朱朋莉:撰寫國產(chǎn)電子封裝材料“春天的故事”
盛夏的鳳凰山西麓旁,坐落著香火鼎盛的龍王古廟,無聲傳承著古老寶安的深厚歷史,而其對面,則坐落著深圳先進(jìn)電子材料國際創(chuàng)新研究院(簡稱“電子材料院”),承載著科技產(chǎn)業(yè)的未來希望。
這是由中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院(簡稱“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新型基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)之一,聚焦高端先進(jìn)電子封裝材料,建成了全閉環(huán)研發(fā)平臺,致力于推動(dòng)高端電子材料國產(chǎn)化進(jìn)程。
在該院四樓,深圳先進(jìn)院材料所研究員、深圳先進(jìn)電子材料國際創(chuàng)新研究院副院長朱朋莉正在實(shí)驗(yàn)室里忙碌著。
作為國家級人才、全球前2%頂尖科學(xué)家,朱朋莉深耕電子封裝材料領(lǐng)域15年,帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)突破芯片級底部填充膠等“卡脖子”技術(shù),推動(dòng)成果產(chǎn)業(yè)化落地。
求學(xué):從化學(xué)基礎(chǔ)到交叉領(lǐng)域的跨界深耕
朱朋莉的學(xué)術(shù)軌跡始終圍繞“化學(xué)+納米材料”展開。
她本科就讀于河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,碩士階段聚焦無機(jī)納米材料制備,博士階段在中國科學(xué)院化學(xué)研究所深耕自組裝化學(xué)領(lǐng)域。
“從研究方向上看我的各個(gè)階段發(fā)展方向跨度較大,但實(shí)質(zhì)內(nèi)核是材料和化學(xué)學(xué)科的知識,都需要用創(chuàng)新的材料解決實(shí)際應(yīng)用的問題”,朱朋莉回顧,這種長期積累培養(yǎng)了她從學(xué)科本質(zhì)思考問題的能力。
“導(dǎo)師曾和我說要做應(yīng)用型的研究,因?yàn)槟銜吹阶龅臇|西實(shí)實(shí)在在被用到。”讀書期間,導(dǎo)師的諄諄告誡讓朱朋莉至今難忘,也促使她堅(jiān)定了將化學(xué)材料應(yīng)用于實(shí)際的科研方向。
2010年,朱朋莉南下深圳加入深圳先進(jìn)院,深圳先進(jìn)院“應(yīng)用創(chuàng)造價(jià)值”的理念和珠三角活躍的產(chǎn)業(yè)環(huán)境吸引了她。期間,朱朋莉有機(jī)會前往美國佐治亞理工學(xué)院和香港中文大學(xué)訪學(xué)。在參觀交流過程中,她第一次了解并見到封裝的clean room 是怎樣的,將行業(yè)通用的乃至最先進(jìn)的封裝線就建在實(shí)驗(yàn)室?!斑@種以應(yīng)用為導(dǎo)向的科研范式對我的觸動(dòng)非常大,也讓我意識到應(yīng)用型研究要從傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室研究思維,轉(zhuǎn)向以真正解決實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向進(jìn)行研究”。
在深圳先進(jìn)院先進(jìn)電子材料研究中心,朱朋莉聚焦芯片級電子封裝材料開展研究。然而,從納米材料到電子封裝材料的跨學(xué)科轉(zhuǎn)變并非易事。面對芯片封裝術(shù)語和產(chǎn)業(yè)鏈邏輯等新知識,她通過參與項(xiàng)目實(shí)踐逐步攻克,“早期面對集成電路制造及芯片的結(jié)構(gòu)和形式確實(shí)有些畏難情緒,聽不懂行業(yè)報(bào)告,認(rèn)為做材料的人把材料做好就可以,但后來發(fā)現(xiàn),不了解集成電路的結(jié)構(gòu),就不清楚材料在器件結(jié)構(gòu)中的功能和用途,就不理解對材料特定參數(shù)數(shù)值要求的意義,所以,又花了2年時(shí)間系統(tǒng)地研讀集成電路制造的英文專著,才豁然開朗,材料開發(fā)慢慢走上正軌”。朱朋莉分享道。
在電子封裝材料領(lǐng)域深耕的15年里,朱朋莉帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)突破了芯片級封裝材料芯片級底部填充膠、液態(tài)環(huán)氧塑封料等相關(guān)技術(shù);圍繞芯片級底部填充膠及其原材料,主持國家、省市級相關(guān)項(xiàng)目10余項(xiàng),參與各級各類項(xiàng)目20余項(xiàng)。發(fā)表論文270余篇,申請專利240余件,授權(quán)專利108件(PCT2件),出版英文論著1部,朱朋莉本人也入選全球前2%頂尖科學(xué)家榜單。
攻堅(jiān):應(yīng)用引導(dǎo)研發(fā),突破行業(yè)“卡脖子”技術(shù)
從2010年加入深圳先進(jìn)院后,朱朋莉進(jìn)入從未接觸過的電子封裝材料行業(yè),聚焦芯片級封裝材料——芯片級底部填充膠這一“用量少但技術(shù)門檻高”的細(xì)分領(lǐng)域。
電子封裝材料中,芯片與基板連接之處有無數(shù)細(xì)小的焊點(diǎn),底部填充膠是一種膠粘劑材料,要把數(shù)萬個(gè)焊點(diǎn)周圍微米級的縫隙填滿,且不能留氣泡,并固化成“保護(hù)層”,這樣芯片和基板形成一個(gè)整體,能分散或平衡整體結(jié)構(gòu)溫濕度變化和震動(dòng)帶來的應(yīng)力,防止焊點(diǎn)斷裂,在整個(gè)芯片上屬于后道封裝材料,對芯片的力學(xué)保護(hù)和可靠性非常重要,以前這類產(chǎn)品主要靠進(jìn)口。由于底部填充膠在每顆芯片中的用量少、技術(shù)開發(fā)難度大、國內(nèi)研發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)相對對落后,這為行業(yè)持續(xù)縱深發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。
電子封裝材料作為深圳先進(jìn)院的重要方向,被納入深圳先進(jìn)院“十三五”戰(zhàn)略規(guī)劃,底部填充膠的研究是其中關(guān)鍵子課題。2012年,朱朋莉成為廣東省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)“新一代電子封裝關(guān)鍵材料的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”子課題一的執(zhí)行負(fù)責(zé)人,被委以重任開展為期5年的底部填充膠研究。
朱朋莉提出“從材料應(yīng)用端反向思考對材料性能需求的原因和相關(guān)應(yīng)用場景下新的材料參數(shù)的挖掘和建立”的研發(fā)思路,在底部填充膠研發(fā)中成效顯著。 “我們從應(yīng)用端解決這些問題,向下深入思考復(fù)合材料流變學(xué)行為、粘彈性行為、異質(zhì)異構(gòu)界面粘接、材料服役可靠性等科學(xué)基礎(chǔ)問題。新參數(shù)挖掘越多,對材料的理解越深,開發(fā)迭代速度也越快”。
當(dāng)前,朱朋莉及其帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)完成了面向2D、2.5D/3D等先進(jìn)封裝的多款芯片級底部填充膠配方研發(fā)、中試與量產(chǎn)工藝技術(shù);率先實(shí)現(xiàn)了在大尺寸FCBGA芯片的產(chǎn)線驗(yàn)證,獲得銷售,形成一定的產(chǎn)業(yè)影響力。
產(chǎn)學(xué)研協(xié)同中,芯片級底部填充膠系列技術(shù)的開發(fā)是院企合作的典范,一端為頭部終端客戶和先進(jìn)封裝技術(shù)企業(yè),一端為技術(shù)量產(chǎn)落地的材料生產(chǎn)企業(yè),拉通了整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游?!绊?xiàng)目團(tuán)隊(duì)始終保持與合作方每周一次技術(shù)交流,從研發(fā)到器件應(yīng)用、從生產(chǎn)工藝優(yōu)化到質(zhì)量管理管控,乃至商務(wù)推廣路徑,在企業(yè)合作和相互交流中,全面熟悉了一個(gè)技術(shù)從研發(fā)走向商品化的全流程。”朱朋莉介紹,合作雙方持續(xù)發(fā)揮各自優(yōu)勢,科研團(tuán)隊(duì)專注研發(fā),企業(yè)負(fù)責(zé)生產(chǎn)和質(zhì)量管控,共同推動(dòng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向商品化。
展望:電子封裝材料國產(chǎn)化未來可期
近年來,國內(nèi)半導(dǎo)體與集成電路產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展,國家和市場對國產(chǎn)材料支持力度加大,科研人員迎來國產(chǎn)高端電子材料的“春天”,產(chǎn)學(xué)研結(jié)合更為緊密,電子封裝材料領(lǐng)域隨5G、6G和集成電路技術(shù)發(fā)展持續(xù)升級。
朱朋莉?qū)ι钲谙冗M(jìn)電子材料國際創(chuàng)新研究院的發(fā)展和電子封裝材料行業(yè)的未來信心滿滿。目前,她所在的研究團(tuán)隊(duì)建立了封裝材料的“研發(fā)-中試-分析檢測-器件驗(yàn)證”全閉環(huán)實(shí)驗(yàn)平臺和高質(zhì)量研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
她認(rèn)為,隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G通信等領(lǐng)域?qū)Υ笏懔π酒ˋI)的需求,封裝形式由2D封裝向2.5D、3D封裝演變,對芯片級封裝材料種類和性能要求越來越高,未來將集中在材料性能的極致追求、批次量產(chǎn)穩(wěn)定的工藝技術(shù)和、電子膠粘劑的生產(chǎn)質(zhì)量管控等方面,并在2.5D和3D芯片級封裝材料上形成成套技術(shù)解決方案。
“同時(shí),我們也將緊密圍繞全球先進(jìn)封裝技術(shù)發(fā)展以及我國頭部IC設(shè)計(jì)公司對材料的新技術(shù)需求,突破共性關(guān)鍵核心技術(shù),形成高水平科研成果;加強(qiáng)交叉科學(xué)領(lǐng)域的協(xié)同,引領(lǐng)前瞻封裝材料技術(shù)的發(fā)展,爭取做出更多創(chuàng)新性成果?!敝炫罄虮硎?。
談及當(dāng)前電子封裝材料國產(chǎn)化過程中所面臨的短板,朱朋莉指出,電子封裝材料需要上下游產(chǎn)業(yè)鏈的高效協(xié)同,研發(fā)費(fèi)用投入也較大,任何環(huán)節(jié)缺失都可能導(dǎo)致鏈條斷裂,需從第一性原理出發(fā),解決材料研發(fā)與應(yīng)用過程中的交叉基礎(chǔ)科學(xué)問題,“要沉下去,從基礎(chǔ)化學(xué)和材料原理解決問題”。
在人才培養(yǎng)方面,朱朋莉認(rèn)為,青年科研人員應(yīng)該善于發(fā)現(xiàn)問題、溝通交流、實(shí)事求是和堅(jiān)韌不拔的素養(yǎng),尤其強(qiáng)調(diào)“對現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行深度思考才能發(fā)現(xiàn)問題根源,與上下游及時(shí)溝通并相互學(xué)習(xí)才能找到問題源頭”。
作為一名女性科研管理人員,朱朋莉認(rèn)為,女性除了要做好時(shí)間管理、平衡工作家庭之外,還可以發(fā)揮做事細(xì)心、有韌性、善于學(xué)習(xí)和柔和的團(tuán)隊(duì)管理的優(yōu)勢,“科研工作是馬拉松,一個(gè)項(xiàng)目可能要幾年時(shí)間,在長時(shí)間的協(xié)作中,女性在調(diào)動(dòng)團(tuán)隊(duì)成員積極性方面有獨(dú)特優(yōu)勢”。
談及科研機(jī)構(gòu)與地方政府的合作前景,在朱朋莉看來,深圳市及寶安區(qū)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境和政策支持至關(guān)重要,“寶安可繼續(xù)整合資源形成產(chǎn)業(yè)生態(tài),科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)緊密合作,共同推動(dòng)封裝領(lǐng)域發(fā)展”。
未來,朱朋莉?qū)⒗^續(xù)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)攻堅(jiān)2.5D/3D封裝材料,加快材料在終端客戶的驗(yàn)證,擴(kuò)大已研發(fā)產(chǎn)品在不同封裝企業(yè)的應(yīng)用落地;持續(xù)加快2.5D/3D先進(jìn)封裝技術(shù)和大算力高端芯片制造對芯片級底部填充膠、塑封料的新產(chǎn)品和技術(shù)研發(fā),為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈自主可控貢獻(xiàn)力量。


朱朋莉

朱朋莉(前排中)與團(tuán)隊(duì)合影
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