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2018年06月14日 | 液晶屏的骨头，芯片的脚——微球
2018-06-14 来源：eefocus
这种球，直径是头发粗细的三十分之一。少了它，你正盯着的液晶屏幕将无法生产。
微球，现代工业的基础材料，被国外企业垄断。仅微电子领域，中国每年就要进口价值几百亿元人民币的微球。
液晶屏的骨头，芯片的脚
纳微研制的LCD微球
“2017年中国大陆的液晶面板出货量达到全球的33%，产业规模约千亿美元，位居全球第一。但这面板中的关键材料——间隔物微球，以及导电金球，全世界只有日本一两家公司可以提供。这些材料也像芯片一样，给人卡住了脖子。”国家“千人计划”专家、苏州纳微科技公司董事长江必旺博士说。
手机屏幕里，每平方毫米要用一百个微球。“间隔物微球撑起了两块玻璃面板，相当于骨架。在两块玻璃面板的缝隙里，再灌进液晶。”江必旺说。
“微球决定液晶屏的厚度和均匀性，因此所有球要大小一样。微球还得足够强韧、光滑，不含一点金属杂质。”江必旺说，否则会影响显示质量。
除此以外，还有一种“光扩散微球”，大量涂抹在光扩散膜，用于液晶背光模组。
微球另一个重要的用途，是芯片的引脚。电路常用焊锡连接，但现在的芯片太小，引脚小到看不清，导电金球就替代了焊锡。
几微米直径的微球，混在绝缘胶里，构成“各向异性导电膜”。这层膜贴在芯片和主板之间，需要接脚的地方给予压力，小小金球就会在两者之间导电，这是现在微电子业标准的办法。中国从日本进口导电胶膜每年要花费上百亿元人民币。
微球太小，筛分困难
江必旺说，无论是间隔物微球，还是导电金球，粒径要非常精确和均匀。
微球的材料是塑料或二氧化硅。制作微球，第一步，在反应液里，塑料或者硅烷变成液球，并且固化。“就好像油快速搅拌在水里，会分散成小球一样。”江必旺说。
这种方法做出的微球有大有小，需要精密筛分。“用一般的筛子是做不到的，因为微球每隔0.2微米是一个规格。2微米和2.2微米的两种球，要分开是极其困难的。世界上只有日本的公司可以筛分这种微球，周期长达6个月。”江必旺说。
筛分工艺是行业秘密，大概原理是利用大小球的浮力不同，下沉有快有慢，在液体中分离。
生产导电金球，还得多几道工序：表面处理后，镀上一层金或者镍。100纳米厚的这层金属，必须薄厚均匀；球和球互不粘连。普通镀金工艺是行不通的。
由于技术门槛极高，导电金球生产被日本的积水公司垄断。
没有微球就造不出生物药
江必旺博士经过十多年研发，绕过“筛分法”，发明“种子法”，打破了日本的技术垄断，将让下游产业极大受益。
种子法是让几纳米大的塑料或者二氧化硅充当种子，在适当的化学环境下慢慢长成微球。长出来的微球个头一样大，不需要筛分。生产周期只有6天。
没有微球，食品安全检测、疾病诊断、环境监测……许多行业都会陷入窘境。制药厂尤其离不开微球。江必旺说，用于提取生物药的微球，表面有很多孔道，可以吸附特定大小的分子。
“一克微球的表面积，相当于一个足球场，如果微球表面有一些特殊基团，就可以选择性吸附药物有效成分。”江必旺说，全世界的生物制药都必须使用微球做色谱填料。
这类微球不仅需要控制大小、均匀性，还需要控制孔道结构，难度很大，过去只有欧美几家公司能生产，现在苏州纳微也已经可以量产。
国产原材料不纯影响微球性能
尝试生产微球的江必旺，遇到了想象不到的困难。
“在开发液晶间隔物微球材料时，首先就遇到国内基础原料质量差的问题。”江必旺说，“苯乙烯是通用的化工单体，国内产能位居世界首位。但国产苯乙烯和二乙烯基苯杂质含量高，尤其是萘含量高，用其生产出来的间隔物微球机械强度低、变形大，不能满足控制液晶显示的要求。”最终，纳微公司只得选用国外的原料。
“另外，生产高性能微球需要用不锈钢反应釜。经多次试验，发现用国产反应釜生产的微球，铁含量超标；我们花了一年的时间，尝试了很多家的国产反应釜，都是一样的问题。而用进口的铁含量就达标。”江必旺说。
“虽然纳微开发了比日本先进的微球制造技术，但由于国产的原料质量及不锈钢性能问题，浪费了大量时间和精力。”江必旺说，“从这个案例可以看到，中国做关键材料和关键部件的难度有多大。”
史海拾趣
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