基礎(chǔ)工業(yè)的基礎(chǔ)是機械產(chǎn)業(yè),因為任何產(chǎn)品都需要機械設(shè)備的加工。機械永恒的發(fā)展目標(biāo)是“巨型化,精密化”。
“精密化”是指加工精度更加精密,“精密化”極大擴展了人類加工的下限。在信息化時代,精密化無疑更加具有戰(zhàn)略意義,為什么這么說呢?因為信息化的物質(zhì)載體就是各種微電子器件。微電子的基礎(chǔ)就微硅加工。具體來講,集成電路就是在半導(dǎo)體上極其精細(xì)地加工出復(fù)雜的電路,普通的電子元件可能在厘米級別,而集成電路里的元件可能在微米納米級別,普通一根導(dǎo)線可能有幾毫米,但是集成電路里一根導(dǎo)線可能只有若干納米。將極其復(fù)雜的電路體積縮小了若干數(shù)量級,這就是微電子。但是微電子制造的基礎(chǔ)還是機械工業(yè),微硅加工的關(guān)鍵步驟是光刻,光刻的精度取決于光刻物鏡的加工精度?,F(xiàn)在最先進的極紫外光刻最小可以制造出22納米的線寬,極紫外光刻的光刻物鏡是人類歷史上加工的最精密物件,其加工精度達(dá)到了0.2納米,已經(jīng)達(dá)到了原子級。目前世界上只有一家公司能夠制造這么精密的光學(xué)鏡頭,就是德國的蔡司公司。西方國家在精密化方面一直遙遙領(lǐng)先我國。
我國目前還不能自主的進行大規(guī)模集成電路的制造,因為我們無法加工如此精密的光刻物鏡。我國只能大量的從國外進口集成電路芯片,每年芯片的進口總額比石油的進口總額還要大。不要看什么國產(chǎn)的單片機,都是從國外進口的芯片然后在國內(nèi)封裝,一塊幾厘米的單片機,其真正的核心——微電子芯片可能只有幾毫米,大部分的體積都是封裝。有人會問,我們?yōu)槭裁床粡膰赓I光刻物鏡呢?答案就是禁運,這些都是戰(zhàn)略級技術(shù),外國不會買的。我國曾經(jīng)給法國薩科奇政府幾十個億讓其幫我們加工光刻物鏡,但是他們可能也加工不了,錢估計可能會打水漂。
可以說我國的電子信息產(chǎn)業(yè)是建立在外國人的微電子產(chǎn)業(yè)上的,安不安全想必大家清楚。最近美國大呼小叫地說什么在最先進的F-22上面誤用了我國的劣質(zhì)電子器件,其實這些芯片都是美國自己生產(chǎn)的,我們只是做做封裝而已,豈不想想我們的微電子器件的芯片全部來自國外是多么危險。
“精密化”除此之外還支撐了許多領(lǐng)域,例如光學(xué)偵察衛(wèi)星,它的分辨率主要取決于鏡頭的直徑,美國最先進的“鎖眼”衛(wèi)星現(xiàn)在能夠達(dá)到0.01米的分辨率,也就是說可以分辨出車牌號碼,如果你在廣場上看報紙,它可以分辨出你看的是人民日報還是新華日報。我國的水平在米級分辨率。但是我國的鏡頭加工效率很低,還是靠手工的半機械化加工,加工一面鏡子可能要幾十年,相傳以前有個單位花了十幾年加工了一面鏡子,但是在裝配的時候給摔壞了,最后又得重新等十幾年。
“精密化”另外的體現(xiàn)就是各種微陣列,例如數(shù)碼相機的CCD光電感應(yīng)器件,夜視儀的光電感應(yīng)器件,噴墨打印機得噴頭等等。這些東西日本人能夠制造但是我們卻造不出來,不是其原理有多復(fù)雜,而是人家的加工精度比咱們高。日本人在精密機械的造詣很高,所以日本的微電子產(chǎn)業(yè)非常發(fā)達(dá),這也是其能掙那么多錢的原因。但是日本人也不是沒有煩惱,他們的精密加工機床雖然可以造的很精細(xì),但是還不能造大尺寸的器件,所以日本人的光學(xué)偵察衛(wèi)星的分辨率最高只能達(dá)到0.1米級別,比美國低一個數(shù)量級,因為前面已經(jīng)說過,光學(xué)偵察衛(wèi)星的分辨率主要取決于鏡頭尺寸。所以日本國內(nèi)精密機械產(chǎn)業(yè)人士也在大聲疾呼需要改變。
說到這里有必要提一下最近地震海嘯什么的對精密加工產(chǎn)業(yè)的沖擊,精密加工對震動是非常敏感的,特別是精鋼石車削等硬加工,稍微震動一下機床刀具就有可能報廢。所以福島地震對日本精密加工和微電子產(chǎn)業(yè)造成了極大的沖擊。
我國在精密加工領(lǐng)域落后發(fā)達(dá)國家大概二十年,但是已經(jīng)取得了巨大的進步,清華大學(xué)、國防技大和中科院等國內(nèi)頂尖科研院所代表著我國精密加工的最高水準(zhǔn)。我國現(xiàn)在有許多領(lǐng)域的突破并不能依靠該領(lǐng)域的人來取得突破,而是需要精密加工領(lǐng)域的突破,例如夜視儀、雷達(dá)等。以雷達(dá)為例,雷達(dá)工作主要靠波導(dǎo)管,波導(dǎo)管的加工精度直接決定雷達(dá)的性能。
還有就是最近剛報道的“神光”激光核聚變裝置,其中需要各種高精密、高性能光學(xué)鏡頭幾千個,而我們的生產(chǎn)率可能每個月才幾個,精密器件生產(chǎn)率嚴(yán)重制約了“神光”的發(fā)展。
機械加工的上限和下限就代表了國家的工業(yè)基礎(chǔ)水平。我國的工業(yè)基礎(chǔ)與發(fā)達(dá)國家還有較大的差距,但是這并不能代表我們不夠聰明,這些基礎(chǔ)主要還是要靠基礎(chǔ)研究不斷地科技積累,畢竟我們發(fā)展的時間較發(fā)達(dá)國家還很短,而且受到發(fā)達(dá)國家嚴(yán)密的技術(shù)封鎖。但是未來我們一定能夠迎頭趕上甚至超越他們,到那個時候,美國人、日本人也就沒那么了不起了。