修遠電子在芯片封裝行業(yè)的發(fā)展前景如何

芯片領域技術門檻很高，千人專家胡川是少數(shù)貫穿學術界和工業(yè)界的人。他曾在Intel負責大學研究和最尖端科技的導入，多項發(fā)明被應用到Intel產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝中。他于2016年創(chuàng)立的修遠，是世界唯一一家齊聚Intel、摩托羅拉、英飛凌扇出封裝背景核心成員的公司。

在摩爾定律即告終結(jié)的時代，胡川希望將扇出封裝的應用擴大至手機、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等高性能計算以及與人體兼容的生物計算上，讓碳文明和硅文明在未來能夠更深入的對話。

修遠正一步步夯實自身技術實力，希望打通IC封裝和面板行業(yè)，向封測市場新生巨頭邁進。

眾所周知，中國距離發(fā)達國家有兩大門檻，一是汽車制造，一是芯片制造。

芯片是PC、手機等的“心臟”，我們每天都要接觸。但說起芯片封裝，能理解的人不多。

而胡川決定死磕的，是一種能廣泛用于制造從低端物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)到高端人工智能芯片的扇出封裝技術。與主流封測廠商基于晶圓尺寸做封裝不同，修遠基于面板尺寸做封裝，性價比更低。

目前全球與修遠目標基本一致的，只有三星——三星在2016年斥資16億人民幣將兩條顯示屏線改裝成IC線。對此胡川卻說，“我們早已準備就緒，并且廣度和深度將遠超行業(yè)想象。”

胡川留美多年，上世紀90年代末，他進入專門研究超前6～10年技術的Intel基礎材料研究所工作。該研究所是Intel最資深、最核心的技術研發(fā)部門，導入了從扇出到FINFET最核心的技術。員工百人左右，胡川一半的同事是斯坦福大學和麻省理工學院的博士，胡川本人是這個研究所成立近30年來唯一一個沒有綠卡和美國國籍招收的華裔博士，一干就是14年。

胡川在Intel，基本2年變換一個節(jié)奏，研究領域涉及熱傳導、電子封裝、可靠性能、納米材料和超紫外光刻等多個領域。發(fā)表論文30多篇，在美國、日本和臺灣申請了70多個專利(回國后胡川還申請了超30項專利)，約40個獲得授權(quán)批準，某些專利被引用超過300次。

2009年，胡川試圖說服Intel重新重視扇出封裝，卻發(fā)現(xiàn)其機制已經(jīng)出現(xiàn)問題，“不敢冒險，不夠創(chuàng)新，官僚風氣已經(jīng)冒頭。”他決定辭職自己做，“我從Intel帶走的唯一東西就是我的創(chuàng)造力。”

2014年6月，胡川回國，潛心2年準備扇出方向的IP，于2016年創(chuàng)辦修遠——一家專注研發(fā)手機、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計算和生物計算器件的電子封裝的技術創(chuàng)新公司，終極目標是實現(xiàn)人與機器的無縫連接。

芯片封測是一座“富礦”

17年的半導體職業(yè)生涯，胡川深刻目睹了中國在芯片市場高消費量和低技術研發(fā)實力之間的巨大反差。

中國芯片需求占全球市場份額的比重超四成。僅2016年1月到10月，中國共花費1.2萬億人民幣用于購置進口芯片，是花費在原油進口上的兩倍。

這不僅讓跨國公司卡住了中國諸多產(chǎn)業(yè)的咽喉，也使國家商業(yè)機密和國防信息存在被竊取的可能。芯片產(chǎn)業(yè)已成為中國輸不起的戰(zhàn)爭!

但受限于政治封鎖，中國無法購買到最先進的晶圓制造設備，自主研發(fā)投入巨大，成果也無法追評國際一流水平。胡川告訴記者，目前國內(nèi)最領先的中芯國際去年量產(chǎn)的28納米晶圓，跟國際領先工藝相比，存在三代差距。

相比晶圓制造技術門檻高，短期難有重大突破，芯片封裝既無政治封鎖，有望彎道超車，還是一座“富礦”。

2016年國內(nèi)封測行業(yè)迎來“黃金發(fā)展期”，年營收逾1500億，預期2017年增長將更強勁。

胡川表示，集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)鏈有“設計—制造—封測”三大關鍵環(huán)節(jié)，論營收，設計占20%，晶圓占60%，封測占20%。20多年發(fā)展，封測僅占整個IC產(chǎn)業(yè)的5%，非常不起眼。但隨著芯片多樣性和高性能計算興起，封測營收比將顯著提高——目前部分高端傳感器，其封裝成本已超50%。胡川預測，20年后，封測所創(chuàng)產(chǎn)值有望與晶圓制造持平——或各占40%。

望上游，全球晶圓制造巨頭爭相在中國建廠擴產(chǎn)，預計2017至2020年間，全球?qū)⑼懂a(chǎn)62座半導體晶圓廠，其中26座設于中國大陸，在建晶圓廠最終都需要封測廠配合。

看下游，物聯(lián)網(wǎng)、人工智能的浪潮愈發(fā)洶涌，除智能手機外，可穿戴設備和移動無線設備也在不斷興起。這些應用都需要更便宜、更小、更快、更可靠、更多功能的器件。封裝多樣性需求將更大，單價更低，封裝占器件的成本比例會更高。封測商業(yè)潛力將進一步釋放。

扇出封裝的“春天”

胡川希望全情投入的扇出封裝工藝，短短幾年，已經(jīng)演變?yōu)樾酒圃焐蹋庋b測試供應商，以及晶圓代工廠都在重金豪賭的未來，部分甚至押上了身家性命。

臺積電在2012年逆市布局扇出封裝，為當時業(yè)界所震驚。4年后，臺積電一舉擠掉三星，獨食蘋果A10處理器上億訂單(iPhone7上的A10處理器和天線開關模組使用了扇出封裝工藝)，在封測產(chǎn)業(yè)投下“重磅炸彈”。

蘋果和臺積電的聯(lián)手示范作用，讓扇出封裝這項沉寂多年、被視作小眾的“黑科技”，在2016年終于迎來“春天”，并一舉奠定了規(guī)模經(jīng)濟的基礎——在臺積電之外，各家專業(yè)封測廠包括新科金朋、艾克爾、硅品、日月光等，芯片制造巨頭三星、高通、Intel等，均已將扇出技術或者系出同源的內(nèi)埋載板技術納入先進制程藍圖中。

作為扇出封裝的源頭技術方，最開始，Intel卻并未真正了解其應用價值。

扇出封裝主要基于BBUL技術成果轉(zhuǎn)化而來，BBUL，一種芯片減薄工藝，是胡川在Intel的開山之作，是Intel未來幾年內(nèi)力推的處理器封裝技術。

胡川告訴記者，因研發(fā)成本巨大，Intel于2002年擱置了扇出進程，該技術卻并未走向沉寂。摩托羅拉利用其功能多樣性——多芯片、異質(zhì)芯片、傳感器、被動器件等一體化整合的可能，發(fā)明了扇出RCP(redistributed circuit package)技術用于高集成處理器的研發(fā)，同樣因成本問題于06年放棄。

英飛凌則在2007年研發(fā)出扇出EWLB(embedded waferlevel BGA)技術，用于降低芯片成本和系統(tǒng)成本，并成為最早量產(chǎn)的扇出工藝。2008年，基于扇出技術的扇出封裝開始逐漸量產(chǎn)，主要用于手機基帶芯片的單芯片封裝，并被蘋果IPhone大量采購。

扇出封裝獨特優(yōu)勢在哪

扇出封裝(Fan-Out Wafer Level Packaging，簡稱為FOWLP)是眾多系統(tǒng)封裝芯片技術中的一種，是封裝行業(yè)繼打線(WB)和倒裝(Flipchip)后的第三次革命。

其不僅能讓CPU尺寸更小，集成度更高，搭配更多新的整合技術，擁有500多個零器件的手機，未來完全有可能集成為一顆單一的芯片。高通今年6月發(fā)布的一款扇出RCP芯片，已成功將上百個有源和無源器件做到了一顆芯片里。臺積電的A10作為過渡的第一代，僅有一個單一硅片，但臺積電也瞄準了整合多芯片的技術方向。

國內(nèi)制造的第一片多層多器件多硅片扇出封裝測試芯片

打通IC封裝和面板行業(yè)

胡川將公司取名“修遠電子”，寓意要為中國集成電路發(fā)展事業(yè)上做長期艱辛的努力。

與海外企業(yè)相比，國內(nèi)企業(yè)在先進封裝領域仍存差距。

既不占優(yōu)，胡川還不走“尋常路”，他的“抱負”，是希望打通IC封裝和面板行業(yè)。

一臺70寸液晶電視售價1萬，其中面板成本約5000元，一顆小小的12寸晶圓，常規(guī)售價為2000美元。如果以面板尺寸封裝替代晶圓尺寸封裝，在成本控制和擴展兼容上會更具潛力。

胡川表示，三星研發(fā)方向與修遠一致，主攻面板尺寸扇出封裝(panel level fanout packaging)，三星預計今年10月會公布一些技術成果。修遠團隊也正努力量產(chǎn)原型測試芯片。

目前修遠的封裝制成能力略落后于臺積電，跟高通相當。但臺積電方案應用范圍較窄，對非Si器件集成比較困難。高通的工藝在多器件的兼容上則更為出色。修遠近期目標，是將現(xiàn)有的多顆硅片，傳感器和無源器件做在一顆芯片里，“大概會從幾十個器件開始，把手機部分器件集成，逐漸合并，最后變成一顆芯片。”

胡川還透露了一些更長期的計劃，包括開發(fā)比目前最快的人工智能芯片英偉達特斯拉P100中的GPU和DDR5帶寬高100倍的扇出方案。P100在單顆硅片上集成了150億個晶體管，預計下一代的晶體管數(shù)量將追趕人腦細胞數(shù)量。

修遠的產(chǎn)品及技術主要面向三大應用領域：一是5G芯片和物聯(lián)網(wǎng)芯片/系統(tǒng);二是高性能計算芯片，如人工智能、VR、數(shù)據(jù)中心;最后，胡川希望在10～20年，能夠生產(chǎn)出生物計算接口，真正把碳文明的有機體和硅文明的無機體打通。

為了這個略瘋狂的愿望，胡川現(xiàn)在很少有完全休息的一天，連續(xù)三年，他每天工作近16個小時。他說，“第一要做別人看不到、想不到的;第二一定要對自己的項目比別人還要苛刻，別人攻擊你或只為攻擊，你攻擊自己則是為了更完善。”

不畏懼競爭

只要創(chuàng)業(yè)，幾乎所有創(chuàng)業(yè)者都必須考慮的一個問題是，巨頭會做嗎?目前整個封測行業(yè)正因臺積電的跨界進入而戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢，胡川卻并不擔心。

“我歡迎它們加入競爭。”胡川認為，大公司做新領域，基于其資源優(yōu)勢，會加快市場培育;大公司對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、設備、材料研發(fā)的推力更大，上下游產(chǎn)業(yè)鏈反倒更易配合。

而臺積電雖占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢，但基于晶圓的封裝工藝價格高，產(chǎn)能低，破解困局的“鑰匙”還是要用面板尺寸來制造。

這啟示胡川，他們最大的對手往往不是巨頭，而是自己。在一個快速變化的行業(yè)，作為小的創(chuàng)新公司，如何保持領先地位，才是胡川需要考慮的主要問題。

在胡川看來，修遠團隊的專家都在國際頂尖的公司經(jīng)過很扎實的訓練，眼界開闊。“這個公司的主要的自主知識產(chǎn)權(quán)在降低成本和擴大應用范圍上開始，在資源上的劣勢正是他們的創(chuàng)新點和動力。”

其解釋，現(xiàn)有主流的扇出工藝是與倒裝工藝競爭，主要爭奪封裝成本在1美元以上的產(chǎn)品市場。但修遠的扇出工藝既可跟高端的WB(比如QFN等)和flipchip(倒裝)競爭，在中低端市場也有很強競爭力——3毛人民幣每顆的封裝就能確保有利潤，“我們在生產(chǎn)設備、材料選取、制造工藝、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，甚至良率保障上，都有布局。產(chǎn)品尺寸會更小，價錢更便宜，可靠性和性能更強，功能兼容更多樣。”

胡川還透露，他沒有花費太多力氣就說服了曾共事的國際專家加入：胡川從2001年起就是“扇出封裝”最早的研究人員之一，獨立或協(xié)助承擔過Intel多個超前6年以上的研發(fā)項目，擁有完整的從知識產(chǎn)權(quán)到量產(chǎn)制造的經(jīng)歷;CTO Edward Prack博士曾是摩托羅拉董事長親自領銜的技術委員會成員之一，是RCP扇出封裝的原創(chuàng)發(fā)明人之一，在摩托羅拉和Intel各工作15年，擁有19項美國專利;劉俊軍博士是當年湖北的理科狀元，是胡川本科、博士期間的同學，在制程設備和工藝、低介電常數(shù)絕緣材料方面經(jīng)驗豐富，有20多項國際專利。郭躍進博士和傅則鐘博士(兼職)夫婦是改革開放后，加州理工最早一批博士，在Intel擔任制造和品質(zhì)方面的高管20多年。

從業(yè)多年，胡川一直在不斷打破自己的邊界。而他所處的半導體行業(yè)，由于CPU架構(gòu)障礙，處理器成倍增加的晶體管數(shù)量并不能轉(zhuǎn)化為成倍增長的性能，摩爾定律或許將會在某一天失去作用。

早在Intel時，胡川就認識到這一點，開始探索如何采用更先進的封裝來驅(qū)動后摩爾定律時代。因為封裝(尤其是系統(tǒng)封裝比如扇出)能帶來多樣性，集成處理器和存儲器，數(shù)碼和模擬信號等等。很多人預期，在封測市場，新技術的產(chǎn)生將會引發(fā)新一輪洗牌，未來或會誕生一個類似Intel的巨頭。這個巨頭不一定是修遠，但至少在封裝的角斗場，修遠已經(jīng)拿到了一張入場券。