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中南材料学院姜国圣:从老师到老板,肩上责任

时间:2016-05-27 10:57来源:材料人 作者:emat信息发布 点击:
中南材料学院姜国圣:从老师到老板,肩上责任更重大了 中南大学材料学院姜国圣老师(同时也是长沙升华微电子材料有限公司董事长、总经理、法人代表),他和团队成员一起成功地

中南材料学院姜国圣:从老师到老板,肩上责任更重大了


    中南大学材料学院姜国圣老师(同时也是长沙升华微电子材料有限公司董事长、总经理、法人代表),他和团队成员一起成功地将钨铜材料市场化,并填补了国内的技术空白,助力我国军工电子的发展,并获得了国防科技进步奖。受材料牛网(材料人网旗下专注材料科技的新媒体网站)编辑委托,材料人协会长沙分会会员小刘非常荣幸地邀请到了姜老师和我们来谈谈关于电子封装材料的一些事情,以及科研成果转化之路上的一些感悟。

    材料牛:您求学时代是怎么和材料结缘的?

    姜老师:那时对选于选专业的事情其实我并不是很清楚,能考上大学就觉得非常不错了。因为当时的大学录取率很低,只有百分之十几。农村的小孩要上大学就更加不容易。高中的时候,我上的是我们县的一中。在我高考那年(1988年),考题比较难,整体分数不高,当年的中南大学还叫做中南工业大学,基本上超过重点分数线几分就可以被录取,能考取重点大学非常高兴。

    在1988年呢,我就顺利考上了中南工业大学。至于选择材料专业呢,是因为当时这个专业录取的人多呗。说实话,那时我也并知道材料专业有多么多么好。不像现在,知道了材料、信息、能源是现代文明的三大支柱。当时凭直觉认为材料专业还可以,材料应用的领域应该也会比较多,以后工作也会比较好找。真正认识材料、接触材料,应该是到了大学以后。在学校,我受到了很多老师的熏陶,他们对我的影响非常大。当时我们的系主任是唐仁政教授,现在也是我们公司的顾问,有些粉末冶金的问题我也会向他请教,他给我印象最深的一句话就是——材料领域嘛,要拿个什么诺贝尔奖可能很难,但是你要发点小财,搞点什么东西还是很容易的。在我现在看来,也确实是这么回事。材料学院老一辈的老师工作上确实都是兢兢业业,不断地给我们描画材料蓝图——当时国家材料技术还比较落后,有很多东西与国外有很大差距,老师就跟我们说需要下一代年轻人来努力赶上世界先进水平。

    1992年,我本科毕业。当年有很多本科生留校。材料学院当时5个班是留了8个人。我们那一届留校的同学是最多的,后来留校的名额就慢慢地少了。一般都要研究生了,现在都是博士,而且自己的博士还不留,一般要海归或者有国外留学经历的。在那时,其实很多学生不愿意留学校,而愿意去工作,因为学校待遇确实一般。我觉得当老师也挺好的,边上班边学习,又读了研究生,还读了博士。

    材料牛:提起中南,我们都会说中南有色金属强、粉冶院厉害,那么您为什么会选择研究电子封装材料呢?

    姜老师:我真正接触电子封装材料应该是在1998年。当年,在我们学校召开了一个军工材料配套项目研讨会。中国电子科技集团公司(十大军工集团之一)下面的第十三级研究所(以下简称十三所),在会上就提出来他们需要钨铜材料,为大功率电子元器件做配套底板。

    在“七五”期间,我国很多研究院就开始研发这个材料了。由于钨铜材料里钨成分占比非常高,钨含量在80%以上,但是钨的熔点很高,在当时用粉末冶金的方法达不到高的致密度,材料气密性的问题一直解决不了。

    在这个军工材料会上,当时十三所一处长就说:“这个钨铜材料你们中南材料学院应该可以搞,因为你搞有色金属、稀有金属也很出名啊,这个钨铜材料你们谁能做嘛?”我导师(王志法)之前研究过这个材料,主要是用在电力半导体上面,诸如晶闸管、整流管等。我导师是我们钨钼教研室的负责人,正好也去了会议现场。王老师就说:“哎呀,这个钨铜材料我们能做!”他们听到这个回答呢,也非常感兴趣。因为国外对这个钨铜材料对我国是禁运的,不卖给我们,担心我们作为军用。当时也只能从一些别的渠道购买,对我国军工电子的发展有严重的制约。

    在那时,电子封装材料这个概念还是我们这些人提出来的。因为当时我们看国外的文献,electronic packaging material翻译过来就是电子封装材料。当时国内都是叫底板、基板、热沉之类的。

    我们做这个钨铜材料比较有经验,在98年底就给十三所送过去了几个样品,第一次的样品气密性还差了一点点。但是我们知道是什么原因,改进之后,第二次送过去,这个性能就非常好,一直解决不了的气密性问题就成功解决了。他们也非常高兴。99年时材料学院对我们的支持也比较大,当时的系主任是尹志民老师,就拨给我们20万的经费来继续搞这个项目。当时,湖南省也给予了我们一万块钱的经费支持。那时我们课题组只有3个人,王老师,我还有一位后来到美国去了的刘老师,我们三个人就把这个项目建立起来了。

    99年的时候,我们就开始生产。当时这个材料主要用于大功率电子元器件,比较急迫,但是量不大,应该说还处于研发阶段。我们经常会打这么一个比喻:我们好比4、5点钟的太阳,而那些做元器件的却是8、9点的太阳。这个意思就是说我们这个材料研发地比他们过早了一些,当时还没到太规模批量需求的时候。

    这就是一个偶然的机会让我们接触了电子封装材料。但是我们之前是有技术储备的,所以一旦你发现机会,马上可以转入实际生产使用。我们也还真的不晓得这个还填了国内的一个技术空白,还为国家满足了一个比较重大的需求。

    在2001年的时候,我们这个项目还得了一个国防科技进步2等级(2等奖里头排第一名)。我们学校这么多年还没有谁得过国防奖。得了这个奖之后,我们后来又申请了国家的资助,国家给了我们500多万。在材料学院我们又创了一个记录,当时还没有谁能拿到500多万的项目,这是一个固定资产的投资项目,国家给钱主要购买设备,我们要保证能够稳定正常批量化的生产。

    国家前前后后总共大概给了我们2000多万,但是我们至少是为国家省了几个亿的钱。为什么这么说呢?我们的用户十三所跟我们讲,他们之前买一个钨铜底座,从国外买是要60多快钱一个,而我们这个材料做好以后的,报价才13块钱,价格只有国外的五分之一,而且时间上更快,20来天就能提供,从国外买有时候半年都拿不到货。我们当老师的想法很单纯,不像商人为利益,我们就是为了降成本,能够把这个材料用起来,国产化。所以我觉得国家投这个钱是非常值得的,产生的效益比较大。我们在军工电子这块还是做了一点小贡献。

    材料牛:电子封装材料目前市场上主要有哪几种?您为什么会选择研究W-Cu系列、Mo-Cu、Cu/Mo/Cu 、Cu/Mo70Cu/Cu等高性能电子封装材料呢?

    姜老师:现在电子封装材料种类比较多,至少来讲有4种。第一类:难熔金属基,以钨、钼作为基体,主要跟铜来复合。目前来讲,这一类应该是市场上用量最大的。第二类:铝基,国防科技大学、航空材料所等很多单位在做这个Al/SiC材料;这几年Al/Si炒的比较热了,主要是用作二级封装,壳体材料。市场规模上比钨铜的还要大一些。第三类:金刚石类,如金刚石/铜、金刚石/铝。金刚石的热导高,很多大功率的元器件就希望更好的导热性,现在这一块也有很多人在做。第四类:碳纤维类,碳纤维/铜、碳纤维/铝等,国外有些公司已经做出来了,但是还不太成熟,导热性能确实是很好,但是本身的加工、材质方面还存在一些问题。

    钨铜材料是一个军民两用的材料,不仅能用于军事上,也能民用如手机通讯里的微波元器件。我们的产品主要最大一块就是用于大功率微波射频电子元器件,另外一块就是网络通信。网络通信这十几年发展特别快,我们这个材料也用于接收和发射模块做散热底座。刚开始用户需求就是钨铜材料,因此我们的第一个产品就是W-Cu,后来市场需求才慢慢开始发展Mo-Cu、Cu/Mo/Cu 、Cu/Mo70Cu/Cu等产品。我们现在的主体还是钨铜。但是现在,钨铜这块的量这几年确实在下降。主要是现在都开始用第三代半导体(氮化镓,碳化硅),这一系列的功率更大,这个钨铜的热导已达到极限值,再做也很难提高。目前的趋势就是做Cu/Mo/Cu、Cu/Mo70Cu/Cu,三明治结构,铜含量提高,热导性能更好,近几年这些产品的增长需求也比较大。

    材料牛:近年,电子封装材料的发展情况如何?电子封装材料的研究前景怎样?

    姜老师:这个材料(钨铜)应该正是发展的黄金时期。我们有些用户就说,中国过去十年是房地产业发展的黄金时期,而后面十年是我们的黄金时期。随着军工电子、网络通信、微波通信等领域快速发展,对电子封装材料的市场需求较大,因此我觉得这个材料,至少近十几年来说发展前景是比较可观的。但是对于任何一个材料来说,都有一个使用寿命,用到一定程度就会被淘汰。国外的话从90年代开始用这个材料,也已经用了20多年。这个材料也有些替代,但是很难质量好成本又低的产品取代目前的电子封装材料。将来的话,可能只有改元器件的结构,向集成化的方向发展,那时这些器件可能不需要目前这些材料。

    材料牛:作为一名科研工作者,都希望看到自己的科研成果成功转化,那么您是如何将自己的研究成功转化成产品的?

    姜老师:确确实实作为一个科研人员,还是希望自己搞的项目能用到国民经济建设当中去,能用到国家实际生产中,能解决国家的一些的难题。我想这是每一个搞科研的人最大的愿想。

    科研成功转化这个过程是很艰辛的,成功转化和科研这完全是两码事。从实验室做出来的东西能够批量生产,这个过程非常漫长。回顾整个过程,我们这个钨铜材料有三个难点。第一个难点,性能上达标难。钨铜材料要达到99%以上的致密度才能使用,不然气密性不过关。这一个问题,我们是突破了之前的技术难题——认为钨粉压制压力不能太高,否则会造成坯料开裂。而我们是走了一个捷径,直接高压成型,无需靠高温收缩来达到性能指标(会形成闭空隙,无法解决致密度、气密性的问题)。在80年代,我老师就做了这个项目,当时是用在电力半导体上,没有用在军工电子方面。正是我们有这个做钨铜材料的技术储备,所以我们接触这个材料后很快地能把性能这个技术问题解决了。第二个难点,钨铜材料加工难。钨铜材料里钨的成分很高,钨本身比较硬,而电子元器件的底板形状复杂,各式各样,而且精度要求非常高,公差大多要求小于0.05mm,所以这个材料非常难加工。我们搞材料的主要是解决性能上的问题,后来遇到加工的问题,我们也懵了。刚开始的时候,没有找到合适的加工设备,我们资金也有限,一个小小的器件拿去加工中心做成本太高,而且当时的加工中心等数控加工设备非常少。还好当时用户对这个尺寸要求还不是特别严,只要性能上满足了要求,尺寸上有点超差也能接受。我就边走边学,寻求合适的加工设备和摸索加工工艺,慢慢地把这个尺寸精度提上来了。第三个难点,钨铜材料表面电镀。这个材料后续需要钎焊,但是它无法直接焊到氧化铝陶瓷框上,所以我们的产品上面需要镀一层镍,有些镀完镍还需要镀层金。焊接温度在800-810℃之间,因为钨和镍的热膨胀系数不一样,只要某一处结合不好,在高温下就容易鼓泡,因此要求电镀完的钨铜材料表面在10倍显微镜下不能观察到起泡现象。幸运地是,这个技术储备我们也有。92年我留校分到材料学院的一个材料厂下面,它是做电力半导体上面的钼圆片的,这个上面就需要镀镍。钨铜上面镀镍和钼上面镀镍就比较类似了,当时我们请了湖南大学一个退休的老师来帮助我们一起来开发这个技术,慢慢地就把这个问题给解决了。

    成功科研转化,第一点我觉得需要坚持,这其中会遇到大大小小一系列的问题,必须咬着牙坚持。那时这个材料市场还不大,别人也不愿意买我们的技术。因而就只有我们自己来想办法市场化。同时我们资金、人才都很短缺。我记得2000年的时候,大家都在吃年夜饭、放鞭炮的时候,我老师他们还在做实验。遇到问题,要抱着一个个攻破解决地信念。持之以恒地坚持,这是我们科研成功转化的一个比较重要的因素。第二点就是要有牺牲精神,搞产业化,如果当时单纯是追求个人利益,我们这个团队早就散了。第三点就是团队合作,搞产业,需要管市场、管质量、财务的各种各样的人才,团队很重要。

    万事开头难,很多事情开始搞了之后,上了一个台阶之后,慢慢地就会越来越好。99年的时候,我们公司年产值才几万块钱,21世纪初每年40、50万,真正量上去是从09年开始,有一千万。去年我们是四千万。今年我们希望能达到五千万。

    材料牛:您现在即是中南大学材料学院的教授,又是长沙升华微电子材料有限公司的总经理,这两种身份您觉得有何不同?

    姜老师:感觉最大的不同就是责任。在学校当个教授还是轻松一点,只要管好自己和学生。但是我们现在公司有一百多位员工,我现在有很强的责任感。这么多员工,需要养家糊口,一定要解决他们就业问题,也希望他们能生活得更好一些,有责任让员工过上幸福的生活。这么多员工,也需要管理好,安全问题很重要。我们材料领域就涉及到一些危险的东西,比如氢气就是一个易燃易爆的东西,还有液氨、高温作业,还有一些如轧机等机械设备,都有一定的危险性,所以说我的压力很大,责任也很大。我也确确实实希望每位员工都能平平安安来上班,高高兴兴地回去,这个需要一些管理措施来保证。还有一些其他问题,比如企业的运作,将来能走多远,企业发展愿景等都需要来考虑,但是在学校就不用考虑这些。

    材料牛:作为校办企业,当初得到了学校的哪些支持?目前公司已搬入湖南宁乡金洲新区工业园区,这些年来公司遇到的挑战和机遇有哪些?

    姜老师:学校领导也很重视,尽可能提供一切便利条件,没有学校、院里面的支持,我们也不可能发展到现在这个样子。在2013年,这个材料生产量越来越大,不再适合在学校科研场所生产,学校就让我们搬到金州新区工业园,按一个中小企业的模式发展。

    公司现在面临最大的一个挑战就是市场竞争。我们之前是填补了国内技术空白,最早实现这个钨铜材料产业化,在07年、08年之前我们是独家供应,那个时候我们也不需要搞销售。但是,现在市场也大了,我们的生产能力也有限。作为客户来讲,他们认为我们是一校办企业,还不是真正的一个社会上的企业,对于老师来搞生产这个能力存在怀疑。有时候客户需求量大的时候,我们的供货供不上,客户就培养竞争对手。现在很有意思的是,我们的每一位客户都培养一个竞争对手,但是我们的市场占有率还是在60%。目前来说,这个行业我们还是处于领先位置,对手也还认可。有人通过我们培养的学生来了解我们的技术,包括我们写文章、学生写文章,不可避免地泄露一些技术,实际上是向社会公布了。我们现在也发现其他4、5家公司基本上也是在模仿我们的技术在做这个产品。搞产业化,搞公司经营,资本运作,不是我们老师的优势,这个确实挑战也比较大。我们也还一直在学习、努力,积极应对社会上的一些竞争。

    第二个挑战呢,就是资金。压力还是很大的,这么多员工,每个月都要60、70万的工资。还有一些其他的消耗。没有钱,很多东西是买不回来的。

    机遇的话,就像刚才讲的,是一个发展的黄金时期。我们现在也想搞资本运作,进行融资。产量大了之后对资金的需求更大,很多人也愿意给我们投资,也许将来我们会真正的社会化,进行融资,入股等。之前我的一个想法就是,当我们做到1000万的时候,我们就应该退了,我们应该回到我们的科研岗位上去,做技术支持、服务,后面涉及的一些市场的运作、经营应该由专业的人士来做。我觉得学校更适合我,在这里有点赶鸭子上架的味道,搞起来也辛苦。各取所长,把这个公司做得更大更好。

    这个行业有个特点,市场不是很大,量也不是很大。主要市场还是在国外,都是世界500强的几个大的公司控制着。像我们这个材料,全球来讲,主要还是日本公司控制,全球80%、90%的市场我觉得都属于日本A.L.M.T公司。

    材料牛:公司生产过程中,主要涉及到的工艺、技术有哪些?这些工作对工作人员的学历、研究背景等主要有哪些要求?

    姜老师:生产过程中,主要包括材料、加工、电镀三大方面。我们这个是跨了好几个行业,跨学科、跨领域,需要全面了解一些知识和技术。

    我们公司有个氛围就是,重视技术人员能力,特别是解决生产中技术问题的能力,我们有些大专生解决问题能力强,他们的工资比研究生还高。当然我们也希望能招聘高学历的,有很多知识的。但是也希望能把这些知识用起来,能帮企业解决问题。

    材料牛:现在都讲究能源环保,在生产过程中公司产生的污染物主要是哪些?又是如何处理的呢?

    姜老师:2016元旦开始实施新环保法,国家对环保这一块抓得比较紧。水污染这一块主要是涉及到重金属污染(电镀废液),重金属镍排放含量要求小于1mg/L。我们投资了100多万购买先进的环保设备,主要是采取分子膜加树脂的处理方法,并装了在线监控装置,环保局24小时可以在线监控,他们几个小时抽样,监控非常严格。我们本身还是大学里头办的企业,更应该率先做好环保问题,必须要有环保意识,不对环境造成污染。虽然这个废水处理成本很大,但是作为企业还是要讲良心。你偷排可能对你的影响不大,但对别人也许造成了很大影响。每个人都是社会的一员,也不可能逃离这个被污染的环境,所以我们每个人必须要一起努力自觉做好环保。另外,就是我们尽可能的地使用一些节能减耗的设备,也是一个环保的措施。第三个,就是要提高生产效率。我们的工艺路线很长,有40、50道工序,成品率的控制要求很高。我们也一直在想办法提高生产效率,更好地节能减排。
(责任编辑:zhangfei@emat.com.cn)
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