科学家×创业者｜迈铸半导体顾杰斌：蹚一条没有赛道的创新之路 ...

·MEMS-Casting指微机电领域的铸造，是在晶圆上实现的微米尺度的铸造，其融合了物理学中的液体力学、热力学、金属学、铸造学、机械工程、电气工程以及半导体相关技术而发展出来的一项晶圆级制造技术，可以作为电镀替代和补充。相对于电镀，工艺更加简单，沉积速度更快，过程清洁环保。
·“自己创业后，他才真正认识到一项技术要实现产业化应用，需要跨越可行性、可靠性和成本控制这三座大山。”
与“科学家”（Scientist）一词的大众印象相比，顾杰斌认为自己在做的事情更接近于“Principal Investigator”（PI，首席研究员），更强调如何把研究成果应用在人类实际的生产中。从英国帝国理工学院到中国科学院上海微系统与信息技术研究所（下称中科院上海微系统所），顾杰斌一直在寻找将自己长期研究的晶圆级微机电铸造技术（MEMS-Casting）的产业化应用，直到2018年在中科院上海微系统所的支持下，他选择离岗创业，成立上海迈铸半导体科技有限公司（下称迈铸半导体），走上了“从0到1”的创业征程。
如何将一项全球首创的技术应用于产业，对于顾杰斌来说，是一个完全没有任何可参照、可模仿的探索过程。所幸的是，经过4年的探索，他的技术不仅受到学术的肯定，同时也吸引了众多产业合作伙伴的加盟，“目前我们有七八个与客户合作开发的新产品在打磨过程中，明年应该会有1-2个实现量产。”这意味着迈铸也将实现产品量产，真正进入商业化。
一项原创技术是如何找到真正的产业应用的？
MEMS（Micro-Electronic-Mechanical System）指的是微机电系统，是一种将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，操作范围在微米范围内(一般是几微米到几百微米尺度)。MEMS-Casting即微机电领域的铸造，简称微机电铸造。
“这项技术本质是铸造，通俗地讲是将金属熔化灌注到模具中再冷却固化。我们通过一些微纳原理，将原来只能用于宏观尺寸的铸造缩小了近一百万倍，使在晶圆上实现复杂金属结构的微铸造成为可能，这是一项原创技术。”顾杰斌介绍说，MEMS-Casting可以作为电镀替代和补充。相对于电镀，MEMS-Casting在工艺上更加简单、沉积速度更快，此外还具有过程清洁环保等优势。
“从大脑中的一个模糊概念到如今的产业化应用，如果从我博士研究就算起话，研发过程有10多年了。”在微观尺度液态金属行为领域，顾杰斌已经走到了世界前沿的位置。在世界顶级国际学术会议IEEE MEMS（微机电系统国际会议）中，顾杰斌的这项研究相关的论文除2021年因疫情改为线上之外，连续4年入选为录取率10%不到的口头报告。
如何将这项技术应用于产业，顾杰斌首先想到的是TSV（Through Silicon Via，硅通孔技术）——穿透硅基板的垂直电互连技术，它不仅可以减小互联长度、减小信号延迟，降低电容/电感等，还可以实现芯片的三维堆叠封装，是半导体先进封装中最重要的电互连技术。在英国时，他便曾尝试过技术转化，但未成功。2012年回国后进入中科院上海微系统所工作后，顾杰斌继续TSV的研究，不过一场讲座改变了他的技术转化思路。
顾杰斌记得很清楚，在2015年的年底中国半导体协会主办的一场关于先进封装的论坛上，他去讲了TSV技术，结果没有人找他做TSV，找到他的中国中车的工程师问他能否用这项技术来制造芯片式线圈，那是顾杰斌第一次知道芯片式线圈这种产品。伴随着研究的深入，他发现相较于TSV，芯片式线圈具有更丰富的应用场景。
线圈是基于MEMS体硅刻蚀工艺和MEMS-Casting™技术制造的芯片级螺线线圈。目前，迈铸半导体生产的线圈器件主要应用于四个领域：磁传感器（如磁通门和阵列传感器，用于磁场或电流的高精度检测）；微驱动（如U形电磁铁，可用于军工或医疗设备）；微能源（即超薄发电机，可用于手表等）；功率电子上的电磁器件（可用于电池相关的充电器等）。
披荆斩棘蹚出一条独立新赛道
当接到中国中车工程师的询问时，虽然在那之前顾杰斌并不了解线圈是个什么样的产品，但是和对方沟通后，顾杰斌以为要把它做出来并不难，但真正做起来时却发现能在实验室里做出来的样品到能够用在现实产业中的产品，之间要解决的问题可不止一两个。在为中国中车研发线圈时，顾杰斌碰到首个大难关便是“如何解决合金的固化收缩问题”。
合金固化的时候体积会收缩，原本在TSV应用上可能问题还不明显，但线圈的展开长度要比TSV长数百倍，这种收缩效应在线圈上会放大，即使较小的收缩率也会造成致命的问题。为了攻克这一技术难关，顾杰斌在上海图书馆查了几个月的资料，经常打电话与北京的专家联系探讨。功夫不负有心人，在经历了几个月的密集钻研之后，顾杰斌有一天终于灵光乍现，“头脑中似乎突然将各类资料融会贯通了，找到全新的思路”，从而解决了合金固化收缩的问题，“其实收缩还在，只是化整为零看不到了。这正印证了一句话，如果你不能打败它，就要学会与之和平共处。现在我们是与‘固化收缩’这个问题和平共处了。”
解决了合金的膨胀和收缩问题，合金材料的导电性控制也十分重要。早在2017年6月，顾杰斌做出的器件已经满足了信号要求，但30欧姆的电阻让器件发热过度。半年后，顾杰斌将电阻控制在了20欧姆以内。现在，通过慢慢改变材料和配比，经过迈铸半导体的不断研发，已经把同样的线圈电阻降到了6欧姆。
有了为中国中车的产品开发经验，顾杰斌决定于2018年离开中科院独立创业。但如何让这项原创技术实现商业化维持企业发展，又是更大的挑战。“现在产业里有各种各样的赛道，而我们似乎不属于现有任何赛道，我们是在蹚一条路。以前没有这个技术，没有这类产品，所以你要去发掘新的应用场景，理解每一个客户的不同需求，为他们开发最适配的产品。”
为了搞明白线圈在电磁领域中的应用，顾杰斌去年花了很多时间研究电磁相关的技术和应用。“我们线圈中需要用到磁芯，一开始磁芯材料也完全不懂都有哪些种类，哪些厂商可以提供……这方面还是花了很多时间去调研了解。”他总结说，“你自己有了一样东西后，你还得了解别人的东西，之后才能找到两者之间的结合点，这样才能真正做出有用的产品，这种结合需要花时间去消化吸收。”
为了让客户更加便捷地使用自己的线圈产品，顾杰斌不再止于只做芯片式线圈器件。“就像芯片公司他们会做一个完整的芯片方案出来，包括芯片的参数、如何搭建电路应用和评估板等，这样客户拿到后通过简单的修改可以直接用起来，我们研发的芯片式线圈也是，我们也会配上电路方案交给客户，让客户用起来会更加快。”
中国科创的挑战与改变
4年的创业时间让顾杰斌对于科研与产业的结合也有了很多自己的观察和感悟。
在他看来，目前科研界和产业界还是比较脱节，这与科研界与产业界采用了两个完全不同的评估体系有关。“科研界的评估更加注重创新性，包括申请了多少项目、发了多少文章、拿了多少奖等，产业化相关的评估指标较少；而产业界对一项技术的评估几乎只有市场这一个标准。”
顾杰斌举例说，“半导体先进封装行业里，有一个很重要的技术叫bumping（凸块/焊球）用于flip-chip倒装焊封装，这项技术已经很成熟了。所以以前我一直以为现在的芯片应该百分之八九十都是这种焊球技术封装上去的，直到去年和人聊天，才知道原来这项在科研界看起来已经非常成熟的技术在产业界的渗透率只有10%左右，最重要的原因是成本太高了，用了这项技术，一片晶圆的制造成本要多出200美元，这对很多芯片企业来说难以接受。”
顾杰斌感慨说，“国际顶级学术会议上讲的都是高大上的、最前沿的东西，但实际上很多学术界认为已经成熟甚至落伍的研究，在产业界其实也还没有得到那么大量的应用。”
自己创业后，他才真正认识到一项技术要实现产业化应用，需要跨越可行性、可靠性和成本控制这三座大山，以他所做的微机电铸造技术为例，科学原理并不复杂，但要做出的符合产业标准的产品就需要做很多工作，包括高低温、循环、震动、温度冲击、电压击穿等大量可靠性测试，并且产品均衡的性能和一致性也非常重要，“现在，迈铸半导体的产品良率已经可以达到95%。”
在顾杰斌看来，研究所是一个相对比较单纯的环境，一旦走出研究所开始创业，一切就都变得难以预料，科学家转型创业首先要“未雨绸缪”，尽可能多看到未来的一些可能，这样可以少踩一些坑，剩下的便是要有“逢山开路，遇河搭桥”的勇气。
虽然和很多“国产替代”的技术创业相比，“从0到1”的原创技术创业之路显然更加艰难，但是顾杰斌认为自己还是幸运的，“这和中国整体经济发展有关系，现在国人更加自信了，开始愿意相信国内可以做一个新技术出来，而不是永远跟国外对标。”顾杰斌表示，“这是我们公司可以顺利融资去发展的一个重要前提；另一方面，包括华为、大疆、小米等中国品牌在国际市场上的崛起，也改变了国内整体行业技术应用较为低端、与科技前沿完全脱钩的问题。”顾杰斌认为，只要迈铸能够实现量产，那么他开辟的将会是一条暂时没有竞争对手的赛道。截至目前，迈铸半导体总计融资已达数千万元人民币，并且刚刚完成微机电铸造技术应用中试线的建设，这将大大加快迈铸半导体的发展步伐。