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王成勇教授 |
图/羊城晚报记者 汤铭明 一个细到只有头发丝的一半、肉眼几乎看不见的钻头，能有什么用？在广东工业大学王成勇教授团队的实验室里，这个“小钻头”大有文章，它决定着高性能计算机、超算、高铁列车等高端装备制造的安全性和可靠性。 1月10日，该团队联合多家企业，经过十余年产学研用协同创新研究的项目成果《高端印制电路板高效高可靠性微细加工技术与应用》荣获2019年度国家科学技术进步奖二等奖。 A 1cm2电路板上打600个孔 从“孔”入手突破技术壁垒 如果你仔细观察过电路板，就会发现这块或大或小的板子上，有数不清的微小孔洞。高端印制电路板被誉为“电子工业的基石”，从手机到电脑、高铁等高端装备，都离不开这块小板子。“比如手机，要大屏、极致薄、轻便，功能还多，这意味着里面电路板上的元器件和线路越来越密集。线路由线和孔组成，一个微孔的质量问题就可能使得整板报废，电子系统失效。有的板1cm2面积大小就要钻600多个孔。”王成勇说。 十余年来，他和团队一直在研究一个问题——如何在越来越小的电路板上钻好孔。这就像是在螺蛳壳里做道场，要打的孔越来越小、越来越密，材料越来越复杂、层数越来越多、就像叠罗汉一样，打孔难度越来越大。 这样细小且穿透力强的钻头，要用什么材料去做？用什么方法做出来？做出来以后怎样加工才能保证孔质量好？如何保证钻头质量好、不会断且耐磨损？2007年，团队与深圳市金洲精工科技股份有限公司合作研究印制电路板机械钻削加工技术。“这么小的孔，是钻出来的还是冲出来的？”王成勇和搭档付连宇博士提出疑问。 从这么一个小问题入手，团队一直研究了十余年。“印象最深刻的是最初的讨论，电路板上孔与孔之间会不会互相影响？钻深孔的时候会不会偏移？这一系列的问题当时行业内没有共识，我们作了深入研究，最终阐释了这些问题。”团队成员、广东工业大学副教授郑李娟说。 B “一根针”研究了十余年，成果为高铁制造等提供支撑 怎么打孔的问题解决了，但电路板这种多元多层复合材料是怎么被去除的？刀跟材料怎么作用的/怎么失效的？要加工好这么小的孔需要配备怎样材料的刀具和工艺？团队又接着攻关微细刀具材料制备、微细刀具设计与制造、微孔群加工工艺几大核心技术。 王成勇告诉记者，近十来年，中国电子工业迅猛发展，材料变化也越来越多，团队对其间涌现的各种新材料出现的各种问题开展许多研究。其中，为了提高微细钻头耐磨性，团队与株洲硬质合金集团有限公司、深圳市金洲精工科技股份有限公司多家企业联合开发印制电路板超微细硬质合金棒材基体、微细刀具复合涂层制备和微细刀具设计与刃磨等技术研究。“做出头发丝一半粗细都不到的钻头，只有20微米，就像在头发丝上开个槽，非常难。” 历经十余年的产学研用协同创新研究，项目组最终突破了微细钻头易磨损、易折断、微孔群加工质量差效率低等行业难题。成果在多个著名高端印制电路板企业得到成功应用，满足了高铁、超算与高性能服务器、新能源汽车、消费电子等对高端印制电路板的重要需求。 “我们不是‘一根针打天下’，而是材料、设计、制造、工艺组合在一起，形成了一系列成果。”王成勇说，该成果不仅推动了我国机械微细刀具技术发展，提升了制造业关键基础材料、工艺和零部件的核心竞争力，也打破了高端印制电路板受制于人的被动局面，有力支撑了我国高性能计算机、超算、高铁列车等高端装备制造业的发展。 十几年的研究中，项目团队也陆续培养了百余名优秀人才。王成勇告诉记者，未来，他希望能将团队更多的科研成果直接应用于本科教学，将科研成果及时融入到本科课堂授课内容中去，把最新的知识和信息传递给本科生。
