鳳凰山腳下，深圳先進(jìn)電子材料國(guó)際創(chuàng)新研究院（簡(jiǎn)稱“電子材料院”）的展廳內(nèi)擺放著幾瓶“神奇膠水”。它看似平常無(wú)奇，卻已從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，替代了以毫升計(jì)價(jià)、價(jià)格高昂的進(jìn)口產(chǎn)品，在芯片加工過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
電子材料院團(tuán)隊(duì)研發(fā)的臨時(shí)鍵合材料，可以支持百微米及以下的超薄芯片加工，并且與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比具有更高的耐熱性和耐化性，可在160℃實(shí)現(xiàn)低溫解鍵合，打破了國(guó)外長(zhǎng)期壟斷。
中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院材料所所長(zhǎng)、電子材料院院長(zhǎng) 孫蓉近日在接受記者采訪時(shí)表示，深圳電子材料院是中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（簡(jiǎn)稱“深圳先進(jìn)院”）和深圳市寶安區(qū)人民政府于2019年合作共建的深圳市十大基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)之一。
該院既有別于高校和科研院所，也有別于企業(yè)的研發(fā)機(jī)構(gòu)，而是依托深圳先進(jìn)院先進(jìn)材料研究中心17年來(lái)的科研、教育基礎(chǔ)，從需求端凝煉“根問(wèn)題”，突破先進(jìn)電子封裝材料核心技術(shù)，為產(chǎn)業(yè)界提供更多“彈藥”，并聯(lián)動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同推動(dòng)高端電子材料產(chǎn)業(yè)化，目標(biāo)是建成國(guó)際一流的電子封裝材料技術(shù)研發(fā)與轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化平臺(tái)。
今年，該院建成我國(guó)首個(gè)集成電路高端封裝材料“理化-檢測(cè)-中試-驗(yàn)證”全閉環(huán)平臺(tái)，可全面支撐國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)的材料驗(yàn)證需求，加速關(guān)鍵核心技術(shù)材料產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
電子材料院成立于2019年，是中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（簡(jiǎn)稱“深圳先進(jìn)院”）和深圳市寶安區(qū)人民政府合作共建的深圳市十大基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)之一，也是寶安區(qū)首家應(yīng)用型基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)。
打產(chǎn)品仗，找“根問(wèn)題”
近年來(lái)，新能源汽車(chē)普及率提高、ChatGPT火爆等等，都對(duì)電子元器件的小型化、多功能化、大算力都帶來(lái)更多需求。盡管高端先進(jìn)電子封裝材料產(chǎn)業(yè)前景強(qiáng)大，但絕大部分關(guān)鍵電子封裝材料被日本、美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷。
2006年加入中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的孫蓉，2008年帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)參與國(guó)家科技部“02專項(xiàng)”（全稱“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”國(guó)家科技重大專項(xiàng)），從此深耕集成電路封裝材料領(lǐng)域，一邊研究材料，一邊服務(wù)產(chǎn)業(yè)，十幾年來(lái)參與、見(jiàn)證了我國(guó)先進(jìn)電子封裝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
“在集成電路領(lǐng)域，需求端的巨大變化倒逼著材料端、制造端進(jìn)行顛覆性創(chuàng)新。”孫蓉說(shuō)，2018年時(shí)，我國(guó)先進(jìn)電子封裝工藝、設(shè)備都在一定程度上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，但在先進(jìn)電子封裝材料領(lǐng)域，依然由美、歐、日主導(dǎo)。我國(guó)在先進(jìn)電子封裝材料起步較晚，基礎(chǔ)比較薄弱，彼時(shí)未出現(xiàn)有競(jìng)爭(zhēng)力的玩家，需要研發(fā)人員和業(yè)界共同努力。
中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院材料所所長(zhǎng)、電子材料院院長(zhǎng)孫蓉。
電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的深圳，近年在先進(jìn)電子材料領(lǐng)域加強(qiáng)前瞻布局。
2018年，深圳先進(jìn)院材料所由中國(guó)工程院原副院長(zhǎng)干勇院士和深圳先進(jìn)院院長(zhǎng)樊建平為其揭牌。
2019年4月，在第一屆粵港澳大灣區(qū)先進(jìn)電子材料高峰論壇上，深圳先進(jìn)院與寶安區(qū)人民政府簽署了共建電子材料院的合作協(xié)議。
2019年5月，電子材料院迅速揭牌成立，并宣告開(kāi)始運(yùn)作。
2020年底，電子材料院正式入駐鳳凰山腳下的龍王廟智造小鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)園，成為寶安區(qū)首家應(yīng)用型基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)。
4年來(lái)，電子材料院團(tuán)隊(duì)圍繞電子封裝材料中的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展攻關(guān)，累計(jì)發(fā)表論文493篇，其中SCI論文326篇，EI 論文160篇，并且在2022年度國(guó)際頂級(jí)封裝會(huì)議期刊（ICEPT）會(huì)議論文接收待收錄78篇，數(shù)量位居全國(guó)第一；累計(jì)申請(qǐng)專利277件（授權(quán)38件），PCT專利16件；牽頭承擔(dān)和參與94項(xiàng)國(guó)家級(jí)、省部級(jí)、市級(jí)科研項(xiàng)目的研究工作，承擔(dān)先進(jìn)電子封裝材料國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室、中科院-香港中文大學(xué)高密度電子封裝材料與器件聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、廣東省高密度電子封裝關(guān)鍵材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)平臺(tái)的建設(shè)。
除了立足于基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題的解決，電子材料院團(tuán)隊(duì)還與下游用戶企業(yè)進(jìn)行緊密合作，探索先進(jìn)電子封裝材料規(guī)模化穩(wěn)定生產(chǎn)工藝，推進(jìn)技術(shù)成果的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。該院歷經(jīng)多次試錯(cuò)開(kāi)發(fā)出的激光解鍵合和熱滑移解鍵合臨時(shí)鍵合材料，均通過(guò)多家行業(yè)龍頭封裝客戶的工藝驗(yàn)證，并成功導(dǎo)入產(chǎn)線，通過(guò)合作企業(yè)深圳市化訊半導(dǎo)體材料有限公司實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)和銷(xiāo)售，供應(yīng)國(guó)內(nèi)龍頭企業(yè)。
電子材料院研發(fā)并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的臨時(shí)鍵合膠。
電子材料院副院長(zhǎng)張國(guó)平介紹:“如果沒(méi)有臨時(shí)鍵合材料的支撐，超薄芯片在加工過(guò)程中的破損率將會(huì)提高，導(dǎo)致單顆芯片的成本上升，最終難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)。國(guó)內(nèi)芯片廠商使用的臨時(shí)鍵合材料長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，而這款材料是芯片生產(chǎn)企業(yè)急需的。”
孫蓉告訴記者:“為什么要在前線打產(chǎn)品仗？我們是為了發(fā)現(xiàn)真正的基礎(chǔ)研究問(wèn)題。要在先進(jìn)電子封裝材料領(lǐng)域想領(lǐng)先，就必須從基礎(chǔ)研究做起，但基礎(chǔ)研究不是拍腦袋做的，真正在市場(chǎng)上打幾場(chǎng)仗，才能知道真正的需求在哪里。”
4年來(lái)，電子材料院秉承“需求牽引，市場(chǎng)（應(yīng)用）決定技術(shù)”的原則，圍繞集成電路產(chǎn)業(yè)先進(jìn)封裝的關(guān)鍵電子材料開(kāi)展研發(fā)，目前重點(diǎn)布局晶圓級(jí)、芯片級(jí)、系統(tǒng)級(jí)關(guān)鍵電子封裝材料，致力于實(shí)現(xiàn)高端電子封裝材料的產(chǎn)業(yè)化。今年初，“電子材料院在集成電路相關(guān)電子化學(xué)品領(lǐng)域取得良好進(jìn)展”還被寫(xiě)入2023年深圳市政府工作報(bào)告。
孫蓉告訴記者，攻破關(guān)鍵核心技術(shù)的進(jìn)展是緩慢的，不可能一蹴而就。經(jīng)過(guò)十多年積累，電子材料院除了此前實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的兩款臨時(shí)鍵合膠，今年預(yù)計(jì)還有兩個(gè)材料實(shí)現(xiàn)商品化。
電子材料院研發(fā)的芯片級(jí)底部填充膠。
打通材料應(yīng)用“最后一公里”
科研成果實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用固然重要，但孫蓉更為看重的是，打造一個(gè)集成電路高端封裝材料的“理化-檢測(cè)-中試-驗(yàn)證”全鏈條閉環(huán)平臺(tái)，打通材料應(yīng)用“最后一公里”，從而加速高端電子封裝材料的產(chǎn)業(yè)化。
如今，電子材料院位于寶安區(qū)的4.3萬(wàn)平方米園區(qū)中，已建成先進(jìn)電子封裝材料“研發(fā)-檢測(cè)-中試-驗(yàn)證”全鏈條平臺(tái)，這也是成為國(guó)內(nèi)首家覆蓋理化實(shí)驗(yàn)、分析檢測(cè)、中試放大、工藝驗(yàn)證全流程先進(jìn)電子封裝材料公共服務(wù)平臺(tái)。
電子材料院2023年建成國(guó)內(nèi)首個(gè)先進(jìn)電子封裝材料“研發(fā)-檢測(cè)-中試-驗(yàn)證”全鏈條閉環(huán)平臺(tái)。
“每個(gè)先進(jìn)電子封裝材料如果不經(jīng)過(guò)成千上萬(wàn)次試錯(cuò)，沒(méi)有企業(yè)敢用，這個(gè)過(guò)程沒(méi)有捷徑可走。我們的策略是‘用空間換時(shí)間‘。”孫蓉說(shuō)，在材料和化學(xué)領(lǐng)域，從小試到中試有一個(gè)“死亡谷”，比如一個(gè)機(jī)構(gòu)能做出50毫升的臨時(shí)鍵合膠性能不錯(cuò)，但未必能說(shuō)明它50升時(shí)依然如此，中間存在巨大的風(fēng)險(xiǎn)，這就需要一次次的驗(yàn)證。
據(jù)張國(guó)平介紹，團(tuán)隊(duì)每研發(fā)出一版樣品，都需要驗(yàn)證其是否可用，而這一環(huán)節(jié)曾經(jīng)是團(tuán)隊(duì)面臨的瓶頸。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，他的日常工作是研發(fā)、送樣、等待驗(yàn)證、繼續(xù)研發(fā)。“過(guò)去，國(guó)內(nèi)沒(méi)有公共封裝材料驗(yàn)證平臺(tái)，只能依賴量產(chǎn)代工企業(yè)空余機(jī)時(shí)的寶貴測(cè)試機(jī)會(huì)。經(jīng)常在長(zhǎng)達(dá)兩三個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，我們一邊優(yōu)化樣品，一邊等待檢測(cè)方的一句Yes or No。”
如今，科研人員不出園區(qū)就可以完成理化、檢測(cè)、中試、驗(yàn)證等各類(lèi)工作，有望大大縮短高端電子材料的研發(fā)周期。
該平臺(tái)包含倒裝封裝試驗(yàn)線和晶圓級(jí)封裝試驗(yàn)線，配合理化實(shí)驗(yàn)、中試放大以及分析檢測(cè)平臺(tái)，構(gòu)建從原材料檢測(cè)到成品分析、器件研制、失效分析的封裝材料全流程公共服務(wù)平臺(tái)，形成封裝材料研發(fā)閉環(huán)，可加速高端電子封裝材料的產(chǎn)業(yè)化。
孫蓉告訴記者:“深圳的創(chuàng)新環(huán)境非常好，科技政策寬松，對(duì)科研機(jī)構(gòu)支持力度很大。得益于這樣寬松的環(huán)境，以及良好的市場(chǎng)氛圍，我們團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持攻堅(jiān)集成電路封裝材料基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化17年，打下了良好的基礎(chǔ)，并在寶安區(qū)人民政府支持下，在福永建立了電子材料院，建起了全流程先進(jìn)電子封裝材料公共服務(wù)平臺(tái)。”
據(jù)介紹，在電子材料院建立之初，寶安區(qū)不僅給予資金支持，還放手讓科研團(tuán)隊(duì)主持龍王廟園區(qū)裝修，讓“用家”自主地按照實(shí)際需求打造實(shí)驗(yàn)室，無(wú)論硬件還是軟件方面都達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。最終，電子材料院成功搭建了貫穿“研發(fā)-檢測(cè)-中試-驗(yàn)證”環(huán)節(jié)的公共技術(shù)平臺(tái)。
孫蓉表示，希望利用該平臺(tái)聯(lián)合頭部企業(yè)共同開(kāi)展研發(fā)、中試、驗(yàn)證工作，破除技術(shù)孤島，將科研成果應(yīng)用至產(chǎn)業(yè)中去，打通科技成果轉(zhuǎn)化的梗阻，使創(chuàng)新成果更快轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。
科技自立自強(qiáng)
需科學(xué)家、企業(yè)家“雙向奔赴”
制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基。
實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，加快建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)，必須堅(jiān)持創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、人才鏈一體部署，推動(dòng)深度融合。
在孫蓉看來(lái)，科技自立自強(qiáng)需要科學(xué)家、企業(yè)家的“雙向奔赴”，產(chǎn)業(yè)界要真正能夠做有關(guān)鍵核心技術(shù)的高端制造業(yè)，科研機(jī)構(gòu)也要精準(zhǔn)找到企業(yè)在向高端制造業(yè)轉(zhuǎn)型過(guò)程中的有關(guān)基礎(chǔ)研究的需求，一方主動(dòng)提問(wèn)題，一方主動(dòng)找問(wèn)題并解決。
正如樊建平曾指出的:“基礎(chǔ)科研和產(chǎn)業(yè)化可以螺旋式迭代、牽引，從產(chǎn)業(yè)端誕生的需求可以牽動(dòng)基礎(chǔ)科研，基礎(chǔ)科研也可以推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而更有利于實(shí)現(xiàn)科研成果產(chǎn)業(yè)化。”
近年來(lái)，電子材料院團(tuán)隊(duì)已實(shí)現(xiàn)專利技術(shù)轉(zhuǎn)讓6000余萬(wàn)元，孵化高端電子封裝材料企業(yè)2家，建立企業(yè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室4個(gè)，并與多家行業(yè)內(nèi)相關(guān)龍頭企業(yè)簽訂合作框架協(xié)議。
值得關(guān)注的是，電子材料院所處的寶安區(qū)，是我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)大區(qū)，國(guó)家級(jí)專精特新“小巨人”企業(yè)數(shù)量穩(wěn)居全國(guó)區(qū)縣第一，國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)數(shù)量連續(xù)6年全國(guó)區(qū)縣級(jí)第一。
孫蓉告訴記者，寶安有良好的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，甚至可以說(shuō)是臥虎藏龍，不乏一些電子陶瓷領(lǐng)域的“隱形冠軍”。“這里的產(chǎn)業(yè)氛圍和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)可以為我們的成長(zhǎng)提供肥沃的土壤，而寶安也非常需要科研機(jī)構(gòu)來(lái)支撐產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，這樣我們雙方一拍即合。”
以深圳為中心，電子材料院吸引骨干企業(yè)在寶安建立研發(fā)中心、公司，由此建立產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，打造綠色生態(tài)圈。目前，該院周?chē)呀?jīng)聚集多家與之相關(guān)的企業(yè)，有需求過(guò)條街就能溝通，未來(lái)將進(jìn)一步構(gòu)建以電子材料院為核心的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)園區(qū)，推動(dòng)集成電路材料、電子信息材料、5G材料產(chǎn)業(yè)的協(xié)同與集群發(fā)展。
孫蓉認(rèn)為，在中國(guó)超大市場(chǎng)的需求牽引下，電子材料院結(jié)合市場(chǎng)需求進(jìn)行創(chuàng)新，以建成國(guó)際一流的電子封裝材料技術(shù)研發(fā)與轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化平臺(tái)為目標(biāo)，有信心從“跟跑”“并跑”到“領(lǐng)跑”。