“摩爾定律已經茍延殘喘，只剩5-6年的壽命。”

　　臺灣半導體之父、臺積電董事長張忠謀早在2014年就發(fā)表演說，認為這條被半導體產業(yè)界在50年歷史中奉為圭臬的理論即將失效。

　　6年過去，在2020年，有更多的人認同這樣的觀點。普通人最能體會到的就是，電子消費產品廠商近年來頻被吐槽的“擠牙膏”行為。

　　新的iPhone12手機在今年10月發(fā)布，但是蘋果連續(xù)幾代產品都沒有太大的變化，無非就是處理能力快一點，屏幕大一點，用戶對這樣的變化已經無感；計算機方面，就連發(fā)明摩爾定律的英特爾自己都難以支撐更先進的制程，7nm芯片一再難產，連續(xù)幾年跳票。

　　如果摩爾定律發(fā)展停滯，對于半導體產業(yè)的發(fā)展打擊是巨大的。基于晶體管尺寸微縮的產業(yè)引擎熄火以后，整個行業(yè)的生態(tài)會變得和現(xiàn)在完全不同，徹底成為堆積資金、產能和成本的競賽。誰的良率最高、成本最低，誰就能拿下最多的訂單，同質化的制造技術將壓縮利潤空間。

　　作為國內集成電路封裝行業(yè)領軍人物之一，廈門云天半導體科技有限公司（以下簡稱“云天半導體”）總經理于大全認為，先進封裝將是撬動半導體產業(yè)繼續(xù)向前的重要杠桿。

　　于大全博士長期從事先進封裝技術研究，陸續(xù)承擔了國家科技重大專項02專項項目和多個國家級課題，先后入選中科院“百人計劃”、江蘇省雙創(chuàng)人才和廈門市雙百人才。

　　“芯片制造技術追趕國際先進水平和先進封裝與集成技術趕超國際先進水平，是當前我國半導體產業(yè)發(fā)展的必然路徑?！庇诖笕┦款I導的團隊，也正在這一思路下進行先進封裝與集成技術的探索。

　　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，當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個月便會增加一倍，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，而是一個早期通過觀察發(fā)現(xiàn)的行業(yè)發(fā)展規(guī)律，后來由人為力量堅強推動的產業(yè)進步周期。摩爾定律的發(fā)展，反映了集成電路產業(yè)從無到有、到支撐起今天整個信息科技的大廈的過程。

　　問世50年后，人們有理由懷疑，摩爾定律是否快走到頭了？半導體工藝制造技術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限制的縮小下去，總有一天會達到極限。從成本角度看，從14納米節(jié)點后，單個晶體管的制造價格已經開始變高。

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

　　二是經濟：建設晶圓廠砸錢堪稱瘋狂，2000年前后，計劃回國的張汝京博士帶了14億美元到上海創(chuàng)建中芯國際，但是根本不夠，僅一條晶圓產線就需要10億美元。而現(xiàn)在，一條高端的晶圓產線，沒有上百億美元下不來，臺積電的3納米產線至少需要150億美元。

　　由于花不起這筆錢，十多年來不僅沒有出現(xiàn)新的競爭玩家，而且越來越多的參與者從先進制程中“出局”。目前，7nm及以下先進制程的玩家，僅剩行業(yè)龍頭臺積電、三星、英特爾等，以及處于技術追趕中的中芯國際。

　　摩爾定律的未來在哪里？中科院王曦院士在內的很多專家學者提出“超越摩爾定律”概念，意指非數(shù)字、多元化半導體技術與產品，可以在成熟的工藝生產線上研發(fā)，無需遵循摩爾定律，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題為Next Big Thing的演講中，關于什么是半導體產業(yè)的Next Big Thing？他點名是物聯(lián)網，并認為臺灣企業(yè)要抓住這波商機，首要掌握的就是系統(tǒng)級封裝等關鍵技術。

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

　　“隨著摩爾定律的放緩，需要通過先進封裝和系統(tǒng)集成，去解決電子產品的性價比、性能改善、多功能化等問題?！庇诖笕┦恳仓赋?，近年來，先進封裝技術在半導體領域發(fā)揮的作用越來越大。

　　知名咨詢機構Yole預計，2018—2024年，先進封裝市場的年復合增長率為8%，預計在2024年達到440億美元左右，而同一時期，傳統(tǒng)封裝市場的年復合增長率僅為2.4%。為搶占技術高地，全球主要封測廠、晶圓廠、IDM都在加緊布局先進封裝。

　　市場需求的帶動下，越來越多超越傳統(tǒng)封裝理念的先進封裝技術被提出，系統(tǒng)級封裝（SiP）、晶圓級封裝（WLP）、2.5D/3D封裝、Chiplet集成等的應用越來越廣泛。

　　“半導體頭部企業(yè)發(fā)展重點，逐漸從過去著力于晶圓制造工藝技術節(jié)點的推進，轉向芯片構架重構和系統(tǒng)封裝集成創(chuàng)新?！庇诖笕┦勘硎?，進入“超越摩爾”時代，先進封裝集成技術開始扮演愈加重要的角色，基于前道技術能力的“前道封裝”開始在高端器件上顯現(xiàn)。

　　02納須彌于芥子的奧妙

　　在電子產業(yè)鏈中，封裝環(huán)節(jié)常常被人忽視，但卻一直默默地發(fā)揮著關鍵作用，沒有它芯片就無從與外界高效連接、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“外殼”那么簡單，而是涉及到一整套完整流程，從芯片設計之初，就要考慮封裝方案，越來越多的芯片級封裝，特別是三維高密度封裝，涉及到一系列晶圓級工藝、高密度硅基、有機基板制造、三維互連、復雜可靠性和失效分析測試、散熱解決方案等等，都是技術含量滿滿。

　　“5G商用時代迅速到來，5G領域高速、高頻的技術特點，以及多種器件異質集成的運用要求，需要多種先進封裝技術不斷創(chuàng)新發(fā)展和綜合運用。”于大全博士指出，以云天半導體的重點產品射頻前端封裝為例，5G智能終端對射頻前端器件的需求相比4G產品成倍增長，大量增長的射頻器件對更小尺寸的先進封裝和系統(tǒng)集成需求強烈。

　　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）、開關、天線調諧。中金公司在研報中預計，2020年全球5G手機銷量或將達2.5億臺，并且5G對消費電子產業(yè)鏈最大的增量就是是射頻前端等通信元器件，射頻前端市場存在較大增長機會。

　　一直以來，云天半導體密切關注5G市場應用，創(chuàng)新開發(fā)了多種先進封裝及系統(tǒng)集成技術，技術覆蓋了從濾波器等射頻前端器件三維封裝，玻璃通孔技術、三維無源器件技術，以及面向毫米波芯片的扇出集成技術和AiP系統(tǒng)集成方案。

　　據(jù)麥姆斯咨詢報道，云天半導體團隊在玻璃通孔（TGV）技術領域開展了多年研發(fā)，探索可規(guī)?；慨a技術。近兩年，成功開發(fā)先進激光加工技術，實現(xiàn)了低成本、高效率的玻璃通孔制備，并實現(xiàn)深寬比為10:1的玻璃通孔量產，且具備較好的形貌。云天半導體是目前全球率先建立低成本高密度TGV技術量產能力的企業(yè)，處于業(yè)界領先地位。

　　既有巨大的市場需求刺激，又是需要儲備的先進制造技術，在雙重因素驅動下，2020年10月，云天半導體獲得過億元A輪融資。本輪由國投創(chuàng)業(yè)領投，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能擴產及二期工廠啟動資金。

　　“目前我們已經構建了面向5G應用的國內稀缺的4/6寸晶圓級三維封裝平臺，二期工廠投產后公司將具備從4寸到12寸晶圓級封測及系統(tǒng)集成能力，滿足不同射頻器件產品需求，并且提升產能至2萬片/月，滿足客戶爆發(fā)需求?！庇诖笕┦肯Ｍ?，云天半導體通過資金技術投入和科研量產合作，有力地支持我國射頻器件國產化進程。

　　03重構價值鏈擺脫“紅皇后”

　　“只有不停地奔跑，才能呆在原地不動?！薄稅埯惤z夢游仙境》中，紅皇后對愛麗絲這樣說，“如果你想去別的地方，必須跑得比現(xiàn)在快一倍！”

　　這是管理學界所說的“紅皇后效應”。半導體產業(yè)鏈全球化的同時，競爭也在全球化，但是不管有多拼命，相對位置似乎變動不大。

　　曾經國內的LED芯片產業(yè)雖然有巨大的經濟規(guī)模，但是由于創(chuàng)新規(guī)模沒有跟上，過剩的中低端產能、持續(xù)下滑的價格等陰云一直籠罩在廠商的心頭。高工產研LED研究所（GGII）研究顯示，2019年LED芯片產能過剩嚴重，稼動率過低，部分企業(yè)去庫存殺價，價格跌去30-50%，預計未來幾年LED產業(yè)鏈將進入低速增長期。

　　我國半導體產業(yè)快速發(fā)展帶來了巨大的經濟規(guī)模，但是企業(yè)的獲利能力并沒有明顯提升，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，半導體產業(yè)更需要警惕避免陷入像光伏、面板、LED芯片等產業(yè)一樣的困境。

　　“雖然在半導體產業(yè)鏈中，封測已經是我國最成熟的細分領域之一，全球市場占比已經達到28%，但在中高端市場，我國封裝企業(yè)的話語權仍然有待提升。”于大全博士認為，接下來需要持續(xù)攻關，掌握先進封裝技術，做好人才儲備、完善產業(yè)生態(tài)建設，并提升市場響應能力。

　　從科研院所“換道”企業(yè)，親身參與產學研實踐，于大全博士對于科技如何實現(xiàn)產業(yè)應用，從個人經歷中感悟到更深入的體會：“目前，集成電路產業(yè)無論從哪一個方向講，都進入到了創(chuàng)新深水區(qū)。創(chuàng)新成本越來越高，投入將越來越大。要降低創(chuàng)新成本，就要進行產業(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業(yè)需求，從而提高全社會的創(chuàng)新效率，進一步解決創(chuàng)新的成本問題。”

　　在5G產業(yè)的實現(xiàn)路徑上，于大全博士認為，我國大部分半導體廠商都還不具備IDM（全流程一體化的制造商）的真正競爭力，虛擬IDM模式更為合理與有潛力，合作起來能更快速地擠進市場。本次云天半導體接受融資，也有助于上下游的戰(zhàn)略互通不斷深入，承接半導體產業(yè)鏈的關鍵一環(huán)。

　　業(yè)界目前也有類似觀點存在，方正證券研報認為，在大國博弈長期存在的背景下，半導體國產替代勢在必行，中游制造+下游封測的虛擬IDM模式逐漸成形，成為大陸半導體產業(yè)鏈的基石。
責任編輯：YYX