半导体芯片最新进度 攻克这块豆腐的一小步

“我们在让它固化变成‘豆腐’的过程中，添加了一种非常巧妙的有机物……”

“没有它，就根本没有办法抛光。”

近日，一块“豆腐”的突破，引发了大家的关注。

中国科学院上海硅酸盐研究所王士维研究员带领的科研团队与江西中科特瓷新材料有限公司合作，基于具有自主知识产权的自发凝固成型体系，突破大尺寸陶瓷素坯在干燥和烧结过程中的变形及开裂等关键瓶颈，成功制备出直径达1010mm的超大尺寸高纯氧化铝陶瓷圆盘（图1）和外径为200mm的双层同心高纯氧化铝圆筒（图2），材料主要性能指标优于国外同类产品水平。

01 干法“压药丸”

不如湿法“做豆腐”

大尺寸/复杂形状高纯氧化铝陶瓷部件在集成电路制造、航空航天、深海探测等领域有着广泛的应用，但其极具挑战性。国内高纯氧化铝陶瓷在尺寸、性能及稳定性等方面与国外同类产品还存在较大差距，导致国内高端装备用大尺寸/复杂形状高纯氧化铝陶瓷部件严重依赖进口。

王士维研究团队自2003年起开展新型原位固化成型体系的探索研究，先后开发了基于亲核加成聚合反应的水溶性环氧树脂-多胺凝胶体系（ZL200610024613.4）和自发凝固成型体系（ZL201110393876.3）。相比于其它凝胶体系，自发凝固体系形成的有机网络有利于水分输运，干燥应力更容易释放，坯体干燥后不变形。同时，该体系有机物添加量少，坯体在脱粘过程产生的内外温差波动小，坯体烧结后不开裂。

据王士维介绍，自发凝固成型技术就像做豆腐，在豆浆中点几滴卤水，豆腐就凝固了，而传统的干压法成型，就像压制药丸，将药粉装进一个模具中，施加压力以成型。相较于传统的干压法，湿法的好处非常明显，“湿法成型做出来的微观结构非常均匀，这样的材料性能才会好，可靠性才会高。”

自发凝固成型技术中加入的有机物，就像制作豆腐中点入的卤水，据王士维介绍，在加多少“卤水”这件事上，团队探索了很久，“其实我们做的方法别人也有类似的，但是别人做的有机网络比较密，比较密的有机网络，将会造成水从里向外干燥时，不容易走出来，我们意识到了这种有机网络的疏密程度对其影响，因此我们是比较疏的，有利于水的输运。”

02 多年磨一剑

突破关键技术的“卡脖子”封锁

该特殊有机物，是这一技术的核心，王士维向上海科技表示，一开始，团队是找了一种现有的有机物，但之后就自行设计了，“买的东西是有局限性的，后来，我们把原理弄清楚了，就开始自己合成，非常方便。”

王士维透露，在300mm以上的产品中试阶段，是最为困难的，在这个阶段，研发了2年多时间，“巴掌大的时候，在实验室中做，问题都不大，但当直径在300毫米以上时，干燥的变形和开裂问题，就突显出来了，在这一阶段中，我们大概花了2年多的时间，来把这个问题解决掉。”

自发明自发凝固成型体系以来，王士维研究团队一直致力于该成型技术的工程化研究工作。2017年7月，以自发凝固体系为技术核心，上海硅酸盐所技术参股成立了江西中科特瓷新材料有限公司，开展大尺寸高纯氧化铝陶瓷部件的产业化工作。

“我们公司每天可以做150-200片，从整个行业上来看，是很高的产量了，并且由于是独家的‘湿法’，传统的干压方法来做的话，想要做到这个数量，人工与设备要比我们多3倍以上。”王士维表示。

这一技术上的突破，将使中国在该产业上的国际竞争力大幅度提升，“以前设备也好、研磨盘也好，都是进口的，现在我们关键步骤可以自己供给了，对于研发装备来说，是非常大的支撑，突破了卡脖子的封锁。”

该研究获得上海市优秀技术带头人项目、国家自然科学基金面上项目、科技部重点研发计划项目、江西省重点研发计划项目和中科院STS计划区域重点项目等支持。