比指尖還小 半導體厚金屬技術實現突破

一個比指尖還小的U型結構電磁鐵，基於晶圓級複雜金屬結構鑄造實現。就該項微型金屬結構鑄造技術在光刻機、磁通門電流傳感器等多個領域的應用，多家機構和企業正在合作開發。

記者近日採訪獲悉，這項技術突破由顧傑斌博士及其團隊完成。他表示，相較於直的螺線線圈，U型線圈可以形成閉合磁路，產生的電磁力是前者的數十倍。然而U型線圈結構複雜，採用傳統漆包線繞制的方法很難實現微型化。

“MEMS-Casting(微機電鑄造)技術可以完美解決這個問題，並且可以實現批量製造。”他說。

2012年，顧傑斌學成歸來，進入中國科學院上海微系統與信息技術研究所工作。由此，他開始研究一條全新的技術路線以實現半導體先進封裝中過孔互連(TSV)的微孔金屬化填充問題。9年多時間，他和團隊在多方支持下攻克難關，最終探索發明出這項微機電鑄造技術。

顧傑斌解釋說，微機電系統(MEMS)技術從半導體技術中衍生而來，是在晶圓上製造懸臂樑、空腔薄膜等結構，以實現傳感、執行等功能。經過數十年發展，MEMS技術發展成熟並實現大規模商業化應用，在智能手機、智能手錶等便攜式或穿戴式設備中都有MEMS器件的身影，“比如，手機中的MEMS重力加速度計感知到手機翻轉，並自動通知系統完成屏幕旋轉的動作”。

他介紹稱，微機電鑄造技術是鑄造這項古老的金屬加工技術與新興的半導體技術的結合。這項技術在MEMS基礎上，融合了流體力學、熱力學、金屬學、鑄造學、機械工程、電氣工程以及半導體相關知識。

“‘鑄造的微型化極限’，是實現晶圓級複雜金屬結構鑄造。”顧傑斌說。人們此前對於幾十微米到幾百微米尺度的金屬結構的製造幾乎僅有電鍍(鑄)一種方法，如今，微機電鑄造技術解決了電鍍存在的一些問題。例如，只需使用真空和壓力，沒有污染問題；成型效率非常高，“一般一片晶圓只需十幾分鍾便可用鑄造工藝完成金屬化”；容易實現複雜三維結構的製造等……

顧傑斌還表示，作爲一項底層的平臺性技術，微機電鑄造不僅可以實現TSV的微孔金屬化填充，還可以用來在晶圓上製造複雜的三維結構，很迎合半導體器件進一步微型化封裝的需求。

爲使相關技術商業化落地，顧傑斌於2018年創辦邁鑄半導體，目前已積累了十多項相關知識產權。“人類在金屬加工方面的每一點進步，都必然會推動文明一些前進。”他表示，接下來將在鑄造技術微型化方面持續創新。(記者 張素)