中國粉體網(wǎng)訊
編者按：“2019全國石英大會(huì)”在徐州召開期間，中國粉體網(wǎng)邀請了來自科研院所、高等院校的多位專家學(xué)者做客“對(duì)話”欄目，就石英的深度提純技術(shù)、高純石英行業(yè)如何做強(qiáng)、粉體技術(shù)工藝的重要性以及產(chǎn)學(xué)研協(xié)作等一系列議題暢談他們的看法和建議，同時(shí)也介紹了他們近期的一些科研成果。在此期間，中國粉體網(wǎng)記者有幸采訪到來自中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所的李豐研究員，李豐研究員長期致力于微納米光電子器件及納米材料的研究及產(chǎn)業(yè)化工作。以下是采訪實(shí)錄。
© Song Weidong / Cnpowder.com.cn
中科院蘇州納米所李豐研究員
中國粉體網(wǎng)：您團(tuán)隊(duì)所獨(dú)創(chuàng)的，以多晶硅為原料、采用一定的工藝生產(chǎn)高純納米球形硅微粉的技術(shù)，相比現(xiàn)有的比較成熟的生產(chǎn)技術(shù)，它的最突出的優(yōu)勢是什么？
李豐研究員：與傳統(tǒng)的火焰熔融法制備的高純納米球形硅微粉相比，首先，從原料使用方面來說，傳統(tǒng)的火焰熔融法所用的原料是石英礦。其次，石英礦原料先期需要通過一系列的深度提純和研磨加工制成高純的石英粉體。最后，高純石英粉體被噴射到火焰熔融爐里面，通過高溫熔化，然后冷卻，最終形成球形二氧化硅粉體，也就是球形硅微粉。如果球形硅微粉是高純度和納米粒徑的，就被稱為高純納米球形硅微粉。
我們的技術(shù)不采用石英礦為原料，而是以高純多晶硅為原料。高純多晶硅放入熔融爐中，通過高溫蒸發(fā)，然后經(jīng)過氧化和冷卻，直接形成高純納米球形硅微粉。由于采用高純多晶硅為原料，我們的生產(chǎn)工藝變得相對(duì)簡單，無需傳統(tǒng)的火焰熔融法必需的石英礦原料先期深度提純和研磨加工等一系列復(fù)雜的工藝和設(shè)備。因此，與現(xiàn)有的方法相比在工藝原理上有本質(zhì)的區(qū)別。
我們這個(gè)技術(shù)完全是自主創(chuàng)新的技術(shù)，其中起始原料的選擇、工藝技術(shù)的開發(fā)、生產(chǎn)設(shè)備的制造均擁有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。這樣的話，我們的技術(shù)就可以直接跟國外的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行競爭了。
中國粉體網(wǎng)：這項(xiàng)創(chuàng)新的技術(shù)要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需解決哪些問題？
李研究員：我們現(xiàn)在是做了一個(gè)小試，小試中可以把粉體做到幾十公斤甚至一噸都可以的，但產(chǎn)業(yè)化就不是幾十公斤的問題了，而是需要數(shù)噸數(shù)噸地去做。我們現(xiàn)在正在做一個(gè)工作，在上海，我們通過中科院蘇州納米所與上海帕殼實(shí)業(yè)有限公司合作準(zhǔn)備做產(chǎn)業(yè)化的工作，至少會(huì)做一個(gè)前期的產(chǎn)業(yè)化工作，就是做小批量的幾噸的形式，如果做大量的話，可能需要更多的融資。因?yàn)檫@里面用電量比較大，主要的成本之一是能耗電費(fèi)。所以我們可能會(huì)找一個(gè)電價(jià)比較便宜的地方，去實(shí)施大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化工作。
中國粉體網(wǎng)：集成電路覆銅板和環(huán)氧塑封料對(duì)球形硅微粉的要求有什么不同？
李研究員：集成電路覆銅板和集成電路芯片封裝用環(huán)氧塑封料對(duì)球形硅微粉的要求是有一定區(qū)別的，但也有一定的聯(lián)系。實(shí)際上，覆銅板是集成電路中的一個(gè)基礎(chǔ)材料，所有芯片被封裝成模塊后放置在覆銅板上，覆銅板相當(dāng)于連接了電路。
對(duì)芯片的封裝有它特殊的要求，特別是對(duì)于高端芯片來說，現(xiàn)在所用的環(huán)氧塑封料中的無機(jī)填料，重量占比達(dá)到了90%，甚至達(dá)到91%，也就是大約10%的環(huán)氧樹脂和90%的球形硅微粉。隨著信息化時(shí)代的到來，從4G到5G，芯片的尺寸變得越來越小，對(duì)封裝的要求越來越高，所以對(duì)高純納米球形硅微粉的要求越來越高。這也是我們做這個(gè)工作的原因。
高純納米球形硅微粉也可以用在覆銅板上。覆銅板有很多類型，對(duì)于許多類型的覆銅板來說，并不需要用高純納米球形硅微粉，只需要一般角形的硅微粉，或者結(jié)晶型的硅微粉。當(dāng)然，覆銅板現(xiàn)在也有向越來越高端發(fā)展的趨勢，比如超薄的要求等。覆銅板用硅微粉，不只可以從球形粉的角度入手，還可以考慮進(jìn)行硅微粉的改性，讓它跟其它樹脂更容易混合。另外，覆銅板需要鉆孔，而二氧化硅比較硬，為減少鉆頭的磨損，可進(jìn)行硅微粉的改性。所以，集成電路覆銅板和集成電路芯片封裝用環(huán)氧塑封料對(duì)球形硅微粉的要求是有區(qū)別的，這兩者有一定的關(guān)聯(lián)，但屬于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。
中國粉體網(wǎng)：用您團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的技術(shù)生產(chǎn)高純納米球形氧化鋁粉體，是一個(gè)怎樣的工藝流程？
李研究員：如果將硅材料作為一種金屬來考慮的話，我們的技術(shù)實(shí)際上就是金屬材料的直接蒸發(fā)和氧化制備高純納米球形金屬氧化物粉體，二氧化硅粉體就是類似于一種金屬氧化物。我們的技術(shù)是一種通用的技術(shù)，如果把高純多晶硅材料換作高純鋁材料的話，鋁蒸發(fā)以后，再與氧結(jié)合既可制備高純納米球形氧化鋁粉體（Al2O3），在工藝原理上與生產(chǎn)二氧化硅粉體是沒有本質(zhì)區(qū)別的，只是在工藝的具體參數(shù)上需要做一些適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
中國粉體網(wǎng)：粉體的性質(zhì)以及粉體加工工藝對(duì)于半導(dǎo)體集成電路芯片的制造有什么影響？
李研究員：隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片的節(jié)點(diǎn)越來越小，現(xiàn)在10nm已經(jīng)成為常態(tài)了，3nm的也已經(jīng)能夠做到了。這樣小的節(jié)點(diǎn)的芯片，對(duì)于封裝的要求是非常高的，因?yàn)榧呻娐沸酒瑢?dǎo)線間距變得越來越小，對(duì)于封裝用環(huán)氧塑封料中的填料二氧化硅要求非常高，首先要求它高純，要盡可能少地含有放射性元素鈾（U），因?yàn)榉派湫栽剽櫍║）會(huì)產(chǎn)生α射線，會(huì)影響電路誤判信號(hào)。同時(shí)為了更好地封裝，二氧化硅需要是球形的，并且粒徑要小于1微米。高純納米球形硅微粉對(duì)于現(xiàn)代芯片的封裝是非常至關(guān)重要的，我們研發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)是集成電路芯片封裝材料產(chǎn)業(yè)非常關(guān)鍵的技術(shù)。
（本文由中國粉體網(wǎng)記者依據(jù)采訪視頻整理而成，經(jīng)李研究員審訂。）
附：李豐研究員簡介
李豐，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員。曾先后在世界500強(qiáng)的美國英格索蘭（Ingersoll-Rand）公司任實(shí)驗(yàn)室主任和美國杜邦（DuPont）公司任高級(jí)工程師。長期從事微納米光電子器件和材料研究工作，在高功率超短脈沖光纖激光器及工業(yè)應(yīng)用、半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)及制造工藝、LED和OLED照明和顯示、納米材料和納米制造等技術(shù)領(lǐng)域擁有豐富的科學(xué)研究和在中美兩國成功創(chuàng)辦4家高新技術(shù)企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)。近年來在半導(dǎo)體領(lǐng)域主持開展超低功耗半導(dǎo)體集成電路芯片和高純納米球形硅微粉兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化工作。科學(xué)研究領(lǐng)域，主持和參加的國家和省部及地方各級(jí)科學(xué)研究及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目超過20項(xiàng)，在相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域申請國內(nèi)外專利超過100項(xiàng)，其中67項(xiàng)專利獲授權(quán)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇。
