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[導(dǎo)讀]芯片領(lǐng)域技術(shù)門(mén)檻很高,千人專家胡川是少數(shù)貫穿學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的人。他曾在Intel負(fù)責(zé)大學(xué)研究和最尖端科技的導(dǎo)入,多項(xiàng)發(fā)明被應(yīng)用到Intel產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝中。他于2016年創(chuàng)立的修遠(yuǎn),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。

芯片領(lǐng)域技術(shù)門(mén)檻很高,千人專家胡川是少數(shù)貫穿學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的人。他曾在Intel負(fù)責(zé)大學(xué)研究和最尖端科技的導(dǎo)入,多項(xiàng)發(fā)明被應(yīng)用到Intel產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝中。他于2016年創(chuàng)立的修遠(yuǎn),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(shí)代,胡川希望將扇出封裝的應(yīng)用擴(kuò)大至手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等高性能計(jì)算以及與人體兼容的生物計(jì)算上,讓碳文明和硅文明在未來(lái)能夠更深入的對(duì)話。

修遠(yuǎn)正一步步夯實(shí)自身技術(shù)實(shí)力,希望打通IC封裝和面板行業(yè),向封測(cè)市場(chǎng)新生巨頭邁進(jìn)。

眾所周知,中國(guó)距離發(fā)達(dá)國(guó)家有兩大門(mén)檻,一是汽車制造,一是芯片制造。

芯片是PC、手機(jī)等的“心臟”,我們每天都要接觸。但說(shuō)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(shù)。與主流封測(cè)廠商基于晶圓尺寸做封裝不同,修遠(yuǎn)基于面板尺寸做封裝,性價(jià)比更低。

目前全球與修遠(yuǎn)目標(biāo)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(duì)此胡川卻說(shuō),“我們?cè)缫褱?zhǔn)備就緒,并且廣度和深度將遠(yuǎn)超行業(yè)想象。”

胡川留美多年,上世紀(jì)90年代末,他進(jìn)入專門(mén)研究超前6~10年技術(shù)的Intel基礎(chǔ)材料研究所工作。該研究所是Intel最資深、最核心的技術(shù)研發(fā)部門(mén),導(dǎo)入了從扇出到FINFET最核心的技術(shù)。員工百人左右,胡川一半的同事是斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院的博士,胡川本人是這個(gè)研究所成立近30年來(lái)唯一一個(gè)沒(méi)有綠卡和美國(guó)國(guó)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(gè)節(jié)奏,研究領(lǐng)域涉及熱傳導(dǎo)、電子封裝、可靠性能、納米材料和超紫外光刻等多個(gè)領(lǐng)域。發(fā)表論文30多篇,在美國(guó)、日本和臺(tái)灣申請(qǐng)了70多個(gè)專利(回國(guó)后胡川還申請(qǐng)了超30項(xiàng)專利),約40個(gè)獲得授權(quán)批準(zhǔn),某些專利被引用超過(guò)300次。

2009年,胡川試圖說(shuō)服Intel重新重視扇出封裝,卻發(fā)現(xiàn)其機(jī)制已經(jīng)出現(xiàn)問(wèn)題,“不敢冒險(xiǎn),不夠創(chuàng)新,官僚風(fēng)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(guó),潛心2年準(zhǔn)備扇出方向的IP,于2016年創(chuàng)辦修遠(yuǎn)——一家專注研發(fā)手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算和生物計(jì)算器件的電子封裝的技術(shù)創(chuàng)新公司,終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器的無(wú)縫連接。

芯片封測(cè)是一座“富礦”

17年的半導(dǎo)體職業(yè)生涯,胡川深刻目睹了中國(guó)在芯片市場(chǎng)高消費(fèi)量和低技術(shù)研發(fā)實(shí)力之間的巨大反差。

中國(guó)芯片需求占全球市場(chǎng)份額的比重超四成。僅2016年1月到10月,中國(guó)共花費(fèi)1.2萬(wàn)億人民幣用于購(gòu)置進(jìn)口芯片,是花費(fèi)在原油進(jìn)口上的兩倍。

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

但受限于政治封鎖,中國(guó)無(wú)法購(gòu)買(mǎi)到最先進(jìn)的晶圓制造設(shè)備,自主研發(fā)投入巨大,成果也無(wú)法追評(píng)國(guó)際一流水平。胡川告訴記者,目前國(guó)內(nèi)最領(lǐng)先的中芯國(guó)際去年量產(chǎn)的28納米晶圓,跟國(guó)際領(lǐng)先工藝相比,存在三代差距。

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

2016年國(guó)內(nèi)封測(cè)行業(yè)迎來(lái)“黃金發(fā)展期”,年?duì)I收逾1500億,預(yù)期2017年增長(zhǎng)將更強(qiáng)勁。

胡川表示,集成電路(IC)產(chǎn)業(yè)鏈有“設(shè)計(jì)—制造—封測(cè)”三大關(guān)鍵環(huán)節(jié),論營(yíng)收,設(shè)計(jì)占20%,晶圓占60%,封測(cè)占20%。20多年發(fā)展,封測(cè)僅占整個(gè)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(jì)算興起,封測(cè)營(yíng)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(yù)測(cè),20年后,封測(cè)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(zhēng)相在中國(guó)建廠擴(kuò)產(chǎn),預(yù)計(jì)2017至2020年間,全球?qū)⑼懂a(chǎn)62座半導(dǎo)體晶圓廠,其中26座設(shè)于中國(guó)大陸,在建晶圓廠最終都需要封測(cè)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(jī)外,可穿戴設(shè)備和移動(dòng)無(wú)線設(shè)備也在不斷興起。這些應(yīng)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(jià)更低,封裝占器件的成本比例會(huì)更高。封測(cè)商業(yè)潛力將進(jìn)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(cè)試供應(yīng)商,以及晶圓代工廠都在重金豪賭的未來(lái),部分甚至押上了身家性命。

臺(tái)積電在2012年逆市布局扇出封裝,為當(dāng)時(shí)業(yè)界所震驚。4年后,臺(tái)積電一舉擠掉三星,獨(dú)食蘋(píng)果A10處理器上億訂單(iPhone7上的A10處理器和天線開(kāi)關(guān)模組使用了扇出封裝工藝),在封測(cè)產(chǎn)業(yè)投下“重磅炸彈”。

蘋(píng)果和臺(tái)積電的聯(lián)手示范作用,讓扇出封裝這項(xiàng)沉寂多年、被視作小眾的“黑科技”,在2016年終于迎來(lái)“春天”,并一舉奠定了規(guī)模經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)——在臺(tái)積電之外,各家專業(yè)封測(cè)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(shù)或者系出同源的內(nèi)埋載板技術(shù)納入先進(jìn)制程藍(lán)圖中。

作為扇出封裝的源頭技術(shù)方,最開(kāi)始,Intel卻并未真正了解其應(yīng)用價(jià)值。

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

胡川告訴記者,因研發(fā)成本巨大,Intel于2002年擱置了扇出進(jìn)程,該技術(shù)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(dòng)器件等一體化整合的可能,發(fā)明了扇出RCP(redistributed circuit package)技術(shù)用于高集成處理器的研發(fā),同樣因成本問(wèn)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(shù),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(shù)的扇出封裝開(kāi)始逐漸量產(chǎn),主要用于手機(jī)基帶芯片的單芯片封裝,并被蘋(píng)果IPhone大量采購(gòu)。

扇出封裝獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在哪

扇出封裝(Fan-Out Wafer Level Packaging,簡(jiǎn)稱為FOWLP)是眾多系統(tǒng)封裝芯片技術(shù)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(shù),擁有500多個(gè)零器件的手機(jī),未來(lái)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(gè)有源和無(wú)源器件做到了一顆芯片里。臺(tái)積電的A10作為過(guò)渡的第一代,僅有一個(gè)單一硅片,但臺(tái)積電也瞄準(zhǔn)了整合多芯片的技術(shù)方向。

 

國(guó)內(nèi)制造的第一片多層多器件多硅片扇出封裝測(cè)試芯片

打通IC封裝和面板行業(yè)

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

與海外企業(yè)相比,國(guó)內(nèi)企業(yè)在先進(jìn)封裝領(lǐng)域仍存差距。

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

一臺(tái)70寸液晶電視售價(jià)1萬(wàn),其中面板成本約5000元,一顆小小的12寸晶圓,常規(guī)售價(jià)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(kuò)展兼容上會(huì)更具潛力。

胡川表示,三星研發(fā)方向與修遠(yuǎn)一致,主攻面板尺寸扇出封裝(panel level fanout packaging),三星預(yù)計(jì)今年10月會(huì)公布一些技術(shù)成果。修遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)也正努力量產(chǎn)原型測(cè)試芯片。

目前修遠(yuǎn)的封裝制成能力略落后于臺(tái)積電,跟高通相當(dāng)。但臺(tái)積電方案應(yīng)用范圍較窄,對(duì)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(yuǎn)近期目標(biāo),是將現(xiàn)有的多顆硅片,傳感器和無(wú)源器件做在一顆芯片里,“大概會(huì)從幾十個(gè)器件開(kāi)始,把手機(jī)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(zhǎng)期的計(jì)劃,包括開(kāi)發(fā)比目前最快的人工智能芯片英偉達(dá)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(gè)晶體管,預(yù)計(jì)下一代的晶體管數(shù)量將追趕人腦細(xì)胞數(shù)量。

修遠(yuǎn)的產(chǎn)品及技術(shù)主要面向三大應(yīng)用領(lǐng)域:一是5G芯片和物聯(lián)網(wǎng)芯片/系統(tǒng);二是高性能計(jì)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(jì)算接口,真正把碳文明的有機(jī)體和硅文明的無(wú)機(jī)體打通。

為了這個(gè)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(gè)小時(shí)。他說(shuō),“第一要做別人看不到、想不到的;第二一定要對(duì)自己的項(xiàng)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(jìng)爭(zhēng)

只要?jiǎng)?chuàng)業(yè),幾乎所有創(chuàng)業(yè)者都必須考慮的一個(gè)問(wèn)題是,巨頭會(huì)做嗎?目前整個(gè)封測(cè)行業(yè)正因臺(tái)積電的跨界進(jìn)入而戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢,胡川卻并不擔(dān)心。

“我歡迎它們加入競(jìng)爭(zhēng)。”胡川認(rèn)為,大公司做新領(lǐng)域,基于其資源優(yōu)勢(shì),會(huì)加快市場(chǎng)培育;大公司對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、設(shè)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(tái)積電雖占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì),但基于晶圓的封裝工藝價(jià)格高,產(chǎn)能低,破解困局的“鑰匙”還是要用面板尺寸來(lái)制造。

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

在胡川看來(lái),修遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)的專家都在國(guó)際頂尖的公司經(jīng)過(guò)很扎實(shí)的訓(xùn)練,眼界開(kāi)闊。“這個(gè)公司的主要的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)在降低成本和擴(kuò)大應(yīng)用范圍上開(kāi)始,在資源上的劣勢(shì)正是他們的創(chuàng)新點(diǎn)和動(dòng)力。”

其解釋,現(xiàn)有主流的扇出工藝是與倒裝工藝競(jìng)爭(zhēng),主要爭(zhēng)奪封裝成本在1美元以上的產(chǎn)品市場(chǎng)。但修遠(yuǎn)的扇出工藝既可跟高端的WB(比如QFN等)和flipchip(倒裝)競(jìng)爭(zhēng),在中低端市場(chǎng)也有很強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力——3毛人民幣每顆的封裝就能確保有利潤(rùn),“我們?cè)谏a(chǎn)設(shè)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(huì)更小,價(jià)錢(qián)更便宜,可靠性和性能更強(qiáng),功能兼容更多樣。”

胡川還透露,他沒(méi)有花費(fèi)太多力氣就說(shuō)服了曾共事的國(guó)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(dú)立或協(xié)助承擔(dān)過(guò)Intel多個(gè)超前6年以上的研發(fā)項(xiàng)目,擁有完整的從知識(shí)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(zhǎng)親自領(lǐng)銜的技術(shù)委員會(huì)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(xiàng)美國(guó)專利;劉俊軍博士是當(dāng)年湖北的理科狀元,是胡川本科、博士期間的同學(xué),在制程設(shè)備和工藝、低介電常數(shù)絕緣材料方面經(jīng)驗(yàn)豐富,有20多項(xiàng)國(guó)際專利。郭躍進(jìn)博士和傅則鐘博士(兼職)夫婦是改革開(kāi)放后,加州理工最早一批博士,在Intel擔(dān)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(dǎo)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(zhǎng)的性能,摩爾定律或許將會(huì)在某一天失去作用。

早在Intel時(shí),胡川就認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn),開(kāi)始探索如何采用更先進(jìn)的封裝來(lái)驅(qū)動(dòng)后摩爾定律時(shí)代。因?yàn)榉庋b(尤其是系統(tǒng)封裝比如扇出)能帶來(lái)多樣性,集成處理器和存儲(chǔ)器,數(shù)碼和模擬信號(hào)等等。很多人預(yù)期,在封測(cè)市場(chǎng),新技術(shù)的產(chǎn)生將會(huì)引發(fā)新一輪洗牌,未來(lái)或會(huì)誕生一個(gè)類似Intel的巨頭。這個(gè)巨頭不一定是修遠(yuǎn),但至少在封裝的角斗場(chǎng),修遠(yuǎn)已經(jīng)拿到了一張入場(chǎng)券。

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