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液晶屏的骨頭，芯片的腳！中國每年花上百億買它

液晶屏的骨頭，芯片的腳

“2017年中國大陸的液晶面板出貨量達(dá)到全球的33%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模約千億美元，位居全球第一。但這面板中的關(guān)鍵材料——間隔物微球，以及導(dǎo)電金球，全世界只有日本一兩家公司可以提供。這些材料也像芯片一樣，給人卡住了脖子。”國家“千人計(jì)劃”專家、蘇州納微科技公司董事長江必旺博士說。

手機(jī)屏幕里，每平方毫米要用一百個微球。“間隔物微球撐起了兩塊玻璃面板，相當(dāng)于骨架。在兩塊玻璃面板的縫隙里，再灌進(jìn)液晶。”江必旺說。

“微球決定液晶屏的厚度和均勻性，因此所有球要大小一樣。微球還得足夠強(qiáng)韌、光滑，不含一點(diǎn)金屬雜質(zhì)。”江必旺說，否則會影響顯示質(zhì)量。

除此以外，還有一種“光擴(kuò)散微球”，大量涂抹在光擴(kuò)散膜，用于液晶背光模組。

微球另一個重要的用途，是芯片的引腳。電路常用焊錫連接，但現(xiàn)在的芯片太小，引腳小到看不清，導(dǎo)電金球就替代了焊錫。

幾微米直徑的微球，混在絕緣膠里，構(gòu)成“各向異性導(dǎo)電膜”。這層膜貼在芯片和主板之間，需要接腳的地方給予壓力，小小金球就會在兩者之間導(dǎo)電，這是現(xiàn)在微電子業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的辦法。中國從日本進(jìn)口導(dǎo)電膠膜每年要花費(fèi)上百億元人民幣。

微球太小，篩分困難

江必旺說，無論是間隔物微球，還是導(dǎo)電金球，粒徑要非常精確和均勻。

微球的材料是塑料或二氧化硅。制作微球，第一步，在反應(yīng)液里，塑料或者硅烷變成液球，并且固化。“就好像油快速攪拌在水里，會分散成小球一樣。”江必旺說。

這種方法做出的微球有大有小，需要精密篩分。“用一般的篩子是做不到的，因?yàn)槲⑶蛎扛?.2微米是一個規(guī)格。2微米和2.2微米的兩種球，要分開是極其困難的。世界上只有日本的公司可以篩分這種微球，周期長達(dá)6個月。”江必旺說。

篩分工藝是行業(yè)秘密，大概原理是利用大小球的浮力不同，下沉有快有慢，在液體中分離。

生產(chǎn)導(dǎo)電金球，還得多幾道工序：表面處理后，鍍上一層金或者鎳。100納米厚的這層金屬，必須薄厚均勻；球和球互不粘連。普通鍍金工藝是行不通的。

由于技術(shù)門檻極高，導(dǎo)電金球生產(chǎn)被日本的積水公司壟斷。

沒有微球就造不出生物藥

江必旺博士經(jīng)過十多年研發(fā)，繞過“篩分法”，發(fā)明“種子法”，打破了日本的技術(shù)壟斷，將讓下游產(chǎn)業(yè)極大受益。

種子法是讓幾納米大的塑料或者二氧化硅充當(dāng)種子，在適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)環(huán)境下慢慢長成微球。長出來的微球個頭一樣大，不需要篩分。生產(chǎn)周期只有6天。

沒有微球，食品安全檢測、疾病診斷、環(huán)境監(jiān)測……許多行業(yè)都會陷入窘境。制藥廠尤其離不開微球。江必旺說，用于提取生物藥的微球，表面有很多孔道，可以吸附特定大小的分子。

“一克微球的表面積，相當(dāng)于一個足球場，如果微球表面有一些特殊基團(tuán)，就可以選擇性吸附藥物有效成分。”江必旺說，全世界的生物制藥都必須使用微球做色譜填料。

這類微球不僅需要控制大小、均勻性，還需要控制孔道結(jié)構(gòu)，難度很大，過去只有歐美幾家公司能生產(chǎn)，現(xiàn)在蘇州納微也已經(jīng)可以量產(chǎn)。

國產(chǎn)原材料不純影響微球性能

嘗試生產(chǎn)微球的江必旺，遇到了想象不到的困難。

“在開發(fā)液晶間隔物微球材料時，首先就遇到國內(nèi)基礎(chǔ)原料質(zhì)量差的問題。”江必旺說，“苯乙烯是通用的化工單體，國內(nèi)產(chǎn)能位居世界首位。但國產(chǎn)苯乙烯和二乙烯基苯雜質(zhì)含量高，尤其是萘含量高，用其生產(chǎn)出來的間隔物微球機(jī)械強(qiáng)度低、變形大，不能滿足控制液晶顯示的要求。”最終，納微公司只得選用國外的原料。

“另外，生產(chǎn)高性能微球需要用不銹鋼反應(yīng)釜。經(jīng)多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)用國產(chǎn)反應(yīng)釜生產(chǎn)的微球，鐵含量超標(biāo)；我們花了一年的時間，嘗試了很多家的國產(chǎn)反應(yīng)釜，都是一樣的問題。而用進(jìn)口的鐵含量就達(dá)標(biāo)。”江必旺說。

“雖然納微開發(fā)了比日本先進(jìn)的微球制造技術(shù)，但由于國產(chǎn)的原料質(zhì)量及不銹鋼性能問題，浪費(fèi)了大量時間和精力。”江必旺說，“從這個案例可以看到，中國做關(guān)鍵材料和關(guān)鍵部件的難度有多大。”