修遠(yuǎn)胡川：在Intel蓄力14載，要將IC制造和顯示面板打通
大河網(wǎng) 2017-08-28 10:43:44
芯片領(lǐng)域技術(shù)門檻很高，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能夠更深入的對話。
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)，向封測市場新生巨頭邁進(jìn)。
作者｜劉敏
采訪｜小豬
眾所周知，中國距離發(fā)達(dá)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(jī)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(shù)。與主流封測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。對此胡川卻說，“我們早已準(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，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年來唯一一個(gè)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(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、日本和臺灣申請了70多個(gè)專利(回國后胡川還申請了超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(jī)制已經(jīng)出現(xiàn)問題，“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，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)器的無縫連接。
芯片封測是一座“富礦”
17年的半導(dǎo)體職業(yè)生涯，胡川深刻目睹了中國在芯片市場高消費(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(fèi)1.2萬億人民幣用于購置進(jìn)口芯片，是花費(fèi)在原油進(jìn)口上的兩倍。
這不僅讓跨國公司卡住了中國諸多產(chǎn)業(yè)的咽喉，也使國家商業(yè)機(jī)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(jìn)的晶圓制造設(shè)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Xtecher，目前國內(nèi)最領(lǐng)先的中芯國際去年量產(chǎn)的28納米晶圓，跟國際領(lǐng)先工藝相比，存在三代差距。
相比晶圓制造技術(shù)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?duì)I收逾1500億，預(yù)期2017年增長將更強(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”三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，論營收，設(shè)計(jì)占20%，晶圓占60%，封測占20%。20多年發(fā)展，封測僅占整個(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(yù)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(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(jī)外，可穿戴設(shè)備和移動(dòng)無線設(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測試供應(yīng)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(dāng)時(shí)業(yè)界所震驚。4年后，臺積電一舉擠掉三星，獨(dú)食蘋果A10處理器上億訂單(iPhone7上的A10處理器和天線開關(guān)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(xiàng)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(jì)的基礎(chǔ)——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(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，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(shù)。
胡川告訴Xtecher，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，并被蘋果IPhone大量采購。
如何理解扇出封裝？其獨(dú)特優(yōu)勢又在哪？
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(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(gè)單一硅片，但臺積電也瞄準(zhǔn)了整合多芯片的技術(shù)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(yuǎn)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(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70寸液晶電視售價(jià)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(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)原型測試芯片。
目前修遠(yuǎn)的封裝制成能力略落后于臺積電，跟高通相當(dāng)。但臺積電方案應(yīng)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(yuǎn)近期目標(biāo)，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(huì)從幾十個(gè)器件開始，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期的計(jì)劃，包括開發(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，“第一要做別人看不到、想不到的；第二一定要對自己的項(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。”
不畏懼競爭
只要?jiǎng)?chuàng)業(yè)，幾乎所有創(chuàng)業(yè)者都必須考慮的一個(gè)問題是，巨頭會(huì)做嗎？目前整個(gè)封測行業(yè)正因臺積電的跨界進(jìn)入而戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢，胡川卻并不擔(dān)心。
“我歡迎它們加入競爭。”胡川認(rèn)為，大公司做新領(lǐng)域，基于其資源優(yōu)勢，會(huì)加快市場培育；大公司對產(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。
而臺積電雖占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢，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(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題。
在胡川看來，修遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)的專家都在國際頂尖的公司經(jīng)過很扎實(shí)的訓(xùn)練，眼界開闊。“這個(gè)公司的主要的自主知識產(chǎn)權(quán)在降低成本和擴(kuò)大應(yīng)用范圍上開始，在資源上的劣勢正是他們的創(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爭，主要爭奪封裝成本在1美元以上的產(chǎn)品市場。但修遠(yuǎn)的扇出工藝既可跟高端的WB(比如QFN等)和flipchip(倒裝)競爭，在中低端市場也有很強(qiáng)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(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，他沒有花費(fèi)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(dú)立或協(xié)助承擔(dān)過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(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)國際專利。郭躍進(jìn)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(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)識到這一點(diǎn)，開始探索如何采用更先進(jìn)的封裝來驅(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(yù)期，在封測市場，新技術(shù)的產(chǎn)生將會(huì)引發(fā)新一輪洗牌，未來或會(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，修遠(yuǎn)已經(jīng)拿到了一張入場券。
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