中国粉体网讯 石英材料被广泛应用于集成电路、光伏等高技术硅材料领域，是国家战略性产业和支柱性产业发展中不可替代的高纯基础材料。而东海县汇聚了全国85%的石英材料生产企业，被誉为“东方石英中心”。2023年9月15日，由东海县政府和中国粉体网主办的全国集成电路及光伏用高纯石英材料产业发展大会在江苏东海隆重召开，会议期间，我们邀请到了业内专家、学者，优秀企业家代表做客对话栏目，进行访谈交流。
本期为您分享的是中国粉体网对南京航空航天大学傅仁利教授的专访。
中国粉体网：傅教授，覆铜板和环氧塑封料是硅微粉最主要的两大应用领域，这两大领域用硅微粉的产品性能指标有何不同？分别是怎样的？
傅教授：电子元器件的封装是讲层次的，覆铜板一般是板级，环氧塑封料一般是芯片级，其层级不一样，功能不一样，要求就不一样。覆铜板俗称PCB板，早期通过各种元器件通过铜进行刻蚀以后形成的电路，把各种有源器件，无源器件集成到一起，体现其功能。对热性能、电性能以及高频性能要求并不高，主要解决其膨胀问题、板的硬度问题以及力学性能上的指标，因此对硅微粉的纯度以及形状要求不高。早期甚至无需加硅微粉，只是需要添加玻纤布，之后随着集成电路的发展，由插装的方式改成贴片式，布线密度随之增加，线间距随之减小。器件的封装密度增加了，所以它对于力学性能，比如膨胀系数还有其介电性能产生了新的要求。在一些高频微波器件中，无定形硅微粉无法满足其要求，需要低应力的、低膨胀、低辐射的硅微粉，但是相对而言，其对硅微粉的纯度要求不高。
但是环氧塑封料不一样，它直接包裹在裸芯片的表面，形成各种各样的电子元器件，无论是有源器件还是无源器件，都是与芯片的电极直接接触，因此如果硅微粉的纯度不够，会严重影响芯片的电性能。功率器件对散热性能要求较高，因此要求硅微粉具有热膨胀适配能力，另外还有其高频性能线路间的分布式电容问题，因此环氧塑封料对硅微粉的纯度、颗粒的形态、形状、尺寸甚至尺寸分布都有着比较高的要求。
总而言之，虽然都叫硅微粉，但是不同用途的硅微粉，解决的问题也不一样。实际在硅产业中，也需要针对不同需求做不同的分级。
中国粉体网：大规模与超大规模集成电路的发展对硅微粉的性能提出了哪些新的要求？
傅教授：在基板上面，它对由硅石等原料制备的硅晶圆的尺寸、精度、以及缺陷有要求，如果是在14nm或7nm以下的先进集成电路中，制作的芯片更多，对材料的纯度、缺陷率等要求更高。
但如果从硅微粉角度来讲，需要更关注器件本身，比如集成器件密度高了以后，超大规模或者功率器件的发热会增加，过去我们对热性能的关注度不高，封装尺寸的引脚数增多以后，器件本身的间距缩小，之前都是几十微米，现在可能到微米甚至亚微米或者纳米，其颗粒尺寸会发生变化。另外要提高填充的堆积密度，要求硅微粉是球形，至少是类球形，其对颗粒的形态要求就更高。如果是填充芯片本身的管脚，即BGA的引角，那其对填充率要求更高，要求硅微粉完全是球形，而且是要单分散的球形，需要对硅微粉进行深加工。
从前是几十微米，现在到微米、亚微米，甚至到纳米，集成电路的制程发生了变化，对硅微粉的纯度、形态的控制，包括粒度的分布、表面的状态都产生了新的要求。因为它与环氧树脂进行复合，就要考虑硅微粉与树脂之间的相容性，不仅要考虑硅微粉本身，还需要考虑与它应用的对象是否相容。像高端的先进封装材料，包括塑封料和基板，针对大功率的超大规模的集成电路，现在多了一个 HDI高密度封装转接板，要对线路放大进行二次封装，这里面就多了许多技术和细节问题需要研究，从而衍生了很多新的领域和新的需求。
中国粉体网：集成电路电子封装填料为什么要选择球形硅微粉？它有何优势？
傅教授：主要原因是堆积密度，等径球形是最容易实现密堆积的，当然在实际进行封装的时候，需要多种尺寸进行配合，把间隙填上去，从而提高它的堆积密度。从粉体来讲，球形或类球形的松装密度高，其流动性也高。在树脂里填充时，无论是转移模塑还是压缩模塑，都会涉及树脂模塑本身流动填充的工艺过程。球形粉的流动阻力最小，工艺性能最好，这也是工艺本身所决定的，它是由不同粒度的球形硅微粉去进行封装的。
中国粉体网：目前，国内外电子封装用硅微粉填料的生产现状是怎样的？您认为未来的发展趋势是什么？
傅教授：过去比较粗犷，国内大多数企业做比较容易做的产品，比如PCB板用的角形硅微粉，买来矿进行酸洗，进行简单的筛分处理，就进行销售。这样对于硅微粉的粒度、表面分布，甚至表面的状态都没有足够的重视，只能应用一些比较低端的产品。我们用的塑封料，对硅微粉颗粒的形状、形态表面的一些细节问题都要进行研究，但事实上我们做的仍然不够充分。一个是从技术研究来讲做的不多，特别是高校有做的，或者研究单位有做的，但是没有把相关的东西转移到企业，重视度不够。因为高端的东西要求高、门槛儿高，投入大，见效慢，所以国内企业目前在这方面做的不够充分。
这方面的研究单位是有的，但是也没有很好的转化，研究单位用的是学术研究的方法，而不是一个产业能够应用的方法。在转移过程中存在许多问题，比如成本问题，材料在用的时候有一个关键的瓶颈问题即性价比，我们总的目标是要把硅微粉的性能越做越高，越做越好，但价格越来越低。但是从学术研究来讲，我们不考虑成本，所以它对企业来说就会面临成本压力。而先进封装的技术来源是国外，国外已经发展了许多年，而国内最早对这方面的需求不足，技术是从国外导入进来的，研究比较晚，不够充分。但是现在随着应用领域的扩大，技术会逐渐进步和提高。
所以从现状来讲，像UNDERFILL等国外知名公司的产品，比如HDI高密度封装基板用的材料，国内目前还跟不上，有些具体的细节技术问题还没得到解决，但是总体来讲正逐步实现国产化。
中国粉体网：我国硅微粉研发技术水平与国外相比存在哪些差距？傅教授，您认为应该如何推动高端硅微粉产品国产化进程？
傅教授：一个很重要的差距就是研发投入，国外研发投入大概是百分之十几，我们只有百分之几。技术不可能无中生有，是需要不断迭代，不断积累的，因此国内的企业要加大研发投入。国内现在属于低端产品充分竞争甚至恶性竞争，高端产品一片空白，被国外垄断。因此企业要有长远眼光，加大投入，将技术难点逐一攻破。我们不可能一下就变成世界第一，但是我们可以逐渐提高自己的产品水平，慢慢积累，不断迭代，早晚会产生突破。所以我个人觉得企业首先要加大投入，许多享受了国家的政策，但是没有真正的科研投入落实到研发上面，另外是人力资本，人是最活跃的因素，必须招揽研发人才。总而言之核心的问题是人、资金投入和市场。中国有巨大的人力资源优势、产业优势，以及资源优势，实现突破只是时间问题！
（中国粉体网编辑整理/初末）
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