中国粉体网讯 随着功率器件特别是第三代半导体的崛起与应用，半导体器件逐渐向大功率、小型化、集成化、多功能等方向发展，对封装基板性能也提出了更高要求。陶瓷基板具有热导率高、耐热性好、热膨胀系数低、机械强度高、绝缘性好、耐腐蚀、抗辐射等特点，在电子器件封装中得到广泛应用。在刚刚召开的2020第三届新型陶瓷技术与产业高峰论坛上，中国粉体网记者就电子封装中的陶瓷材料与封装技术等问题现场专访了南京航空航天大学的傅仁利教授。
傅仁利教授在第三届新型陶瓷技术与产业高峰论坛上演讲
中国粉体网记者：傅教授，首先向您请教微电子的封装与芯片这两者之间的关系是什么？
傅教授：对于公众来讲，对于芯片以及器件可能不是很了解。芯片它是在硅晶圆上通过很复杂的工艺做成的有源二极管或者三极管。它要运用互通互联与外部进行有效的连接和信息的输入输出，这样必然会涉及到载体，这些载体通常被我们称之为基片或基板。
对于芯片来讲，它有如下几个作用：首先是信号的输入输出，还有空间的转换，随着半导体芯片的尺寸越来越小，它的信号电极之间的距离越来越窄、越来越小，必须要用到更大的基片起到放大的功能，把电极间的空间进行放大，还有对外界环境的屏蔽和保护。如果把芯片比喻成主角，基片就是搭舞台的，让它来发挥功能的这样一个重要的组成部分。两者是相辅相成、缺一不可的。特别是现在随着芯片的尺寸越来越小，封装也趋于芯片尺寸的封装（也就是SOC封装）。这样对材料的要求就越来越高。
中国粉体网记者：微电子封装对于陶瓷材料有哪些要求？
傅教授：从功能上来讲，它要满足使用性能上的要求，比如：信号和电源的输入输出、芯片保护等，有力学性能、电学性能、热学性能方面的要求，还有可靠性方面的要求，等等。实现这些功能的单一材料很少，从这些指标来看，我们所使用的陶瓷多数都是相关的，比如：氧化铝、氮化铝、氮化硅。现在之所以在发展这些材料，就是因为芯片的工作电压、使用温度、使用频率都在逐渐增加。传统的材料已经不能够满足要求了，而陶瓷材料的性能优势就逐渐显露出来。
它存在的问题也是比较明显的，就是价格。由于过去没有批量规模化生产，它的价格比较高，有些产品对成本比较敏感就很难应用它。现在随着产业逐渐构建起来，比如在这次新型陶瓷会议上，有很多企业围绕着陶瓷粉体、基板到金属化、封装都在努力，使整个行业朝着良性方向发展。成本在逐渐下降，也促进了它的应用。
中国粉体网记者：微电子封装用陶瓷材料主要有哪些？它们各自的特点是什么？比较有应用前景的陶瓷材料是哪种？
傅教授：这也是产业界比较关注的事情。最经典的就是氧化铝。需要满足上述的那些力学、化学、电学性能，首先就是高绝缘，还有高导热、良好的化学稳定性，等。高导热的，有氮化铝、氮化硅、氧化铍，高绝缘的，有氧化铝、氧化硅。比较传统的有氧化硅（比如石英）、氧化铝陶瓷基板，占的比重比较多。
现在，随着功率器件的工作频率在增加，它的工作温度、工作电压升高，氮化铝和氮化硅成了第三代半导体明星材料，就是针对5G或者功率半导体器件的明星材料。有句俗语叫“春江水暖鸭先知”，从参加本届新型陶瓷会议的企业家们可以看出来，他们已经在密切关注氮化铝、氮化硅了。企业关注的，就是未来发展的方向。
中国粉体网记者：微电子封装用陶瓷材料的制备技术难点在哪里？如何解决？
傅教授：由于面临三个要求：高频、高压、高工作温度，对半导体材料的导电性、绝缘性、高频性能要求极高，这样对于材料的纯度要求就提高了不只一个数量级。今天有一位专家的报告中也提到，微量的氧在传统的结构陶瓷中没有什么影响，但是如果做基板的话，它的影响极大，微量氧对陶瓷的热学性能、甚至力学性能都有非常大的影响。这是纯度的问题。还有粒度的问题，因为基板要做得轻、薄，就必须对粒度进行控制，对粒度分布进行控制，甚至还有晶型的控制。特别是工业化批量生产中，控制这些就有很大的难度，需要有若干个技术诀窍的突破，不断地技术积累才有可能解决这些难题。
除了粉体，还有烧结，由于氮化物本身难烧结，为了促进它们烧结，一般需要添加烧结助剂，加什么、加多少都是制约难题。如果不加，烧结很难成型；加多了，会影响导热性。这是烧结工艺、烧结装备的难题。
第三个难题就是金属化，金属化存在一个良率的问题，比如：大尺寸、翘曲度、缺陷、表面晶粒粒度的变化等其它因素，只有满足客户的全部要求才算是合格品。我们生产过程中如果不解决良率的问题，企业就没办法赚钱。这涉及到管理、控制、配合，不仅有粉体的问题，还有金属铜箔的问题，铜箔也要提高。
还有一个难题就是下游客户的接受度。因为有些是在极端环境下，比如高铁中用到的大量的电子器件，不允许出现故障的，必须要经过验证，应用环节中的验证问题也需要突破。
我个人觉得，这需要全产业的协作，不是一个人单打独斗，而是要上下游企业目标一致、各自解决各自的问题，才可能共同解决陶瓷材料的问题。我个人认为，我们的企业之间缺乏协作是阻碍技术发展的一大瓶颈。这次的新型陶瓷会议，让我感到高兴的是，企业界在分享他们的研究心得，包括粉体、陶瓷、装备技术等方面。
中国粉体网记者：我国在微电子封装用陶瓷材料及封装技术上的发展现状是怎样的？需要从哪些方面入手去提高相关技术水平？
傅教授：目前比较紧迫的就是要提高粉体的品质。下游产业如果目前介入还是有难度的，比如高铁行业，如果我们的技术不成熟，是不可能导入的。所以，我们需要从粉体开始解决，首先把粉体与陶瓷的关系协调，之后是陶瓷与金属化的关系协调，然后一步一步地往前推进。
涉及到的产学研问题，有一个没搞清楚的问题就是粉体究竟多大尺寸合适，因为它是要流延成型的，还有超薄的、大尺寸的，需要什么样的合适的粒度分布和形态，能保证它的成型性能。这里面涉及到很多粉体的问题。这就需要产学研的协作，需要科研界的研究支持。然后，企业界、技术人员可以围绕相关问题开发工艺装备和相应的工艺过程。各司其职，共同发力。感谢粉体网举办的这次会议，听了几场报告对我启发很大，拉近了企业界与学术界的距离。
附：专家简介
傅仁利，南京航空航天大学材料科学与技术学院教授，长期从事材料科学与工程的教学与研究工作，在氧化铝陶瓷基板，白光LED新型荧光材料及光谱调控、氮化铝陶瓷粉末自蔓延燃烧合成、功率电子器件用基板材料和散热技术以及电子封装用高性能复合模塑料等方面进行了比较深入的研究工作，获得省部级科技进步奖两项，授权国家发明专利8项，实用新型专利1项。发表学术论文80余篇。担任《复合材料学报》和《Materials and Design》通讯编委。
（中国粉体网记者采访/黑金，编辑整理/平安）
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