城大材料研究 助「香港製造」進化「香港創造」

「香港製造」曾是港人引以為傲的生招牌，然而隨着本港土地、薪金等成本上升，商家早把工廠北移。香港城市大學副校長（研究及科技）楊夢甦接受傳媒專訪時表示，香港要「再工業化」，就需發展創新工業，「Created in Hong Kong、Invented in Hong Kong，不再只是簡單的Made in Hong Kong。」他強調，要發展創意和創造工業，就需要有創新元素及人才，要創新，亦需要有新材料，而城大歷年已有不少創新發明。

政府銳意發展創新工業，而大學也透過不同方法配合，培育創科人才。香港城市大學副校長（研究及科技）楊夢甦，和材料科學及工程學系副系主任及教授何頌賢接受傳媒專訪時均表示，香港工業在八、九十年代能夠發展迅速，是因有國家改革開發政策配合，以及大灣區和勞動力的優勢，然而近年有關優勢已變得不太明顯，若政府現在要提出再工業化，就必須釐清是那方面需要再工業化，以及香港有何優勢。

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整個工業界參與成產業鏈

楊夢甦表示，政府2022年把創新及科技局，重組為創新科技及工業局，就是要發展創新工業，這也是現今世界的趨勢。他認為，要發展創意和創造工業，就需要有創新元素及人才，而香港向來不乏人才，「上一輩的工業家，很多都是香港傳奇，甚至世界第一，但未必很多人認識，好像城大基金理事會榮譽主席楊建文先生，其公司就為蘋果手機供應玻璃屏幕。」

縱然現時不少本地商家把工廠北移，傳統工業區也逐漸被商廈取替，但楊夢甦指香港仍有其優勢，包括資金充裕、國際化，以及可吸引人才，所以近年部分傳統工業也轉型得很成功，例如把家用電器變成智能家居，很多都是由香港公司生產，「重要的是要整個工業界參與，不只是部分公司，否則形成不到大型的產業鏈。」

香港城市大學。資料圖片

楊夢甦表示，就香港可發揮的方向，政府已提出幾個範疇，包括人工智能及機械人、生命科技、碳中和、智慧城市及智能家居，當中都需要創新科技、新能源、新物料等，所以香港的工業也要轉型，向高端產業發展，「Created in Hong Kong（香港創造）、Invented in Hong Kong（香港發明），不再只是簡單的Made in Hong Kong（香港製造）。」

作為大學，需為香港培育人才及推行科研，而城大2017年首創開辦的「材料科學及工程學系」，歷年來已培育不少科研人才，亦研發了不少工業材料。身兼城大知識轉移處處長的材料科學及工程學系副系主任及教授何頌賢表示，工業和材料研發有密切關係，為此學系也引入或發明多個高精度生產設備及物料，配合未來工業發展。

廣州南沙。資料圖片

「大部分的工業，都需要物質上的材料、裝置及系統，當有材料的時候，就需要知道材料的成分、結構和特徵，所以學系也有不少獨特的儀器，用作研發材料。」何頌賢透露，過去曾有不少業界向大學求助，希望透過大學的科研成品，為他們解決問題。

寄語「少空談，多實幹」

除了香港，不少國家或城市都以發展創科為目標，楊夢甦就寄語要「少空談，多實幹」，建議多做實事，提高效率，「大家在同一個起跑綫，就看那個跑得快！」

另外，跟大灣區合作也是新趨勢。楊夢甦指香港的背後，有整個國家的市場，提供大量勞動力和資源發展，這是本港的優勢，必須盡量發揮。

學生研食物安全 展望工業4.0

大學可說是培育創科人才的「工廠」，各院校透過不同計劃「加工」，鼓勵學生發揮創意，參與科研。城大2年前推出的創新創業計劃「HK Tech 300」，就吸引不少城大學生、校友及公眾參加，其中城大電機工程學系二年級學生李卓彬，2022年就跟三位校內和校外成員，利用區塊鏈技術，設計了名為「Food X」的計劃，推廣食品安全，該計劃更成功獲得10萬元種子基金，助同學把意念實踐。

Food X靈感源自新聞

李卓彬表示，他和組員設計「Food X」時，靈感來自坊間不時出現有關食物安全的新聞，「例如包裝雖然寫明食品來自日本，但實際上並非如此。」故他們試用區塊鏈技術，讓消費者在交易過程時，從透明且可信的渠道，取得食物來源、製作及運輸等資訊，以確保食物安全。

李卓彬指，香港正處於工業3.0的年代，即電子訊息化的時代，社會可更容易分享資訊，他認為本港作為國際金融中心，認為香港在這方面具實力和優勢，加上政府和大學推出不同的計劃，都有助發展科研，「如城大的『HK Tech 300』，就可讓一些大膽和創新的計劃，有機會實行。」

對於未來香港工業的發展，李卓彬認為會逐漸步向工業4.0的年代，即利用訊息化技術去促進產業改革，「例如傳統工廠變得自動化，相信屆時管理工廠會變得更有效率，也可減少成本。」

材料學團隊猛人多 首創4D打印陶瓷

香港城市大學近年積極推動科研，城大副校長（研究及科技）楊夢甦接受專訪時表示，根據美國專利局申請美國專利的世界大學排名中，城大連續6年成為香港第1；全世界的排名中，2023年則排第29。材料科學及工程學系副系主任及教授何頌賢則表示，該校有很多獨特的學科設計，可為創新工業培訓人才，該校2017年首創開辦的全港唯一「材料科學及工程學系」，就配備多種先進儀器及研發出多項新材料，包括以下四項：

1 原子探針APT

城大的原子探針APT技術，由城大工學院教授劉錦川帶領。有關技術與其他實驗室相比，能更快捷、便宜和有效率地產生數據，研究人員可利用探針，把材料上的原子逐粒逐粒提出，即使納米材料的原子也可以提出，以觀察其成分和位置等，對研發新材料是很有用。

2 穿透式電子顯微鏡

所有大學都有電子顯微鏡，而由城大材料科學及工程系講座教授陳福榮所使用的電子顯微鏡，則採用非常低的能量。過往的穿透式電子顯微鏡，只可以看硬性材料，例如金屬、半導體等，但如果看聚合物或納米材料，就有機會破壞材料。陳福榮教授使用的低能量電子顯微鏡，可逐粒逐粒看，對工業界的應用是非常有幫助。

3 4D打印陶瓷

3D打印技術已很普遍，但3D打印有很多限制，主要適用於聚合物，不可以打印金屬等材料，由城大機械工程學系和材料科學及工程學系講座教授呂堅帶領研發的4D陶瓷打印，屬全球首創。

利用4D陶瓷打印技術，對未來6G、甚至7G網絡等的發展都有幫助。因為基本上手機現時用的金屬殼，會把手機信號封閉了，但陶瓷在傳輸電磁信號方面，較金屬材料更優越，陶瓷的特性及其可塑成複雜形狀的能力，可製成手機背板，有助未來手機的發展。

4 鈣鈦礦太陽能電池

由城大李兆基講座教授（材料科學）任廣禹首創的高效能，且無毒素的鈣鈦礦太陽能電池，可用於大廈的玻璃幕牆，而且可以調顏色。傳統的太陽能電池，採用矽或稱硅，但效能不夠高；而鈣鈦礦是新材料，可塗抹在玻璃上面，製成太陽能電池板後，效能更加高。

香港城市大學副校長（研究及科技）楊夢甦表示，該校強調「教研合一」，希望培育更多創科人才。

香港城市大學科研團隊早前獲「產學研1+計劃」撥款資助，研製新型半導體晶片封裝材料，旨在解決三維積體電路（3DIC）半導體晶片封裝中的金屬化挑戰。

城大系統工程學系馮憲平帶領研究團隊，開發新材料以應對3DIC半導體晶片封裝中的金屬化挑戰。圖右起為鉑識科技研發經理牟凱鈺、城大研究助理張攸雪、鉑識科技研發經理袁牧鋒及行政總裁黃榆婷。（圖片來源：香港城市大學）

團隊將通過研製一系列可用於電鍍銅的專利化學添加劑，從而確保晶片堆疊之間的連接更快速及穩定，提高晶片效能，並計劃於2026年建立自動化智能生產線。隨着人工智能（AI）、高效能運算（HPC）及 5G通訊等新興技術迅速發展，業界對晶片效能及可靠性的要求也日漸提高。

由城大系統工程學系馮憲平領導的「化學添加劑優化電鍍銅在先進電子封裝和三維積體電路中的應用」，為第二批獲中華人民共和國香港特別行政區政府「產學研1+計劃」（RAISe+ Scheme）資助的項目。團隊將通過計劃加速科研成果的商業化、增加產業應用，助力香港在全球先進半導體供應鏈市場佔據重要席位。

三維積體電路與先進封裝技術的挑戰

現時的半導體產業之中，電晶體的數量是提升運算效能與表現的關鍵指標，但隨着市場對電晶體數量的追求不斷增加，晶片設計因而面對空間限制、耗能、散熱困難和訊號延誤等不同問題。

至於3DIC技術是通過垂直堆疊的方式來整合（封裝）多顆電晶體，克服傳統平面連接結構所帶來的限制，將積體電路的架構由二維（2D）轉化為三維（3D），從而提升半導體晶片的性能、減少功耗，並在相同面積上附載更多電晶體，提升運算能力。

此項技術的關鍵是利用「矽穿孔（TSV）」結構、重佈線層（RDL），及以「銅對銅（Cu-Cu）鍵合」的方式垂直地連接電晶體，這對促進各層之間的信號傳遞、電力分配也至為重要。然而，若要持續縮小線寬尺寸與間距，鍵合（bonding）溫度過高、銅表面氧化以及電遷移壽命等問題，仍然是下一代3DIC及先進封裝技術發展的重要挑戰。

3DIC先進封裝示意圖，展示銅對銅鍵合、重佈線層、矽／玻璃通孔等關鍵金屬互連結構。城大團隊致力開發可精準控制材料微結構的電鍍銅溶液，應對3DIC封裝技術的金屬化難題。（圖片來源：香港城市大學）

四項關鍵技術提升穩定性及效能

為解決上述難題，團隊專注於研究封裝材料的解決方案，包括開發多種電鍍銅物料，透過專利的化學添加劑精確控制銅層的微結構，以提升 3DIC、玻璃基板和先進晶片封裝的生產和效能。

針對2.5D及3DIC封裝技術中金屬互連的四項關鍵技術包括：

1. 亞穩態銅（MS-Cu）：透過納米晶粒銅結構，實現低溫的「銅對銅鍵合」方案，減少因高溫對溫度敏感元件帶來的傷害，並保持3D堆疊技術的穩定性。

2. 動態共價鍵塗層材料（DCB-coating）：可防止銅表面氧化，並易於在「銅對銅鍵合」前去除，以確保高質量和乾淨的鍵合界面。

3. 結構穩定銅（SS-Cu）：透過銅的複合微結構設計，可提高對表面腐蝕和電遷移（即電流引起原子移動，使物料形成空孔而導致裝置故障等問題）的抵抗力，確保高密度「重佈線層」的持續可靠性。

4. 納米粒子硫橋表面處理（NP-S）：為玻璃基板進行金屬化製程，可增強電鍍銅在玻璃通孔（TGV）上的附著力，令玻璃成為新一代高頻電子器件的基板材料。

未來三年，團隊將致力建立一條智能生產線，並將專用添加劑和化學物的產量提升至每月兩噸。

馮憲平說：「團隊的研究為3DIC封裝技術的『銅對銅鍵合』提供全新的解決方案，所開發的材料及塗層使電晶體的連接過程更清潔、快速和可靠，可取代現有的傳統及高溫製程。這項技術改變了敏感元件的堆疊和保護方式，有效提高3DIC技術在下一代先進半導體產業的應用潛力。」

城大系統工程學系馮憲平教授（左三）帶領的研究項目在日前獲批「產學研1+計劃」資助。（圖片來源：香港城市大學）

促進人才、專利及產業發展

團隊不但致力推動科研創新，亦計劃與本地和國際企業合作，擴大技術在人工智能、電訊、汽車及消費電子產品中的應用，同時將申請四至十項專利，以提高科研轉化落地的機會，對半導體產業和整體社會作出貢獻。

馮憲平補充說：「團隊一直專注於先進半導體封裝材料技術的研究。通過『產學研1+計劃』，我們不但希望可建立更多專利和提升生產能力，更期望藉以培育更多年輕科研人才，為本地及全球半導體市場提供具有競爭力的解決方案。」

另外，團隊在城大創新創業計劃「HK Tech 300」的支持下成立了初創企業「鉑識科技」（Doctech），並於 2023 年獲頒達 100 萬港元的天使基金投資。其初創旨在成為下一代半導體製造和封裝行業的電鍍化學品與技術供應商，將城大的科研技術轉化為具影響力的產品應用。