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曹勇:潜心钻研导热“凉”方 探索高功率芯片散热最优解

2024-10-24 来源:深圳新闻网

人才介绍:

曹勇,深圳市鸿富诚新材料股份有限公司研发总监,致力于开发新型高性能碳基导热界面材料,旨在攻克高功率芯片在散热方面的技术难题。目前已成功开发多个系列碳纤维及石墨烯导热界面材料;荣获“宝安大工匠”“福永街道劳模”和“工匠人才创新工作室”、美国R&D100创新奖以及鸿富诚优秀技术奖等多项荣誉;目前已成功开发多个系列碳纤维及石墨烯导热界面材料,这些材料不仅展现了卓越的导热性能,还兼具良好的可靠性,成为连接高功率芯片与散热系统之间的关键桥梁,有效提升了设备的散热效率与运行稳定性;截至目前,共申请/授权专利60余件,发表学术论文10余篇。

人才之问:

他为何选择新型高性能碳基导热界面材料领域?又如何攻克一个个技术难关?在新一轮科技革命历史机遇下,探索散热材料创新有什么意义?面向技术发展与国际竞争,他还将面对哪些挑战?


你一定面对过这样的情况:手机突然热到烫手,甚至引发过热保护机制关机……这就是涉及“散热”的世界级难题。攻克高功率芯片在散热方面的技术难题,推动我国热界面材料的自主研发与国际替代进程,正是深圳市鸿富诚新材料股份有限公司研发总监曹勇一直以来的目标。

曹勇,一个来自河南信阳的青年,自2017年从中北大学硕士毕业后就来到深圳宝安,加入了深圳市鸿富诚新材料股份有限公司(以下简称“鸿富诚”),正式踏上了科技创新的征途。凭借在碳基导热复合材料领域的扎实积累与潜心探索,短短7年,他带领团队在高性能碳基导热界面材料的研发上取得了显著成果,达到世界领先水平。

一枚小小薄片,为芯片、新能源汽车治“热病”

在鸿富诚的实验室内,曹勇正一边与研发人员对一款热界面材料进行测试,一边讨论接下来的研发计划。

有专家表示,散热已经成为制约电子信息领域发展的最大痛点。传统的散热材料无法有效地疏通电子电路高度集成后产生的热量,实现优秀的散热功能一直是世界领域的技术难题。

鸿富诚已成立20多年,是专注于EMI屏蔽材料、热界面材料、碳基材料、吸波材料等创新材料的研发、制造与销售一体化的国家高新技术企业。作为研发总监,曹勇深知,在快速发展的科技时代,唯有不断创新才能立于不败之地。多年来,他一直致力于开发新型高性能碳基导热界面材料,旨在攻克高功率芯片在散热方面的技术难题,探索解决“热病”问题的最佳“良药”。

曹勇

什么是“新型高性能碳基导热界面材料”?曹勇介绍,这是一种新型的热界面材料,它通过先进的定向工艺,将微米级碳纤维粉体以及石墨烯片有序排列,并均匀地分布在聚合物基体中,从而大幅度提升热传导的效率和水平。

据了解,这种材料的主要用途非常广泛,涵盖了5G基站、新能源汽车、AI芯片、数据中心服务器以及大功率半导体器件等领域。与传统材料相比,高性能碳基导热界面材料具有更高的热导率和更好的散热性能。

以新能源汽车为例。当前,我国新能源汽车产业迅猛发展,但芯片和电池组的散热是关键技术难题,成为行业一大痛点。“新能源汽车,尤其是自动驾驶和智能驾驶汽车,其核心芯片和电池组在工作过程中会产生大量热量。如果不能及时散热,将导致系统性能下降,甚至引发安全隐患。”曹勇介绍道,“新能源汽车自燃现象频发,很大程度上是因为电池温度控制不当。”

曹勇研发的材料则通过先进的定向工艺,有效提高了热传导效率,为新能源汽车等领域提供了可靠的散热解决方案。具体来说,曹勇及团队采用石墨烯导热垫片来辅助车载大功率MCU芯片的散热,同时利用导热绝缘垫片来解决电池组的散热问题。这些材料有效地将热量传递到散热器端,有效控制电池和芯片的温度,防止局部超温或过载,确保了新能源汽车的安全稳定运行。

谈及自己的科研之路,曹勇表示,这个选择既是一种巧合,也是一种幸运。曹勇在硕士期间主要攻读的是碳基导热复合材料的研究,毕业后加入鸿富诚,发现公司对碳基导热材料方面也有着浓厚的兴趣,他们都认为这是一个非常有潜力的新材料领域。因此,从入职开始,曹勇就一直专注于这个领域,不断深入开发和迭代产品。

求学与工作的十年来,曹勇深刻认识到,高性能碳基导热界面材料的研发和应用,不仅是他实现人生价值的途径,更是实现我国导热界面材料的国产替代乃至超越的重要事业。从长远来看,这种材料的广泛应用将对我国经济的转型升级和高质量发展产生深远影响。

专注研发创新,在热界面材料领域硕果累累

在科研的道路上,每一项技术攻关都充满了挑战与不确定性,从实验室研究到工业化量产的每一个环节,都是未知与考验。

“由于缺乏前沿经验参考,我们只能从零开始,不断探索工艺配方和设备调整。团队成员反复试验,优化工艺参数,力求提升材料的热传导效率。”回忆起项目最初的那段时光,曹勇笑着说,其实充满挫折与失败,但就在他几乎要放弃的时候,一个意外的发现带来了转机。

曹勇不断探索工艺配方和设备调整

在一次深夜的极端验证测试中,曹勇偶然发现了一个至关重要的工艺规律。“这一发现犹如黑暗中的一缕曙光,瞬间照亮了我们前行的道路。”曹勇回忆道。随后曹勇迅速调整方案,再次投入到紧张的试验中。最终,通过团队的不懈努力,困扰已久的技术瓶颈成功得到解决,实现了石墨烯导热垫片性能的飞跃。

然而,新的挑战接踵而至。在量产阶段,客户端反馈材料存在局部腐蚀现象。这对于即将量产的产品来说,无疑是一个晴天霹雳。曹勇深知问题的严重性,立即组织团队与客户进行联动,紧急排查问题原因。经过无数个日夜奋战,他们终于找到了问题所在,并迅速对配方和工艺进行了迭代优化。在最短的时间内,曹勇和团队成功解决了腐蚀问题,确保了产品的顺利量产。

在曹勇的工作中,这样的故事比比皆是。

优秀的技术创新离不开优秀的科研团队。曹勇特别注重团队建设,鸿富诚研发人员占比超过50%,其中热界面材料研发中心拥有28名高学历人才,为热界面材料的持续创新提供了坚实的人才保障。曹勇和团队携手在创新的道路上勇往直前,取得一次次新突破,将一个个新成果推向市场。

曹勇将一个个新成果推向市场

据曹勇介绍,他和团队主要开发了碳纤维导热垫片和石墨烯导热垫片两大类别的产品。其中,石墨烯碳纤维导热垫片在2019年成功应用于国内领军企业的5G基站,并开始批量供应。石墨烯导热垫片则在2022年进入国内通信巨头企业,实现正式批量生产。此外,各类产品已经走向国际市场,受到了国内外客户的广泛认可。曹勇个人也因此荣获“宝安大工匠”“福永街道劳模”和“工匠人才创新工作室”、美国R&D100创新奖以及鸿富诚优秀技术奖等多项荣誉。

鸿富诚部分产品展示

从国内走向国际,热界面材料彰显创新实力

当前,曹勇的研发成果在技术上已达到国际水平并取得国际领先优势。但面对国外产品的壁垒与强势,国产产品想要真正“走出去”,还面临着重重阻碍。下一步,曹勇计划将领先优势进一步扩大,真正把核心关键的原材料应用到国际品牌芯片中,促进我国整体热界面材料的研发生产水平提升。

目前,鸿富诚推出“出海战略”,积极布局海外市场,已在马来西亚设立工厂,并计划在未来根据客户需求设立更多海外研发基地。“我们希望通过国际化战略,将我们的高端产品推向全球市场,实现更大的突破。”曹勇充满信心地说,他将继续带领团队在高性能碳基导热界面材料领域深耕细作,不断突破技术瓶颈,为行业带来更多的创新成果,满足日益增长的市场需求,并进一步拓展海外市场,将我国的高性能材料推向国际舞台。

2017年,作为“宝安大工匠”人才引进来到宝安,曹勇将宝安视作事业福地。从实验室到市场,再走向国际,曹勇与新型高性能碳基导热界面材料的一路成长、一路花开,离不开宝安的支持与见证。在他看来,宝安完善的产业链、丰富的人才资源和良好的创新环境,特别是对高新技术产业和人才的大力支持,为研发工作提供了有力保障。

曹勇表示,“希望宝安区持续加大对科技创新企业的支持力度,促进产学研合作,让更多新材料产业研究成果迸发出更大生产力。”未来,随着5G、新能源汽车等产业的快速发展,高性能碳基导热界面材料的市场需求将持续增长,新材料、新技术也将不断涌现。他将立足宝安,借力宝安产业优势、人才优势与创新氛围,带领团队在高性能热界面材料领域持续发力,不断突破技术瓶颈,实现更高水平的国产替代与国际化发展。

曹勇(右)带领团队在高性能热界面材料领域持续发力