中國粉體網(wǎng)訊 石英材料被廣泛應(yīng)用于集成電路、光伏等高技術(shù)硅材料領(lǐng)域，是國家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)和支柱性產(chǎn)業(yè)發(fā)展中不可替代的高純基礎(chǔ)材料。而東海縣匯聚了全國85%的石英材料生產(chǎn)企業(yè)，被譽為“東方石英中心”。2023年9月15日，由東�？h政府和中國粉體網(wǎng)主辦的全國集成電路及光伏用高純石英材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會在江蘇東海隆重召開，會議期間，我們邀請到了業(yè)內(nèi)專家、學(xué)者，優(yōu)秀企業(yè)家代表做客對話欄目，進(jìn)行訪談交流。
本期為您分享的是中國粉體網(wǎng)對南京航空航天大學(xué)傅仁利教授的專訪。
中國粉體網(wǎng)：傅教授，覆銅板和環(huán)氧塑封料是硅微粉最主要的兩大應(yīng)用領(lǐng)域，這兩大領(lǐng)域用硅微粉的產(chǎn)品性能指標(biāo)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(huán)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(jìn)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(xiàn)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(xué)性能上的指標(biāo)，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(fā)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(xué)性能，比如膨脹系數(shù)還有其介電性能產(chǎn)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(yīng)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(huán)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(yán)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(huán)氧塑封料對硅微粉的純度、顆粒的形態(tài)、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(chǎn)業(yè)中，也需要針對不同需求做不同的分級。
中國粉體網(wǎng)：大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路的發(fā)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(jìn)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(guān)注器件本身，比如集成器件密度高了以后，超大規(guī)�；蛘吖β势骷陌l(fā)熱會增加，過去我們對熱性能的關(guān)注度不高，封裝尺寸的引腳數(shù)增多以后，器件本身的間距縮小，之前都是幾十微米，現(xiàn)在可能到微米甚至亞微米或者納米，其顆粒尺寸會發(fā)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(tài)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(jìn)行深加工。
從前是幾十微米，現(xiàn)在到微米、亞微米，甚至到納米，集成電路的制程發(fā)生了變化，對硅微粉的純度、形態(tài)的控制，包括粒度的分布、表面的狀態(tài)都產(chǎn)生了新的要求。因為它與環(huán)氧樹脂進(jìn)行復(fù)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(yīng)用的對象是否相容。像高端的先進(jìn)封裝材料，包括塑封料和基板，針對大功率的超大規(guī)模的集成電路，現(xiàn)在多了一個 HDI高密度封裝轉(zhuǎn)接板，要對線路放大進(jìn)行二次封裝，這里面就多了許多技術(shù)和細(xì)節(jié)問題需要研究，從而衍生了很多新的領(lǐng)域和新的需求。
中國粉體網(wǎng)：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(yōu)勢？
傅教授：主要原因是堆積密度，等徑球形是最容易實現(xiàn)密堆積的，當(dāng)然在實際進(jìn)行封裝的時候，需要多種尺寸進(jìn)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(zhuǎn)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(jìn)行封裝的。
中國粉體網(wǎng)：目前，國內(nèi)外電子封裝用硅微粉填料的生產(chǎn)現(xiàn)狀是怎樣的？您認(rèn)為未來的發(fā)展趨勢是什么？
傅教授：過去比較粗獷，國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)做比較容易做的產(chǎn)品，比如PCB板用的角形硅微粉，買來礦進(jìn)行酸洗，進(jìn)行簡單的篩分處理，就進(jìn)行銷售。這樣對于硅微粉的粒度、表面分布，甚至表面的狀態(tài)都沒有足夠的重視，只能應(yīng)用一些比較低端的產(chǎn)品。我們用的塑封料，對硅微粉顆粒的形狀、形態(tài)表面的一些細(xì)節(jié)問題都要進(jìn)行研究，但事實上我們做的仍然不夠充分。一個是從技術(shù)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(guān)的東西轉(zhuǎn)移到企業(yè)，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(nèi)企業(yè)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(zhuǎn)化，研究單位用的是學(xué)術(shù)研究的方法，而不是一個產(chǎn)業(yè)能夠應(yīng)用的方法。在轉(zhuǎn)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(guān)鍵的瓶頸問題即性價比，我們總的目標(biāo)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(xué)術(shù)研究來講，我們不考慮成本，所以它對企業(yè)來說就會面臨成本壓力。而先進(jìn)封裝的技術(shù)來源是國外，國外已經(jīng)發(fā)展了許多年，而國內(nèi)最早對這方面的需求不足，技術(shù)是從國外導(dǎo)入進(jìn)來的，研究比較晚，不夠充分。但是現(xiàn)在隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，技術(shù)會逐漸進(jìn)步和提高。
所以從現(xiàn)狀來講，像UNDERFILL等國外知名公司的產(chǎn)品，比如HDI高密度封裝基板用的材料，國內(nèi)目前還跟不上，有些具體的細(xì)節(jié)技術(shù)問題還沒得到解決，但是總體來講正逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化。
中國粉體網(wǎng)：我國硅微粉研發(fā)技術(shù)水平與國外相比存在哪些差距？傅教授，您認(rèn)為應(yīng)該如何推動高端硅微粉產(chǎn)品國產(chǎn)化進(jìn)程？
傅教授：一個很重要的差距就是研發(fā)投入，國外研發(fā)投入大概是百分之十幾，我們只有百分之幾。技術(shù)不可能無中生有，是需要不斷迭代，不斷積累的，因此國內(nèi)的企業(yè)要加大研發(fā)投入。國內(nèi)現(xiàn)在屬于低端產(chǎn)品充分競爭甚至惡性競爭，高端產(chǎn)品一片空白，被國外壟斷。因此企業(yè)要有長遠(yuǎn)眼光，加大投入，將技術(shù)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(chǎn)品水平，慢慢積累，不斷迭代，早晚會產(chǎn)生突破。所以我個人覺得企業(yè)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(fā)上面，另外是人力資本，人是最活躍的因素，必須招攬研發(fā)人才。總而言之核心的問題是人、資金投入和市場。中國有巨大的人力資源優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，以及資源優(yōu)勢，實現(xiàn)突破只是時間問題！
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）
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