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修远胡川:在Intel蓄力14载,要将IC制造和显示面板打通
发布时间:2017-08-24 13:47:04   |   点击:323   |   作者:admin

芯片领域技术门槛很高,千人专家胡川是少数贯穿学术界和工业界的人。他曾在Intel负责大学研究和最尖端科技的导入,多项发明被应用到Intel产品和生产工艺中。他于2016年创立的修远,是世界唯一一家齐聚Intel、摩托罗拉、英飞凌扇出封装背景核心成员的公司。

在摩尔定律即告终结的时代,胡川希望将扇出封装的应用扩大至手机、物联网、人工智能等高性能计算以及与人体兼容的生物计算上,让碳文明和硅文明在未来能够更深入的对话。

修远正一步步夯实自身技术实力,希望打通IC封装和面板行业,向封测市场新生巨头迈进。

众所周知,中国距离发达国家有两大门槛,一是汽车制造,一是芯片制造。

芯片是PC、手机等的“心脏”,我们每天都要接触。但说起芯片封装,能理解的人不多。

而胡川决定死磕的,是一种能广泛用于制造从低端物联网系统到高端人工智能芯片的扇出封装技术。与主流封测厂商基于晶圆尺寸做封装不同,修远基于面板尺寸做封装,性价比更低。

目前全球与修远目标基本一致的,只有三星 —— 三星在2016年斥资16亿人民币将两条显示屏线改装成IC线。对此胡川却说,“我们早已准备就绪,并且广度和深度将远超行业想象。”

胡川留美多年,上世纪90年代末,他进入专门研究超前610年技术的Intel基础材料研究所工作。该研究所是Intel最资深、最核心的技术研发部门,导入了从扇出到FINFET最核心的技术。员工百人左右,胡川一半的同事是斯坦福大学和麻省理工学院的博士,胡川本人是这个研究所成立近30年来唯一一个没有绿卡和美国国籍招收的华裔博士,一干就是14年。

胡川在Intel,基本2年变换一个节奏,研究领域涉及热传导、电子封装、可靠性能、纳米材料和超紫外光刻等多个领域。发表论文30多篇,在美国、日本和台湾申请了70多个专利(回国后胡川还申请了超30项专利),约40个获得授权批准,某些专利被引用超过300次。

2009年,胡川试图说服Intel重新重视扇出封装,却发现其机制已经出现问题,“不敢冒险,不够创新,官僚风气已经冒头。”他决定辞职自己做,“我从Intel带走的唯一东西就是我的创造力。”

20146月,胡川回国,潜心2年准备扇出方向的IP,于2016年创办修远——一家专注研发手机、物联网、高性能计算和生物计算器件的电子封装的技术创新公司,终极目标是实现人与机器的无缝连接。

芯片封测是一座“富矿”

17年的半导体职业生涯,胡川深刻目睹了中国在芯片市场高消费量和低技术研发实力之间的巨大反差。

中国芯片需求占全球市场份额的比重超四成。仅20161月到10月,中国共花费1.2万亿人民币用于购置进口芯片,是花费在原油进口上的两倍。

这不仅让跨国公司卡住了中国诸多产业的咽喉,也使国家商业机密和国防信息存在被窃取的可能。芯片产业已成为中国输不起的战争!

但受限于政治封锁,中国无法购买到最先进的晶圆制造设备,自主研发投入巨大,成果也无法追评国际一流水平。胡川告诉Xtecher,目前国内最领先的中芯国际去年量产的28纳米晶圆,跟国际领先工艺相比,存在三代差距。

相比晶圆制造技术门槛高,短期难有重大突破,芯片封装既无政治封锁,有望弯道超车,还是一座“富矿”。

2016年国内封测行业迎来“黄金发展期”,年营收逾1500亿,预期2017年增长将更强劲。

胡川表示,集成电路(IC)产业链有“设计—制造—封测”三大关键环节,论营收,设计占20%,晶圆占60%,封测占20%20多年发展,封测仅占整个IC产业的5%,非常不起眼。但随着芯片多样性和高性能计算兴起,封测营收比将显著提高——目前部分高端传感器,其封装成本已超50%。胡川预测,20年后,封测所创产值有望与晶圆制造持平——或各占40%

望上游,全球晶圆制造巨头争相在中国建厂扩产,预计20172020年间,全球将投产62座半导体晶圆厂,其中26座设于中国大陆,在建晶圆厂最终都需要封测厂配合。

看下游,物联网、人工智能的浪潮愈发汹涌,除智能手机外,可穿戴设备和移动无线设备也在不断兴起。这些应用都需要更便宜、更小、更快、更可靠、更多功能的器件。封装多样性需求将更大,单价更低,封装占器件的成本比例会更高。封测商业潜力将进一步释放。

扇出封装的“春天”

胡川希望全情投入的扇出封装工艺,短短几年,已经演变为芯片制造商,封装测试供应商,以及晶圆代工厂都在重金豪赌的未来,部分甚至押上了身家性命。

台积电在2012年逆市布局扇出封装,为当时业界所震惊。4年后,台积电一举挤掉三星,独食苹果A10处理器上亿订单(iPhone7上的A10处理器和天线开关模组使用了扇出封装工艺),在封测产业投下“重磅炸弹”。

苹果和台积电的联手示范作用,让扇出封装这项沉寂多年、被视作小众的“黑科技”,在2016年终于迎来“春天”,并一举奠定了规模经济的基础——在台积电之外,各家专业封测厂包括新科金朋、艾克尔、硅品、日月光等,芯片制造巨头三星、高通、Intel等,均已将扇出技术或者系出同源的内埋载板技术纳入先进制程蓝图中。

作为扇出封装的源头技术方,最开始,Intel却并未真正了解其应用价值。

扇出封装主要基于BBUL技术成果转化而来,BBUL,一种芯片减薄工艺,是胡川在Intel的开山之作,是Intel未来几年内力推的处理器封装技术。

胡川告诉Xtecher,因研发成本巨大,Intel2002年搁置了扇出进程,该技术却并未走向沉寂。摩托罗拉利用其功能多样性——多芯片、异质芯片、传感器、被动器件等一体化整合的可能,发明了扇出RCP(redistributed circuit package)技术用于高集成处理器的研发,同样因成本问题于06年放弃。

英飞凌则在2007年研发出扇出EWLB(embedded waferlevel BGA)技术,用于降低芯片成本和系统成本,并成为最早量产的扇出工艺。2008年,基于扇出技术的扇出封装开始逐渐量产,主要用于手机基带芯片的单芯片封装,并被苹果IPhone大量采购。

如何理解扇出封装?其独特优势又在哪?

扇出封装(Fan-Out Wafer Level Packaging,简称为FOWLP)是众多系统封装芯片技术中的一种,是封装行业继打线(WB)和倒装(Flipchip)后的第三次革命。

其不仅能让CPU尺寸更小,集成度更高,搭配更多新的整合技术,拥有500多个零器件的手机,未来完全有可能集成为一颗单一的芯片。高通今年6月发布的一款扇出RCP芯片,已成功将上百个有源和无源器件做到了一颗芯片里。台积电的A10作为过渡的第一代,仅有一个单一硅片,但台积电也瞄准了整合多芯片的技术方向。

 

硅片

 

国内制造的第一片多层多器件多硅片扇出封装测试芯片

打通IC封装和面板行业

胡川将公司取名“修远电子”,寓意要为中国集成电路发展事业上做长期艰辛的努力。

与海外企业相比,国内企业在先进封装领域仍存差距。

既不占优,胡川还不走“寻常路”,他的“抱负”,是希望打通IC封装和面板行业。

一台70寸液晶电视售价1万,其中面板成本约5000元,一颗小小的12寸晶圆,常规售价为2000美元。如果以面板尺寸封装替代晶圆尺寸封装,在成本控制和扩展兼容上会更具潜力。

胡川表示,三星研发方向与修远一致,主攻面板尺寸扇出封装(panel level fanout packaging),三星预计今年10月会公布一些技术成果。修远团队也正努力量产原型测试芯片。

目前修远的封装制成能力略落后于台积电,跟高通相当。但台积电方案应用范围较窄,对非Si器件集成比较困难。高通的工艺在多器件的兼容上则更为出色。修远近期目标,是将现有的多颗硅片,传感器和无源器件做在一颗芯片里,“大概会从几十个器件开始,把手机部分器件集成,逐渐合并,最后变成一颗芯片。”

胡川还透露了一些更长期的计划,包括开发比目前最快的人工智能芯片英伟达特斯拉P100 中的GPUDDR5带宽高100倍的扇出方案。P100在单颗硅片上集成了150亿个晶体管,预计下一代的晶体管数量将追赶人脑细胞数量。

修远的产品及技术主要面向三大应用领域:一是5G芯片和物联网芯片/系统;二是高性能计算芯片,如人工智能、VR、数据中心;最后,胡川希望在1020年,能够生产出生物计算接口,真正把碳文明的有机体和硅文明的无机体打通。

为了这个略疯狂的愿望,胡川现在很少有完全休息的一天,连续三年,他每天工作近16个小时。他说,“第一要做别人看不到、想不到的;第二一定要对自己的项目比别人还要苛刻,别人攻击你或只为攻击,你攻击自己则是为了更完善。”

不畏惧竞争

只要创业,几乎所有创业者都必须考虑的一个问题是,巨头会做吗?目前整个封测行业正因台积电的跨界进入而战战兢兢,胡川却并不担心。

“我欢迎它们加入竞争。”胡川认为,大公司做新领域,基于其资源优势,会加快市场培育;大公司对产业结构、设备、材料研发的推力更大,上下游产业链反倒更易配合。

而台积电虽占据先发优势,但基于晶圆的封装工艺价格高,产能低,破解困局的“钥匙”还是要用面板尺寸来制造。

这启示胡川,他们最大的对手往往不是巨头,而是自己。在一个快速变化的行业,作为小的创新公司,如何保持领先地位,才是胡川需要考虑的主要问题。

在胡川看来,修远团队的专家都在国际顶尖的公司经过很扎实的训练,眼界开阔。“这个公司的主要的自主知识产权在降低成本和扩大应用范围上开始,在资源上的劣势正是他们的创新点和动力。”

其解释,现有主流的扇出工艺是与倒装工艺竞争,主要争夺封装成本在1美元以上的产品市场。但修远的扇出工艺既可跟高端的WB(比如QFN)flipchip(倒装)竞争,在中低端市场也有很强竞争力——3毛人民币每颗的封装就能确保有利润,“我们在生产设备、材料选取、制造工艺、产品结构上,甚至良率保障上,都有布局。产品尺寸会更小,价钱更便宜,可靠性和性能更强,功能兼容更多样。”

胡川还透露,他没有花费太多力气就说服了曾共事的国际专家加入:胡川从2001年起就是“扇出封装”最早的研究人员之一,独立或协助承担过Intel多个超前6年以上的研发项目,拥有完整的从知识产权到量产制造的经历;CTO Edward Prack博士曾是摩托罗拉董事长亲自领衔的技术委员会成员之一,是RCP扇出封装的原创发明人之一,在摩托罗拉和Intel各工作15年,拥有19项美国专利;刘俊军博士是当年湖北的理科状元,是胡川本科、博士期间的同学,在制程设备和工艺、低介电常数绝缘材料方面经验丰富,有20多项国际专利。郭跃进博士和傅则钟博士(兼职)夫妇是改革开放后,加州理工最早一批博士,在Intel担任制造和品质方面的高管20多年。

从业多年,胡川一直在不断打破自己的边界。而他所处的半导体行业,由于CPU架构障碍,处理器成倍增加的晶体管数量并不能转化为成倍增长的性能,摩尔定律或许将会在某一天失去作用。

早在Intel时,胡川就认识到这一点,开始探索如何采用更先进的封装来驱动后摩尔定律时代。因为封装(尤其是系统封装比如扇出)能带来多样性,集成处理器和存储器,数码和模拟信号等等。很多人预期,在封测市场,新技术的产生将会引发新一轮洗牌,未来或会诞生一个类似Intel的巨头。这个巨头不一定是修远,但至少在封装的角斗场,修远已经拿到了一张入场券。

文章来源:搜狐

 

 

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