“摩爾定律已經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)，連續(xù)幾年跳票。

　　如果摩爾定律發(fā)展停滯，對于半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打擊是巨大的?；?a target="_blank">晶體管尺寸微縮的產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)化的制造技術(shù)將壓縮利潤空間。

　　作為國內(nèi)集成電路封裝行業(yè)領(lǐng)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(jīng)理于大全認為，先進封裝將是撬動半導體產(chǎn)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(shù)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(shù)追趕國際先進水平和先進封裝與集成技術(shù)趕超國際先進水平，是當前我國半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然路徑?！庇诖笕┦款I(lǐng)導的團隊，也正在這一思路下進行先進封裝與集成技術(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(chǎn)業(yè)進步周期。摩爾定律的發(fā)展，反映了集成電路產(chǎn)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(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(jīng)開始變高。

　　其制約因素，一是技術(shù)：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(jīng)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(jīng)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(jīng)濟：建設(shè)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(chǎn)線就需要10億美元。而現(xiàn)在，一條高端的晶圓產(chǎn)線，沒有上百億美元下不來，臺積電的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(shù)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(nèi)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(shù)與產(chǎn)品，可以在成熟的工藝生產(chǎn)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(guān)于什么是半導體產(chǎn)業(yè)的Next Big Thing？他點名是物聯(lián)網(wǎng)，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(guān)鍵技術(shù)。

　　張忠謀表示，透過系統(tǒng)級封裝技術(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(chǎn)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(shù)在半導體領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來越大。

　　知名咨詢機構(gòu)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(shù)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(shù)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(shù)節(jié)點的推進，轉(zhuǎn)向芯片構(gòu)架重構(gòu)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(shù)開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(shè)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(shù)含量滿滿。

　　“5G商用時代迅速到來，5G領(lǐng)域高速、高頻的技術(shù)特點，以及多種器件異質(zhì)集成的運用要求，需要多種先進封裝技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展和綜合運用?！庇诖笕┦恐赋?，以云天半導體的重點產(chǎn)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(chǎn)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(guān)、天線調(diào)諧。中金公司在研報中預計，2020年全球5G手機銷量或?qū)⑦_2.5億臺，并且5G對消費電子產(chǎn)業(yè)鏈最大的增量就是是射頻前端等通信元器件，射頻前端市場存在較大增長機會。

　　一直以來，云天半導體密切關(guān)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(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)麥姆斯咨詢報道，云天半導體團隊在玻璃通孔（TGV）技術(shù)領(lǐng)域開展了多年研發(fā)，探索可規(guī)?；慨a(chǎn)技術(shù)。近兩年，成功開發(fā)先進激光加工技術(shù)，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(chǎn)，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(shù)量產(chǎn)能力的企業(yè)，處于業(yè)界領(lǐng)先地位。

　　既有巨大的市場需求刺激，又是需要儲備的先進制造技術(shù)，在雙重因素驅(qū)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(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)能擴產(chǎn)及二期工廠啟動資金。

　　“目前我們已經(jīng)構(gòu)建了面向5G應用的國內(nèi)稀缺的4/6寸晶圓級三維封裝平臺，二期工廠投產(chǎn)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(chǎn)品需求，并且提升產(chǎn)能至2萬片/月，滿足客戶爆發(fā)需求。”于大全博士希望，云天半導體通過資金技術(shù)投入和科研量產(chǎn)合作，有力地支持我國射頻器件國產(chǎn)化進程。

　　03重構(gòu)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(chǎn)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(jīng)國內(nèi)的LED芯片產(chǎn)業(yè)雖然有巨大的經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)研LED研究所（GGII）研究顯示，2019年LED芯片產(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈將進入低速增長期。

　　我國半導體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展帶來了巨大的經(jīng)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(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。

　　“雖然在半導體產(chǎn)業(yè)鏈中，封測已經(jīng)是我國最成熟的細分領(lǐng)域之一，全球市場占比已經(jīng)達到28%，但在中高端市場，我國封裝企業(yè)的話語權(quán)仍然有待提升?！庇诖笕┦空J為，接下來需要持續(xù)攻關(guān)，掌握先進封裝技術(shù)，做好人才儲備、完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)，并提升市場響應能力。

　　從科研院所“換道”企業(yè)，親身參與產(chǎn)學研實踐，于大全博士對于科技如何實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應用，從個人經(jīng)歷中感悟到更深入的體會：“目前，集成電路產(chǎn)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(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，從而提高全社會的創(chuàng)新效率，進一步解決創(chuàng)新的成本問題?！?/p>

　　在5G產(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈的基石。
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