中國粉體網訊 石英材料被廣泛應用于集成電路、光伏等高技術硅材料領域，是國家戰略性產業和支柱性產業發展中不可替代的高純基礎材料。而東海縣匯聚了全國85%的石英材料生產企業，被譽為“東方石英中心”。2023年9月15日，由東海縣政府和中國粉體網主辦的全國集成電路及光伏用高純石英材料產業發展大會在江蘇東海隆重召開，會議期間，我們邀請到了業內專家、學者，優秀企業家代表做客對話欄目，進行訪談交流。
本期為您分享的是中國粉體網對南京航空航天大學傅仁利教授的專訪。
中國粉體網：傅教授，覆銅板和環氧塑封料是硅微粉最主要的兩大應用領域，這兩大領域用硅微粉的產品性能指標有何不同？分別是怎樣的？
傅教授：電子元器件的封裝是講層次的，覆銅板一般是板級，環氧塑封料一般是芯片級，其層級不一樣，功能不一樣，要求就不一樣。覆銅板俗稱PCB板，早期通過各種元器件通過銅進行刻蝕以后形成的電路，把各種有源器件，無源器件集成到一起，體現其功能。對熱性能、電性能以及高頻性能要求并不高，主要解決其膨脹問題、板的硬度問題以及力學性能上的指標，因此對硅微粉的純度以及形狀要求不高。早期甚至無需加硅微粉，只是需要添加玻纖布，之后隨著集成電路的發展，由插裝的方式改成貼片式，布線密度隨之增加，線間距隨之減小。器件的封裝密度增加了，所以它對于力學性能，比如膨脹系數還有其介電性能產生了新的要求。在一些高頻微波器件中，無定形硅微粉無法滿足其要求，需要低應力的、低膨脹、低輻射的硅微粉，但是相對而言，其對硅微粉的純度要求不高。
但是環氧塑封料不一樣，它直接包裹在裸芯片的表面，形成各種各樣的電子元器件，無論是有源器件還是無源器件，都是與芯片的電極直接接觸，因此如果硅微粉的純度不夠，會嚴重影響芯片的電性能。功率器件對散熱性能要求較高，因此要求硅微粉具有熱膨脹適配能力，另外還有其高頻性能線路間的分布式電容問題，因此環氧塑封料對硅微粉的純度、顆粒的形態、形狀、尺寸甚至尺寸分布都有著比較高的要求。
總而言之，雖然都叫硅微粉，但是不同用途的硅微粉，解決的問題也不一樣。實際在硅產業中，也需要針對不同需求做不同的分級。
中國粉體網：大規模與超大規模集成電路的發展對硅微粉的性能提出了哪些新的要求？
傅教授：在基板上面，它對由硅石等原料制備的硅晶圓的尺寸、精度、以及缺陷有要求，如果是在14nm或7nm以下的先進集成電路中，制作的芯片更多，對材料的純度、缺陷率等要求更高。
但如果從硅微粉角度來講，需要更關注器件本身，比如集成器件密度高了以后，超大規模或者功率器件的發熱會增加，過去我們對熱性能的關注度不高，封裝尺寸的引腳數增多以后，器件本身的間距縮小，之前都是幾十微米，現在可能到微米甚至亞微米或者納米，其顆粒尺寸會發生變化。另外要提高填充的堆積密度，要求硅微粉是球形，至少是類球形，其對顆粒的形態要求就更高。如果是填充芯片本身的管腳，即BGA的引角，那其對填充率要求更高，要求硅微粉完全是球形，而且是要單分散的球形，需要對硅微粉進行深加工。
從前是幾十微米，現在到微米、亞微米，甚至到納米，集成電路的制程發生了變化，對硅微粉的純度、形態的控制，包括粒度的分布、表面的狀態都產生了新的要求。因為它與環氧樹脂進行復合，就要考慮硅微粉與樹脂之間的相容性，不僅要考慮硅微粉本身，還需要考慮與它應用的對象是否相容。像高端的先進封裝材料，包括塑封料和基板，針對大功率的超大規模的集成電路，現在多了一個 HDI高密度封裝轉接板，要對線路放大進行二次封裝，這里面就多了許多技術和細節問題需要研究，從而衍生了很多新的領域和新的需求。
中國粉體網：集成電路電子封裝填料為什么要選擇球形硅微粉？它有何優勢？
傅教授：主要原因是堆積密度，等徑球形是最容易實現密堆積的，當然在實際進行封裝的時候，需要多種尺寸進行配合，把間隙填上去，從而提高它的堆積密度。從粉體來講，球形或類球形的松裝密度高，其流動性也高。在樹脂里填充時，無論是轉移模塑還是壓縮模塑，都會涉及樹脂模塑本身流動填充的工藝過程。球形粉的流動阻力最小，工藝性能最好，這也是工藝本身所決定的，它是由不同粒度的球形硅微粉去進行封裝的。
中國粉體網：目前，國內外電子封裝用硅微粉填料的生產現狀是怎樣的？您認為未來的發展趨勢是什么？
傅教授：過去比較粗獷，國內大多數企業做比較容易做的產品，比如PCB板用的角形硅微粉，買來礦進行酸洗，進行簡單的篩分處理，就進行銷售。這樣對于硅微粉的粒度、表面分布，甚至表面的狀態都沒有足夠的重視，只能應用一些比較低端的產品。我們用的塑封料，對硅微粉顆粒的形狀、形態表面的一些細節問題都要進行研究，但事實上我們做的仍然不夠充分。一個是從技術研究來講做的不多，特別是高校有做的，或者研究單位有做的，但是沒有把相關的東西轉移到企業，重視度不夠。因為高端的東西要求高、門檻兒高，投入大，見效慢，所以國內企業目前在這方面做的不夠充分。
這方面的研究單位是有的，但是也沒有很好的轉化，研究單位用的是學術研究的方法，而不是一個產業能夠應用的方法。在轉移過程中存在許多問題，比如成本問題，材料在用的時候有一個關鍵的瓶頸問題即性價比，我們總的目標是要把硅微粉的性能越做越高，越做越好，但價格越來越低。但是從學術研究來講，我們不考慮成本，所以它對企業來說就會面臨成本壓力。而先進封裝的技術來源是國外，國外已經發展了許多年，而國內最早對這方面的需求不足，技術是從國外導入進來的，研究比較晚，不夠充分。但是現在隨著應用領域的擴大，技術會逐漸進步和提高。
所以從現狀來講，像UNDERFILL等國外知名公司的產品，比如HDI高密度封裝基板用的材料，國內目前還跟不上，有些具體的細節技術問題還沒得到解決，但是總體來講正逐步實現國產化。
中國粉體網：我國硅微粉研發技術水平與國外相比存在哪些差距？傅教授，您認為應該如何推動高端硅微粉產品國產化進程？
傅教授：一個很重要的差距就是研發投入，國外研發投入大概是百分之十幾，我們只有百分之幾。技術不可能無中生有，是需要不斷迭代，不斷積累的，因此國內的企業要加大研發投入。國內現在屬于低端產品充分競爭甚至惡性競爭，高端產品一片空白，被國外壟斷。因此企業要有長遠眼光，加大投入，將技術難點逐一攻破。我們不可能一下就變成世界第一，但是我們可以逐漸提高自己的產品水平，慢慢積累，不斷迭代，早晚會產生突破。所以我個人覺得企業首先要加大投入，許多享受了國家的政策，但是沒有真正的科研投入落實到研發上面，另外是人力資本，人是最活躍的因素，必須招攬研發人才�？偠灾诵牡膯栴}是人、資金投入和市場。中國有巨大的人力資源優勢、產業優勢，以及資源優勢，實現突破只是時間問題！
（中國粉體網編輯整理/初末）
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