“摩爾定律已經(jīng)茍延殘喘，只剩5-6年的壽命。”

　　臺(tái)灣半導(dǎo)體之父、臺(tái)積電董事長(zhǎng)張忠謀早在2014年就發(fā)表演說(shuō)，認(rèn)為這條被半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界在50年歷史中奉為圭臬的理論即將失效。

　　6年過(guò)去，在2020年，有更多的人認(rèn)同這樣的觀點(diǎn)。普通人最能體會(huì)到的就是，電子消費(fèi)產(chǎn)品廠商近年來(lái)頻被吐槽的“擠牙膏”行為。

　　新的iPhone12手機(jī)在今年10月發(fā)布，但是蘋果連續(xù)幾代產(chǎn)品都沒(méi)有太大的變化，無(wú)非就是處理能力快一點(diǎn)，屏幕大一點(diǎn)，用戶對(duì)這樣的變化已經(jīng)無(wú)感；計(jì)算機(jī)方面，就連發(fā)明摩爾定律的英特爾自己都難以支撐更先進(jìn)的制程，7nm芯片一再難產(chǎn)，連續(xù)幾年跳票。

　　如果摩爾定律發(fā)展停滯，對(duì)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打擊是巨大的。基于晶體管尺寸微縮的產(chǎn)業(yè)引擎熄火以后，整個(gè)行業(yè)的生態(tài)會(huì)變得和現(xiàn)在完全不同，徹底成為堆積資金、產(chǎn)能和成本的競(jìng)賽。誰(shuí)的良率最高、成本最低，誰(shuí)就能拿下最多的訂單，同質(zhì)化的制造技術(shù)將壓縮利潤(rùn)空間。

　　作為國(guó)內(nèi)集成電路封裝行業(yè)領(lǐng)軍人物之一，廈門云天半導(dǎo)體科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“云天半導(dǎo)體”）總經(jīng)理于大全認(rèn)為，先進(jìn)封裝將是撬動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)繼續(xù)向前的重要杠桿。

　　于大全博士長(zhǎng)期從事先進(jìn)封裝技術(shù)研究，陸續(xù)承擔(dān)了國(guó)家科技重大專項(xiàng)02專項(xiàng)項(xiàng)目和多個(gè)國(guó)家級(jí)課題，先后入選中科院“百人計(jì)劃”、江蘇省雙創(chuàng)人才和廈門市雙百人才。

　　“芯片制造技術(shù)追趕國(guó)際先進(jìn)水平和先進(jìn)封裝與集成技術(shù)趕超國(guó)際先進(jìn)水平，是當(dāng)前我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然路徑。”于大全博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，也正在這一思路下進(jìn)行先進(jìn)封裝與集成技術(shù)的探索。

　　01超越摩爾定律的天花板

　　1965年，由英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出，當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍，這也被稱為摩爾定律。

　　這不是一條物理定律，而是一個(gè)早期通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)的行業(yè)發(fā)展規(guī)律，后來(lái)由人為力量堅(jiān)強(qiáng)推動(dòng)的產(chǎn)業(yè)進(jìn)步周期。摩爾定律的發(fā)展，反映了集成電路產(chǎn)業(yè)從無(wú)到有、到支撐起今天整個(gè)信息科技的大廈的過(guò)程。

　　問(wèn)世50年后，人們有理由懷疑，摩爾定律是否快走到頭了？半導(dǎo)體工藝制造技術(shù)水平在以令人目眩的速度提高，晶體管的幾何尺寸不可能無(wú)限制的縮小下去，總有一天會(huì)達(dá)到極限。從成本角度看，從14納米節(jié)點(diǎn)后，單個(gè)晶體管的制造價(jià)格已經(jīng)開(kāi)始變高。

　　其制約因素，一是技術(shù)：一般認(rèn)為，器件尺寸做到5納米以下時(shí)，溝道中的載流子行為將要用量子力學(xué)的理論來(lái)解釋，經(jīng)典物理學(xué)的半導(dǎo)體器件理論將失效。實(shí)際上集成電路的發(fā)展速度已經(jīng)放緩，面對(duì)越發(fā)微小的納米工藝，制造業(yè)正在面臨物理上的瓶頸。

　　二是經(jīng)濟(jì)：建設(shè)晶圓廠砸錢堪稱瘋狂，2000年前后，計(jì)劃回國(guó)的張汝京博士帶了14億美元到上海創(chuàng)建中芯國(guó)際，但是根本不夠，僅一條晶圓產(chǎn)線就需要10億美元。而現(xiàn)在，一條高端的晶圓產(chǎn)線，沒(méi)有上百億美元下不來(lái)，臺(tái)積電的3納米產(chǎn)線至少需要150億美元。

　　由于花不起這筆錢，十多年來(lái)不僅沒(méi)有出現(xiàn)新的競(jìng)爭(zhēng)玩家，而且越來(lái)越多的參與者從先進(jìn)制程中“出局”。目前，7nm及以下先進(jìn)制程的玩家，僅剩行業(yè)龍頭臺(tái)積電、三星、英特爾等，以及處于技術(shù)追趕中的中芯國(guó)際。

　　摩爾定律的未來(lái)在哪里？中科院王曦院士在內(nèi)的很多專家學(xué)者提出“超越摩爾定律”概念，意指非數(shù)字、多元化半導(dǎo)體技術(shù)與產(chǎn)品，可以在成熟的工藝生產(chǎn)線上研發(fā)，無(wú)需遵循摩爾定律，在工藝尺寸上越做越小。

　　同樣在張忠謀指出摩爾定律將亡的那場(chǎng)題為Next Big Thing的演講中，關(guān)于什么是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的Next Big Thing？他點(diǎn)名是物聯(lián)網(wǎng)，并認(rèn)為臺(tái)灣企業(yè)要抓住這波商機(jī)，首要掌握的就是系統(tǒng)級(jí)封裝等關(guān)鍵技術(shù)。

　　張忠謀表示，透過(guò)系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)，讓一顆晶片能夠整合更多功能，也更省空間，并且不需要很先進(jìn)的制程。

　　“隨著摩爾定律的放緩，需要通過(guò)先進(jìn)封裝和系統(tǒng)集成，去解決電子產(chǎn)品的性價(jià)比、性能改善、多功能化等問(wèn)題。”于大全博士也指出，近年來(lái)，先進(jìn)封裝技術(shù)在半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來(lái)越大。

　　知名咨詢機(jī)構(gòu)Yole預(yù)計(jì)，2018—2024年，先進(jìn)封裝市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率為8%，預(yù)計(jì)在2024年達(dá)到440億美元左右，而同一時(shí)期，傳統(tǒng)封裝市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率僅為2.4%。為搶占技術(shù)高地，全球主要封測(cè)廠、晶圓廠、IDM都在加緊布局先進(jìn)封裝。

　　市場(chǎng)需求的帶動(dòng)下，越來(lái)越多超越傳統(tǒng)封裝理念的先進(jìn)封裝技術(shù)被提出，系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）、晶圓級(jí)封裝（WLP）、2.5D/3D封裝、Chiplet集成等的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

　　“半導(dǎo)體頭部企業(yè)發(fā)展重點(diǎn)，逐漸從過(guò)去著力于晶圓制造工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)，轉(zhuǎn)向芯片構(gòu)架重構(gòu)和系統(tǒng)封裝集成創(chuàng)新。”于大全博士表示，進(jìn)入“超越摩爾”時(shí)代，先進(jìn)封裝集成技術(shù)開(kāi)始扮演愈加重要的角色，基于前道技術(shù)能力的“前道封裝”開(kāi)始在高端器件上顯現(xiàn)。

　　02納須彌于芥子的奧妙

　　在電子產(chǎn)業(yè)鏈中，封裝環(huán)節(jié)常常被人忽視，但卻一直默默地發(fā)揮著關(guān)鍵作用，沒(méi)有它芯片就無(wú)從與外界高效連接、溝通。

　　隨著集成電路的飛速發(fā)展，封裝已不僅僅是把制作好的芯片打包加個(gè)“外殼”那么簡(jiǎn)單，而是涉及到一整套完整流程，從芯片設(shè)計(jì)之初，就要考慮封裝方案，越來(lái)越多的芯片級(jí)封裝，特別是三維高密度封裝，涉及到一系列晶圓級(jí)工藝、高密度硅基、有機(jī)基板制造、三維互連、復(fù)雜可靠性和失效分析測(cè)試、散熱解決方案等等，都是技術(shù)含量滿滿。

　　“5G商用時(shí)代迅速到來(lái)，5G領(lǐng)域高速、高頻的技術(shù)特點(diǎn)，以及多種器件異質(zhì)集成的運(yùn)用要求，需要多種先進(jìn)封裝技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展和綜合運(yùn)用。”于大全博士指出，以云天半導(dǎo)體的重點(diǎn)產(chǎn)品射頻前端封裝為例，5G智能終端對(duì)射頻前端器件的需求相比4G產(chǎn)品成倍增長(zhǎng)，大量增長(zhǎng)的射頻器件對(duì)更小尺寸的先進(jìn)封裝和系統(tǒng)集成需求強(qiáng)烈。

　　射頻前端是終端通信的核心組成器件，具體包括濾波器、LNA（低噪聲放大器，Low Noise Amplifier）、PA（功率放大器，PowerAmplifier）、開(kāi)關(guān)、天線調(diào)諧。中金公司在研報(bào)中預(yù)計(jì)，2020年全球5G手機(jī)銷量或?qū)⑦_(dá)2.5億臺(tái)，并且5G對(duì)消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)鏈最大的增量就是是射頻前端等通信元器件，射頻前端市場(chǎng)存在較大增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。

　　一直以來(lái)，云天半導(dǎo)體密切關(guān)注5G市場(chǎng)應(yīng)用，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了多種先進(jìn)封裝及系統(tǒng)集成技術(shù)，技術(shù)覆蓋了從濾波器等射頻前端器件三維封裝，玻璃通孔技術(shù)、三維無(wú)源器件技術(shù)，以及面向毫米波芯片的扇出集成技術(shù)和AiP系統(tǒng)集成方案。

　　據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，云天半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)在玻璃通孔（TGV）技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展了多年研發(fā)，探索可規(guī)模化量產(chǎn)技術(shù)。近兩年，成功開(kāi)發(fā)先進(jìn)激光加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低成本、高效率的玻璃通孔制備，并實(shí)現(xiàn)深寬比為10:1的玻璃通孔量產(chǎn)，且具備較好的形貌。云天半導(dǎo)體是目前全球率先建立低成本高密度TGV技術(shù)量產(chǎn)能力的企業(yè)，處于業(yè)界領(lǐng)先地位。

　　既有巨大的市場(chǎng)需求刺激，又是需要儲(chǔ)備的先進(jìn)制造技術(shù)，在雙重因素驅(qū)動(dòng)下，2020年10月，云天半導(dǎo)體獲得過(guò)億元A輪融資。本輪由國(guó)投創(chuàng)業(yè)領(lǐng)投，浙江銀杏谷資本、西安天利投資、新潮科技參與投資，資金將用于云天一期工廠產(chǎn)能擴(kuò)產(chǎn)及二期工廠啟動(dòng)資金。

　　“目前我們已經(jīng)構(gòu)建了面向5G應(yīng)用的國(guó)內(nèi)稀缺的4/6寸晶圓級(jí)三維封裝平臺(tái)，二期工廠投產(chǎn)后公司將具備從4寸到12寸晶圓級(jí)封測(cè)及系統(tǒng)集成能力，滿足不同射頻器件產(chǎn)品需求，并且提升產(chǎn)能至2萬(wàn)片/月，滿足客戶爆發(fā)需求。”于大全博士希望，云天半導(dǎo)體通過(guò)資金技術(shù)投入和科研量產(chǎn)合作，有力地支持我國(guó)射頻器件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

　　03重構(gòu)價(jià)值鏈擺脫“紅皇后”

　　“只有不停地奔跑，才能呆在原地不動(dòng)。”《愛(ài)麗絲夢(mèng)游仙境》中，紅皇后對(duì)愛(ài)麗絲這樣說(shuō)，“如果你想去別的地方，必須跑得比現(xiàn)在快一倍！”

　　這是管理學(xué)界所說(shuō)的“紅皇后效應(yīng)”。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈全球化的同時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)也在全球化，但是不管有多拼命，相對(duì)位置似乎變動(dòng)不大。

　　曾經(jīng)國(guó)內(nèi)的LED芯片產(chǎn)業(yè)雖然有巨大的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，但是由于創(chuàng)新規(guī)模沒(méi)有跟上，過(guò)剩的中低端產(chǎn)能、持續(xù)下滑的價(jià)格等陰云一直籠罩在廠商的心頭。高工產(chǎn)研LED研究所（GGII）研究顯示，2019年LED芯片產(chǎn)能過(guò)剩嚴(yán)重，稼動(dòng)率過(guò)低，部分企業(yè)去庫(kù)存殺價(jià)，價(jià)格跌去30-50%，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年LED產(chǎn)業(yè)鏈將進(jìn)入低速增長(zhǎng)期。

　　我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，但是企業(yè)的獲利能力并沒(méi)有明顯提升，根源就在于企業(yè)的創(chuàng)新能力。在摩爾定律放緩的背景下，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)更需要警惕避免陷入像光伏、面板、LED芯片等產(chǎn)業(yè)一樣的困境。

　　“雖然在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，封測(cè)已經(jīng)是我國(guó)最成熟的細(xì)分領(lǐng)域之一，全球市場(chǎng)占比已經(jīng)達(dá)到28%，但在中高端市場(chǎng)，我國(guó)封裝企業(yè)的話語(yǔ)權(quán)仍然有待提升。”于大全博士認(rèn)為，接下來(lái)需要持續(xù)攻關(guān)，掌握先進(jìn)封裝技術(shù)，做好人才儲(chǔ)備、完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)，并提升市場(chǎng)響應(yīng)能力。

　　從科研院所“換道”企業(yè)，親身參與產(chǎn)學(xué)研實(shí)踐，于大全博士對(duì)于科技如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，從個(gè)人經(jīng)歷中感悟到更深入的體會(huì)：“目前，集成電路產(chǎn)業(yè)無(wú)論從哪一個(gè)方向講，都進(jìn)入到了創(chuàng)新深水區(qū)。創(chuàng)新成本越來(lái)越高，投入將越來(lái)越大。要降低創(chuàng)新成本，就要進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新，探索科研院所與企業(yè)的深入合作，使科研的方向與成果契合產(chǎn)業(yè)需求，從而提高全社會(huì)的創(chuàng)新效率，進(jìn)一步解決創(chuàng)新的成本問(wèn)題。”

　　在5G產(chǎn)業(yè)的實(shí)現(xiàn)路徑上，于大全博士認(rèn)為，我國(guó)大部分半導(dǎo)體廠商都還不具備IDM（全流程一體化的制造商）的真正競(jìng)爭(zhēng)力，虛擬IDM模式更為合理與有潛力，合作起來(lái)能更快速地?cái)D進(jìn)市場(chǎng)。本次云天半導(dǎo)體接受融資，也有助于上下游的戰(zhàn)略互通不斷深入，承接半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵一環(huán)。

　　業(yè)界目前也有類似觀點(diǎn)存在，方正證券研報(bào)認(rèn)為，在大國(guó)博弈長(zhǎng)期存在的背景下，半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)替代勢(shì)在必行，中游制造+下游封測(cè)的虛擬IDM模式逐漸成形，成為大陸半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的基石。
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