offline Data Analysis System, Large Scale Automatic Measurement Purpose产品，中文名称为大规模CD量测离线数据处理系统。ODAS LAMP作为CD-SEM量测设备的配套工具，目的在于方便CD-SEM用户利用设计版图离线创建和修改CD-SEM recipe，并且提供对CD-SEM量测结果的review功能，也可以在CD-SEM图像上进行离线再量测，提升机台利用率。DR-SEM：瞄准新需求，开拓新领域DR-SEM（电子束缺陷复检设备）是东方晶源最新涉足的细分领域。根据SEMI数据，2024年12英寸产线DR-SEM需求量约为50台。未来3-4年，12英寸产线DR-SEM设备总需求量约为150台，具有广阔的市场空间。2023年东方晶源推出首款SEpA-r600，目前已经出机到几个头部客户进行产线验证。在设备开发过程中，得益于公司前期的技术积累，开发进程得以显著缩短。图像质量已达到客户需求，CR95%，接近成熟机台水平。在辅助光学系统复检OM的研发方案选择中，东方晶源独立开发出一套全新光学窗口成像系统。借助于这套系统，目前已完成对unpatterned wafer的光学复检功能的开发，实现了auto bare wafer review的功能，满足客户对70nm左右defect的复检需求。也就是说，东方晶源的DR-SEM设备不仅能够进行pattern wafer auto review ，也能够进行unpattern wafer review功能，并附带缺陷元素分析。另外，DR-SEM的高电压电子枪能够满足客户对浅层缺陷的分析，同时对较深的孔底部也能够有明显的信号。根据针对客户需求深度拆解，这款DR-SEM设备还引入了全彩OM，能实现色差调整，以满足不同film内部color defect的检测，为客户提供更多的表征手段。未来，东方晶源新一代DR-SEM设备将结合下一代自研EOS，搭配深紫外DUV辅助光学检测系统，预期可满足更先进制程全流程的defect复检需求。从2021年6月EBI设备通过产线验证进入全自动量产以来，东方晶源加快研发步伐，先后又成功推出12英寸CD-SEM、6&8英寸兼容CD-SEM、DR-SEM多款产品，并持续通过迭代升级提升设备性能和效率，解决了国产半导体发展中的关键难题，领跑国内相关领域发展。未来，东方晶源将围绕集成电路良率管理继续深耕，为产业带来更多的硬件和软件产品，推动行业发展和进步。