創(chuàng)新封裝材料 科研報效祖國

孫雅琴

雷光寅

芯片是整個信息社會的基石和心臟，也是推動整個信息社會向前發(fā)展的發(fā)動機。芯片有一個非常長的產業(yè)鏈，產業(yè)鏈的每個環(huán)節(jié)都必須環(huán)環(huán)相扣，要求極高，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯都可能導致這枚芯片最終無法達標。作為微電子技術領域中的一項重要技術，芯片封裝技術就是溝通芯片內部世界與外部電路的橋梁。“如果芯片沒有封裝，就會變得無比脆弱，可能連最基礎的電路功能都實現(xiàn)不了。”復旦大學工程與應用技術研究院研究員雷光寅說。

相較于集成電路領域的其他技術而言，芯片封裝技術顯得異常低調，導致外界對這一領域知之甚少。但多年來，雷光寅卻矢志不渝扎根在這一領域中，一直從事新型納米材料以及先進半導體功率模塊等方面的研究，立志通過科學研究為芯片封裝研發(fā)出更多先進材料，提升其制造工藝，將芯片的性能進行最大限度的發(fā)揮。

對雷光寅而言，科學研究追求的不是光鮮，而是切實地為社會作出貢獻。

小封裝蘊含大智慧

20世紀90年代以來，以信息技術、生物技術為代表的高新技術產業(yè)蓬勃發(fā)展。同時也吸引了雷光寅對這一領域的關注。也是在這一背景下，他選擇扎根于浙江大學生物醫(yī)學工程專業(yè)開始學習、探索，并于2003年6月順利獲得了浙江大學生物醫(yī)學工程專業(yè)學士學位。

本科畢業(yè)后，雷光寅選擇申請前往美國弗吉尼亞理工大學材料科學與工程專業(yè)，進行研究深造。當時弗吉尼亞理工大學與美國其他高校合作成立了生物學工程學院，雷光寅的研究生導師因為具有較強材料學背景也參與其中，并開始尋求一位生物學背景的學生進行合作研究。在這一背景下，雷光寅被成功收入其麾下，開始與導師共同深入到材料科學與工程專業(yè)的項目研究中，展開合作探索。而雷光寅的碩士論文《納米銀顆粒的制備及其抗菌性能》就是從材料的角度出發(fā)，利用納米銀懸浮液解決生物醫(yī)學方面的相關問題。在不斷深入的研究開拓之下，雷光寅逐漸打開了材料研究的大門。

2005年8月，雷光寅順利獲得了材料科學與工程專業(yè)碩士學位。在此之后，他決心跟隨著自己的導師，繼續(xù)在美國弗吉尼亞理工大學電力電子中心（CPES）攻讀材料科學與工程專業(yè)的博士學位，這一階段，他多維度地深入學習材料科學與電力電子工程技術，在不斷研究錘煉下，能夠有效地根據(jù)應用場景轉換成對工程材料的需求，并且開發(fā)出了高性能的電子材料和制備工藝，其博士就讀期間開發(fā)的納米銀焊漿，還被評為2007年度最具商業(yè)價值的100個產品之一（R&D 100 Award）。由雷光寅作為第一作者的論文也發(fā)表在電子封裝領域著名期刊IEEE Transactions on Components and Packaging Technology，單篇他引144次。這些經歷都為他今后從事封裝領域的研究奠定了堅實的基礎。

大危機下的科研歷練

21世紀初期，美國金融風暴洶洶來襲，更于2008年在世界掀起了一場金融海嘯。本來應該于2008年年底左右結束博士研究的雷光寅，也受到了當時“惡劣”就業(yè)形勢的影響。一年多的灰暗時期，讓雷光寅身心俱疲。正當他對未來的方向感到迷茫時，轉機也隨即出現(xiàn)。

福特汽車公司作為美國最大的工業(yè)壟斷組織和世界重要跨國企業(yè)之一，在整個金融危機的大背景下并沒有申請破產，并慢慢走出了低谷。2010年年初，福特公司開始向社會招募人才，雷光寅抓住了這一時機，并以扎實的研究功底通過了面試，成為福特面向社會招募的第一位高新技術人才。“福特主要是做混動車的電控技術開發(fā)，而我的博士課題就是開展電子封裝領域的材料研究，并將此應用在功率模塊中，而這一模塊應用的最大場景，便是車輛的電機控制器。”雷光寅說。這一方向的研究與他博士期間課題非常吻合。自此，雷光寅便在福特開始了長達8年的科研探索。

在福特汽車公司工作期間，雷光寅擔任電驅動系統(tǒng)部的資深研發(fā)工程師，主要負責電驅動系統(tǒng)電機控制器以及功率模塊的開發(fā)，在產業(yè)一線積累了豐富的經驗，并在科研領域有了飛速的成長。在這段期間，他參與了高功率密度半導體功率模塊設計，以及高性能新能源汽車電機控制器的研發(fā)項目，在多個領域做出了開拓性的原創(chuàng)工作。

雜散電感是電子封裝模塊的一種寄生參數(shù)。過高的雜散電感制約了半導體器件的開關特性，降低了系統(tǒng)效率，給器件的驅動電路設計也帶來了諸多困難。這一點，在寬禁帶半導體的應用場景中顯得尤為突出。在這一背景下，雷光寅和團隊成員創(chuàng)新性地開發(fā)了具有超低雜散電感的功率模塊及雙面冷卻封裝工藝，在進一步提高寬禁帶半導體工作效率的同時也降低了其封裝成本。

除此之外，為了服務于企業(yè)的長遠發(fā)展，雷光寅還在福特內部組建了電子封裝實驗室，并擔任實驗室主任，為企業(yè)電子封裝技術的進步作出了突出貢獻。

在國外學習工作期間，雷光寅始終步履不停，并領導參與了6個大型研發(fā)項目，總經費超過2200萬元人民幣。在研究成果的基礎上，他發(fā)表了學術論文16篇，獲得美國暨國際授權發(fā)明專利22項，多項在產業(yè)界展開了有效轉化與應用。

心系祖國的科研赤子

“我出國并不是為了去國外定居，而是為了學好科研技術之后報效祖國。”雷光寅說。2018年1月，雷光寅終于回到了闊別已久的祖國。自那時開始，他開始扎根于祖國大地，腳踏實地用科研技術為祖國的電子封裝領域發(fā)展而貢獻力量。

為了切實了解我國的企業(yè)所需，雷光寅將上海蔚來汽車有限公司作為自己回國發(fā)展的第一個研究陣地。2018—2020年以來，雷光寅一直在擔任上海蔚來汽車有限公司電動力工程技術專家，全面負責設計開發(fā)先進電機控制系統(tǒng)在新能源車中的應用。在產業(yè)一線的實踐下，他對于自己所在研究領域的現(xiàn)狀也有了更深層次的了解。

人生的道路上，要不斷地挑戰(zhàn)自我。在科研領域，雷光寅從未放棄追尋更高的水平、讓自己上升更高的臺階。從2010年到2020年，雷光寅在國內外企業(yè)一線度過了自己10年的科研歲月，而這時他也在尋求著科研領域的下一個挑戰(zhàn)。“在車廠工作后期，我們就會進入一個周期性的循環(huán)，對于我的個人的職業(yè)規(guī)劃而言，我更想去一個不同的環(huán)境去挑戰(zhàn)更多新的可能。”雷光寅說。

就在這時，復旦大學工程與應用技術研究院向雷光寅拋出了橄欖枝。在復旦大學建設新工科的背景之下，雷光寅加入了全新的科研團隊，并開始利用自己的專業(yè)優(yōu)勢，和團隊成員們一起展開協(xié)同攻關。“不管是在之前的蔚來汽車，還是如今基于復旦大學這一平臺，我們的研究都非常有活力。”雷光寅說。

承接著之前的研究方向，目前雷光寅將研究的重點放在了封裝材料的制備工藝以及設計環(huán)節(jié)突破上，在碳化硅，氮化鎵的高溫封裝材料研究中，他們打破了之前100℃溫度的限制，將其使用溫度提升到了250℃。目前，相關理論研究成果正在投稿過程中。

長年在產業(yè)一線摸爬滾打，也讓雷光寅形成了自己獨特的教學優(yōu)勢。在擔任“半導體封裝概論”課程教授的過程中，他會將自己的授課內容從整個半導體相關的芯片制成到封裝材料、封裝工藝及相關的應用進行貫穿。

“在我看來，我們的教學一定要接地氣，要充分地讓學生了解我們的研究方向，它的真正研究內容，它將來的輸入，它對整個產業(yè)或者是研究領域的意義在哪里。”雷光寅說。因此，相對于死板的理論教學，他更傾向于用大量的實例穿插其中，通過舉例論證解決學生的困惑，讓學生能夠切實地了解自己所在的領域方向。1年多來，雷光寅接地氣的授課方式，受到了學生們的一致好評。雖然有時候準備課程教案經常到半夜兩三點，但是雷光寅從未感覺到辛苦。“對我來說這也是一個特別好的機會，將整個行業(yè)從頭到尾梳理一遍。”他說。

在國家“十四五”規(guī)劃的大背景下，目前雷光寅和研究團隊也將籌備開展新的研究項目。在新能源汽車中，他們將開展基于碳化硅功率器件的電機工程系統(tǒng)研究。這其中涵蓋先進材料的制備，以及封裝的設計。這與雷光寅之前的研究背景一致。除此之外，他們還將聯(lián)系相關企業(yè)，完成一系列完整情況的測試。目前，這一項目正在順利準備中。

研究之路任重而道遠。雷光寅一直以來都有著屬于自己的人生步調。在他看來，在科學研究中不求飛躍性的進步，但每個星期、每個月前進一小步，對于自己來說就是莫大的鼓勵。“我從工業(yè)界回來，非常清楚祖國目前需要的是什么，不管是理論研究還是技術創(chuàng)新，我都有必要為祖國作出自己的科研貢獻。”雷光寅堅定地說。