半导体行业精英袁思彤:“产学研结合,让更多成果推向市场”

近年来,国内第一款符合量产条件的全集成磁耦合数字隔离芯片在数字隔离器市场上得到高度认可和初步运用。该数字隔离芯片采用微型隔离器件、编码和解码多芯片协同架构,通过多芯片集成封装技术实现DIP8、QFN8小型化封装,无论数据传输率、电压隔离能力还是单通道功耗均优于传统光耦隔离传输,芯片其他主要技术指标也达到国外大公司同类芯片水平,关键技术指标更达到国际先进水平,填补了国内空白,标志着国内数字隔离器产品实现突破。随着该芯片的问世,芯片研发者袁思彤也迅速为业界所知晓。

袁思彤,1977年出生于广西,现居四川成都。大学期间先后获华南理工大学光学硕士学位,俄克拉荷马州立大学自然与应用科学硕士学位,俄克拉荷马州立大学电子工程学(模拟集成电路设计方向)博士学位。毕业后一直从事半导体行业技术研发工作,拥有五年电子工程学科研经历,七年电子企业技术研发和管理经历。所取得专业成就除了数字隔离器芯片,还曾成功开发出一款应用于用于仪器仪表、数模/模数转换器等场合的高精度、低噪声放大器。不仅如此,他还作为企业导师为电子科大培养了一批硕士研究生,称得上资深的半导体行业专家和学者。

成功绝非一蹴而就,背后有怎样的心路历程和人生故事?2018年9月28日,记者李坚专程采访袁思彤先生,希冀从中解锁成功密码。而性情开朗随和的袁先生也没有让人失望,从儿时的成长到出国留学,从纯科学研究到专业技术在企业中的实际应用,他都从容不迫一一道来,其间的人和事,也成为他人生的难忘记忆。

看准契机 数字隔离器填补国内空白

话题是从数字隔离器芯片说起的。数字隔离器作为一种“在电气隔离状态下实现信号传输的器件”,在人机交互、新能源汽车、医疗设备、仪器仪表、楼宇控制、工业过程控制、通信、能源等领域应用广泛。“当初研发的初衷,是因为看到国内需求迫切。”袁思彤说。行业发展日新月异,随着越来越多的工业和通讯设备实现智能化,市场对数字隔离器的需求也日趋明显。但在中国,国外企业几乎垄断了国内数字隔离器市场,相对先进的全集成电路隔离器研发还处于起步阶段,这触动了袁思彤敏感的神经。

说干就干,袁思彤是个执行力极强的人,他看准国家大力扶持集成电路产业的契机,与电子科技大学微电子与固体电子学院(现电子科学与工程学院)进行产学研合作,自主立项、自筹经费开始研发,最终开发成功了这款全集成数字隔离芯片。该磁耦隔离芯片在保证隔离能力的前提下,相比传统光耦隔离传输可实现更高数据传输率。在相同数据传输率条件下,单通道功耗只是传统光耦的几分之一,作为一项高新技术发明,该技术的完善与应用对于改变隔离通信市场格局,逐步取代光电耦合器件,推动我国隔离通信市场快速发展具有重要作用和意义。“围绕该产品核心技术,我们的多项发明专利也正在申请之中!”袁思彤自豪的说。

随着多项核心技术的突破,产品的测试和生产也紧锣密鼓地进行着。产品样片已在无锡完成流片,在江苏进行封装,并通过电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室进行了综合测试,测试结果为达到设计指标。目前,袁思彤所在的公司已经与深圳多家半导体应用企业达成试用意向,量产的流片和封装测试合作企业也均已落实,袁思彤的产业升级梦想正在一步步实现。

成绩优异 梦想在留学路上起飞

袁思彤出生在广西东部梧州市下辖的一个小镇里,家乡经济不发达,儿时的梦想就是考上大学。因打小学习成绩优异,这个梦想也很快实现。1995年9月,他考上了中国著名高等学府、中华人民共和国教育部直属的全国重点大学——华南理工大学,专业是应用物理,从此梦想开始腾飞。“应用物理是我比较喜欢的专业,能同时兼顾理论与实践。”但这个专业涉及课程较多,包括了基础物理、光电、半导体、通信等方面。因为热爱,袁思彤大学期间学习刻苦,即使课余时间,大部分也都是在图书馆度过。

期间他本科毕业成绩全专业第一,获得本专业唯一保送研究生资格,由此在华南理工大学继续深造,攻读光学硕士。在校期间袁思彤再接再厉,不断发奋努力,因成绩突出,他还曾获1999-2000学年研究生“联想奖学金”,他的科研工作获得老师的高度赞誉。“华南理工大学是我人生的转折点,奠定了我未来的发展基础。”袁思彤称。

“青年时期的理想是多学些知识,我相信知识改变命运,这个命运包括个人的命运、国家的命运。”袁思彤回忆起求学的过程如是说。可以这么说,袁思彤的理想是随着个人成长不断发展变化的,而追求科学的道路是永无止境的,正如袁思彤所言:“既然能够百尺竿头更进一步,那又怎能不顺势而为。”2003年1月,不断追求进步的他,通过努力又获得了赴美国俄克拉荷马州立大学攻读博士学位的资格,国外留学的窗口一经打开,世界变得无限精彩而宽广。

到了美国之后,袁思彤感觉俄克拉荷马州立大学的教学模式与国内差别很大,老师讲课涉及的范围较广,并不严格按照指定教材来,对学生的自学能力、检索资料的能力要求较高,于是用心讨论、交流和学习,功夫不负有心人,他不仅很快适应了美国的教学环境,而且勤于实践,尤其喜欢独立思考和创新。

在美留学八年,有四年半时间是作为助理研究员在俄克拉荷马州立大学电子与计算机工程学院混合信号实验室(Mixed Signal VLSI Lab)做科研,从事用于神经信号(生物电位)记录的前端放大与数字化电路的研究,工作重心为低功耗、亚阈值集成电路芯片。期间对生物电位的理论知识,在利用生物电位和集成电路芯片的结合形成“神经假体”让大脑遥控瘫痪的四肢等科学应用研究上颇有建树。值得一提的是,袁思彤在此期间还开发了一种应用于细胞外动作电位峰电位记录的低功耗、小体积、性能稳定的前端滤波放大器,该产品已成功应用到大鼠的听觉皮层神经信号记录中,在学界也引起反响。

2010年7月至12月,袁思彤“升级”为博士后研究员,继续在俄克拉荷马州立大学电子与计算机工程学院混合信号实验室(Mixed Signal VLSI Lab)任职,从事用于通信芯片滤波器的可校准集成无源器件设计及相关有源集成电路的设计工作,这半年的工作与实际应用结合更紧密,也为他以后在工业界任职打下了良好的基础。“综合来看,留学这几年对我的人生观、价值观和世界观影响很大,也改变了我的命运。”袁思彤说。

精诚合作 半导体产品研发结硕果

“当初选择回国工作,是因为看到了中国半导体产业前景和市场,产业正处于上升阶段,我希望自己在这方面能有所作为。”谈到回国初衷,袁思彤表示。回国后袁思彤先在浙江杭州一家微电子企业从事技术管理工作,作为模拟组组长和高级模拟集成电路设计工程师,他管理一个五到六人的研发团队,工作内容是带领研发团队开发一种用于短距离通讯无线收发器(transceiver)。产品在理论上问题不大,但研发实践过程中还是遇到了一些困难。因为是开发一种低功耗的射频芯片,研发过程中遇到了功耗超标问题。“当时也没有更多的办法,只能是多查阅论文,尝试不同的电路结构,不断的总结和测试。”袁思彤说。

为了攻克难关,袁思彤身先士卒,甚至亲自设计该芯片的部分电路模块,包括pipelined ADC、复数滤波器等电路,就这样一步步稳扎稳打,不仅自己所设计模块流片成功,整个研发项目也如期顺利完成。这款袁思彤领导开发的短距离无线收发器可应用于工业检测与控制、家庭与楼宇自动化、无线传感器网络等领域,为国内相关产品研发做出了贡献。“其实我更应该感谢我们的模拟团队,所有工程师都有硕士以上学位,在查阅、整理论文方面的能力比较强。”袁思彤说到这里,依旧非常的谦逊。

知识改变命运。2012年6月,袁思彤跳槽至四川一家半导体企业,至今一干就是六年。作为研发二部经理,他同时任高级模拟集成电路设计工程师,管理一个三到四人的研发团队。研发的产品除了一系列全集成数字隔离器,还于2016年11月至2018年4月研发了一种基于双极型工艺的精密轨对轨运算放大器。在产品各项性能指标上均达到或超过国家标准,六年光阴,他在半导体行业研发领域又为企业和国家做出了重要贡献。

时至今日,袁思彤对数字隔离芯片项目的研发最为难忘。数字隔离器芯片的作用是将电路系统中各具独立功能的电路模块隔离开来,避免各功能模块之间相互影响。但数字隔离器研发在关键技术上存在四大难点,一是微型隔离器件的设计技术,二是微型隔离器件的制造技术,三是数据高频编码、解码技术;四是高压隔离多芯片封装技术。尤其是全集成微型隔离器件的设计与制造,没有现成经验可借鉴,在工艺制造方面没有成熟的工艺线能够满足要求。

袁思彤经反复思考分析和研究,认定要研制数字电路隔离器,必须要从工艺开发开始。因为这个原因,他找到了电子科技大学微固学院,双方开展密切合作,利用3D仿真软件对集成隔离器件进行设计与尺寸优化,在工艺制造技术方面联合外协单位进行工艺平台建设与器件性能研究,通过不断尝试,开发并掌握了一套拥有自主知识产权的完整工艺技术,数字隔离器最关键的技术难题由此迎刃而解。

最终,袁思彤带领团队突破了数字隔离器研发四项技术难点,产品获得成功。尤其是全集成隔离器件的设计与制造技术,袁思彤负责开展项目研发时,中国国内还处于空白状态,袁思彤率领团队团结一心,克服困难,实现了该制造技术的研究和开发,并成功制造出了隔离器样品。填补了技术空白,这在中国是非常不简单的事情,该款数字隔离器产品经测试达到了中国国内领先水平,各项技术指标也丝毫不亚于国际上的同类先进产品标准。

“毕业后的最初打算就是进入工业界,因为微电子是一门实践性很强的学科,我的想法是,如果工业界能跟高校紧密合作,就能加快科研成果向产品的转化。”现在看来,袁思彤的这个想法应验了。公司与电子科技大学紧密合作,通过“产、学、研”相结合,已经加速科研成果向产业化转变,并结出了科研硕果。

但袁思彤并未自满,他对加速高校与科研机构的成果转化很感兴趣。“我们将更密切地与电子科技大学合作,目前已经得到宜宾市叙州区政府大力支持,准备成立一家新的半导体公司。依托高校、产业界的上下游支持,我们解决了从制版、流片到封装、测试等多个加工环节的核心问题,拉通了产业链上下游联系通道,加速了科研成果从实验室到市场的转变。”袁思彤说着,眼里闪着坚定的光芒。