中國粉體網訊

編者按：“2019全國石英大會”在徐州召開期間，中國粉體網邀請了來自科研院所、高等院校的多位專家學者做客“對話”欄目，就石英的深度提純技術、高純石英行業如何做強、粉體技術工藝的重要性以及產學研協作等一系列議題暢談他們的看法和建議，同時也介紹了他們近期的一些科研成果。在此期間，中國粉體網記者有幸采訪到來自中國科學院蘇州納米技術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業化工作。以下是采訪實錄。

© Song Weidong / Cnpowder.com.cn
中科院蘇州納米所李豐研究員

中國粉體網：您團隊所獨創的，以多晶硅為原料、采用一定的工藝生產高純納米球形硅微粉的技術，相比現有的比較成熟的生產技術，它的最突出的優勢是什么？

李豐研究員：與傳統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，然后經過氧化和冷卻，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，我們的生產工藝變得相對簡單，無需傳統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雜的工藝和設備。因此，與現有的方法相比在工藝原理上有本質的區別。

我們這個技術完全是自主創新的技術，其中起始原料的選擇、工藝技術的開發、生產設備的制造均擁有完全的自主知識產權。這樣的話，我們的技術就可以直接跟國外的先進技術進行競爭了。

中國粉體網：這項創新的技術要實現產業化還需解決哪些問題？

李研究員：我們現在是做了一個小試，小試中可以把粉體做到幾十公斤甚至一噸都可以的，但產業化就不是幾十公斤的問題了，而是需要數噸數噸地去做。我們現在正在做一個工作，在上海，我們通過中科院蘇州納米所與上海帕殼實業有限公司合作準備做產業化的工作，至少會做一個前期的產業化工作，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。因為這里面用電量比較大，主要的成本之一是能耗電費。所以我們可能會找一個電價比較便宜的地方，去實施大規模的產業化工作。

中國粉體網：集成電路覆銅板和環氧塑封料對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氧塑封料對球形硅微粉的要求是有一定區別的，但也有一定的聯系。實際上，覆銅板是集成電路中的一個基礎材料，所有芯片被封裝成模塊后放置在覆銅板上，覆銅板相當于連接了電路。

對芯片的封裝有它特殊的要求，特別是對于高端芯片來說，現在所用的環氧塑封料中的無機填料，重量占比達到了90%，甚至達到91%，也就是大約10%的環氧樹脂和90%的球形硅微粉。隨著信息化時代的到來，從4G到5G，芯片的尺寸變得越來越小，對封裝的要求越來越高，所以對高純納米球形硅微粉的要求越來越高。這也是我們做這個工作的原因。

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，或者結晶型的硅微粉。當然，覆銅板現在也有向越來越高端發展的趨勢，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氧塑封料對球形硅微粉的要求是有區別的，這兩者有一定的關聯，但屬于不同的應用領域。

中國粉體網：用您團隊所研發的技術生產高純納米球形氧化鋁粉體，是一個怎樣的工藝流程？

李研究員：如果將硅材料作為一種金屬來考慮的話，我們的技術實際上就是金屬材料的直接蒸發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。我們的技術是一種通用的技術，如果把高純多晶硅材料換作高純鋁材料的話，鋁蒸發以后，再與氧結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二氧化硅粉體是沒有本質區別的，只是在工藝的具體參數上需要做一些適當的調整。

中國粉體網：粉體的性質以及粉體加工工藝對于半導體集成電路芯片的制造有什么影響？

李研究員：隨著芯片技術的不斷發展，芯片的節點越來越小，現在10nm已經成為常態了，3nm的也已經能夠做到了。這樣小的節點的芯片，對于封裝的要求是非常高的，因為集成電路芯片導線間距變得越來越小，對于封裝用環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），因為放射性元素鈾（U）會產生α射線，會影響電路誤判信號。同時為了更好地封裝，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于現代芯片的封裝是非常至關重要的，我們研發的這項技術是集成電路芯片封裝材料產業非常關鍵的技術。

（本文由中國粉體網記者依據采訪視頻整理而成，經李研究員審訂。）

附：李豐研究員簡介

李豐，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員。曾先后在世界500強的美國英格索蘭（Ingersoll-Rand）公司任實驗室主任和美國杜邦（DuPont）公司任高級工程師。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應用、半導體集成電路設計及制造工藝、LED和OLED照明和顯示、納米材料和納米制造等技術領域擁有豐富的科學研究和在中美兩國成功創辦4家高新技術企業的經驗。近年來在半導體領域主持開展超低功耗半導體集成電路芯片和高純納米球形硅微粉兩項關鍵技術產業化工作。科學研究領域，主持和參加的國家和省部及地方各級科學研究及產業化項目超過20項，在相關技術和產業領域申請國內外專利超過100項，其中67項專利獲授權，發表學術論文20余篇。