于燮康：协同创新 推动中国集成电路封测业发展

2017年7月25日，中国半导体行业协会集成电路分会秘书长、国家集成电路封测产业链技术创新战略联盟秘书长于燮康在《第十一届中国半导体行业协会半导体分立器件年会暨2017中国半导体器件创新产品与应用及产业发展论坛》做了《协同创新，推动中国集成电路封测业发展》的主旨报告。

于燮康秘书长的报告共分三部分内容，第一部分回顾了中国集成电路封测业发展历程;第二部分讲述中国集成电路封测业的机遇和挑战;第三部分提出了未来中国集成电路封测业的发展途径--协同创新。

下面是根据于燮康秘书长演讲内容整理而成。

一、中国集成电路封测业发展历程

中国集成电路封测业在产业链中占据重要地位，在设计、芯片制造和封测三大产业中，封测业规模占比近年来一直高于国际上的普遍水平，2016年的占比达到36.1%。

中国集成电路封测业起步较晚，大体经历了以下4个阶段的发展过程：

第一阶段是初创阶段，大致时间是二十世纪80年代，这时期以通孔插装式封装为主，主要代表技术是DIP(双列直插封装)。于秘书长介绍说，中国的集成电路封装是华晶电子始于1978年。

第二阶段是重点发展阶段，大致时间是二十世纪90年代，进入了表面贴装时代，主要代表技术是SOP(小外形封装)、QFP(四方扁平封装)，主要特点是引脚从两边或四边引出，安装方式改插装为表面贴装，较插装方式可大大提高引脚数和组装密度;这时期产业规模总体较小。

第三阶段是全面快速发展阶段，大致时间是二十一世纪初，在2006年之前，国内封测业已开始研究以焊球代替引脚和面阵列形式分布的表面贴装技术，主要代表技术是球栅阵列封装BGA和多芯片封装MCP等，在2006年至2010年期间，QFN、BGA、CSP等多项技术实现量产，与之前相比，封装技术有较大突破，产业规模已显著扩大，长电科技于2009年初次跻身全球十大封测业之列。

第四阶段是2011年至今的跨越式发展阶段，这一时期的技术特征是高密度和小型化，主要代表技术有晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)、倒装球焊阵列封装(FCBGA)，特别是随着芯片特征尺寸已接近物理极限，原依靠减小特征尺寸来提高封装密度的方法遇到瓶颈的情况下，以3D封装、2.5D硅通孔为代表的封装技术应运而生，成为近年来封测业的一个技术亮点，总体技术水平与国际水平进一步缩小差距，部分封装技术已处于国际领先水平。

根据法国YOLE的研究数据表明，长电科技在先进封装制程方面以7.8%的份额排名全球第三，仅次于英特尔和矽品精密。

据封测联盟提供的2010年-2016年中国集成电路封测业的销售规模数据可以看出，中国集成电路封测产业得到快速发展，自2011年起的6年，销售收入比2010年增长了1.5倍，CAGR为16.39%。

于燮康秘书长表示，对国内外先进封装工艺技术水平比较而言，目前国内集成电路三大先进封装技术：SIP系统级封装(长电、华天)、WLP晶园级封装(长电、晶方)、FC倒装(长电、通富)封装技术均己具备并取得突破, 技术能力与国际先进水平基本接近，先进封装占比约20%, 但国内封装业总体仍以传统的中低端封装为主，其封装形式如SOP(SSOP、TSOP)、QFP(LQFP、TQFP)、QFN/DFN等。预计未来对高端先进封装技术的需求将愈来愈多。

从封测联盟公布的《中国集成电路封测产业技术发展路线图》可以看出，我国在封装类型方面已经非常齐全。

从产业规模来看，多年来国内封测产业发展速度高于国际封测业整体发展的速度，但总体的封装技术水平与国际水平还存在不小的差距。

晶圆级封装(WLP)技术方面，国内主要采用 Fan-in技术，主要量产WLCSP产品;刚开始Fan-out的小规模量产，海外技术发展多样化，Fan-in、Fan-out、embedded WLP以及晶圆级3D堆叠封装技术已经成熟。

倒装(FC)技术方面，国内企业全部是采用传统的mass reflow技术。海外企业已经量产TCB键合的FC封装技术。国内本土企业组装芯片尺寸，还没有超过20x20mm的芯片。国外企业在贴装精度和稳定性方面有优势，例如环球仪器对于倒装芯片装配的设备解决方案，兼顾了高速和高精度的特点。

PoP封装技术。目前国内还没有实现先进PoP封装的量产;部分外企在量产Bare Die的PoP封装，海外已经在采用先进的Substrate Interposer技术。

TSV(2.5D/3D)技术。国内TSV的应用主要是CMOS Image Sensor的封装，属于比较低端初级的TSV技术;高端TSV的应用，国内企业正处于研发阶段，国际上，台积电、三星、日月光等国际大公司已具备10微米孔径达到10:1的深宽比的能力。

二、中国集成电路封测业的机遇和挑战

我国集成电路封测业经过多年的发展，已迎来良好的发展机遇。

首先在产业基础方面，21世纪初，基于劳动力成本及国内产业政策等综合因素作用下，国际封测代工厂先后在中国上海、深圳、无锡、苏州、成都等地投资设立了封装测试基地，近年来国内企业和国际大厂兼并重组，提升了中国封测业的竞争力和技术水平。

其次在政策机遇方面，《国家集成电路产业发展推进纲要》的发布引来了良好的政策支持,中央和地方的集成电路产业基金陆续成立，国内集成电路产业迎来一个新的发展高潮。在《推进纲要》中明确提出“提升先进封装测试业发展水平，在产业整体快速发展的大背景下，国内设计业和制造业的快速发展及封装本土化趋势为国内封测企业提供了更多的发展空间”。

最后是技术发展趋势，摩尔定律发展至今已遇到瓶颈，芯片特征尺寸已接近物理极限，先进封装技术成为延续摩尔定律的必然选择，“封测中道”的崛起和先进封装的快速发展，封测业一改以往在集成电路三业中的从属地位，重要性显现。

后摩尔时代的再认识

目前，典型的SiP技术可以包含在封装技术领域已经得到开发并持续发展的多种先进封装技术，如WLP、Flip Chip、3D封装、TSV技术、IPD、Embedded PCB/Substrate等。从后摩尔时代的发展方向来看，封测技术的发展趋势必将为产业发展带来前所未有的发展机遇。

一是延续摩尔定律: 继续以等比例缩小CMOS器件的工艺特征尺寸，提高集成度，以及通过新材料的运用和器件结构的创新来改善电路的性能。这一定律的发展方向是IC设计与制造，主要是SoC技术。

二是拓展摩尔定律：在市场和应用需求的驱动下，为满足功能的多样化，以系统级封装(SiP),尤其是扇出型封装、Panel板级封装等为代表的功能多样化道路列为半导体技术发展的新方向，该技术着眼于增加系统集成的多种功能。

由于先进封装制程带来的中道工艺，封测业和晶园制造业有了紧密的联系，在引来良好发展机遇的同时，也面临着新的挑战。

封装中道的崛起，必然挤压晶圆制造业的份额，有迹象表明，部分晶圆厂已加大封装中道制程的布局，由于晶圆厂有着技术和资本的领先优势，将对封测厂形成较大的竞争压力。

传统封测厂较晶圆制造业相比属于轻资产，引入中道工艺后，设备资产比重较传统封装大大增加，封测业的先进技术研发和扩产将面临较大的资金压力，国内封测大厂仅靠自身财力也难以有稳定持续的投入。(后续引入大基金或行业间的协同，长电+中芯)

后摩尔时代的集成电路产业更强调产业链的紧密合作，封测业将扮演重要的角色，如何有效的集中产业链的优势资源去发展封测技术也是这一时期的一大挑战。

集成电路产业的发展离不开专业人才，封测业在近期可通过兼并重组和引进来解决人才问题，如何培养业界需要的高端人才满足封测技术不断发展的需求，是未来面临的一大挑战。

在人才、技术、管理方面与国外的差距如何解决，当然近期可通过兼并重组和引进来解决人才技术问题，但并购后的整合工作难度很大。因此培养业界需要的高端人才满足封测技术不断发展的需求，是未来面临的一大挑战。

于燮康秘书长特别强调，我国封装产业生产人员、管理人员目前不缺，一线工程师应该也基本可以满足，但是高端研发人员、系统设计人才非常短缺。

封测产业技术面临的挑战

先进封装技术发展的驱动力主要在于：一是降低整个系统成本的成本驱动;二是通过先进封装技术逐歩实现产品差异化;三是提高器件摆放密度(改善信号性能)的功能驱动;四是更高密度互连的基板工艺技术;五是是高性能、高密度与小型化的驱动。

为满足这些要求，封测产业技术发展面临的挑战，主要有四个共性问题和四类关键技术;核心是同时满足高性价比、短小轻薄。

四个共性问题：系统级封装设计与工具、高密度功能化基板与材料、系统级封装的可靠性、系统级封装的测试方法。

四大关键技术：高密度封装关键工艺、三维封装的关键技术、多功能芯片叠层集成关键技术、系统级封装关键技术。

三、未来中国集成电路封测业的发展途径——协同创新

于燮康秘书长认为封装技术需求越来越高，封装和设计、制造、装备、材料、系统厂商、科研院所、大学的合作越来越紧密，经过市场化检验，自发形成了五大协同创新模式。

1、华进模式。其特点：共性技术研发

作为产业共性技术研发平台，华进半导体的组建标志着国家级封装技术创新中心的建立，对国家未来在集成电路封装技术创新中作用和意义重大，也是后摩尔时代企业创新协同模式的一次有益探索。

从集成电路整个产业的发展历程，可以看到，有企业自主扩大规模、业内的兼并重组，市场需求催生新技术的突破带动产业发展方式，如智能手机、物联网等，政策导向促进产业发展，包括国际上的产业发展模式也有成功的典型案例，如台积电的垂直分工模式(Foundry)，无生产线的IC设计公司模式(Fabless) 三星的IDM+整机制造模式等。国内封测业也经历了从作为IDM模式中的一环，到专业委外封测代工(OSAT)模式。

华进半导体作为产业共性技术研发平台，是由国内几家有竞争关系的领军封测企业与中科院微电子所等联合组建，也标志着国家级封装技术创新中心的建立，其对国家未来在集成电路封装技术创新中作用和意义重大，也是后摩尔时代企业创新协同模式的一次有益探索。近几年，华进半导体研发中心，在IC先进封装研发创新方面，已经有了一定的成效，特别是在3D(TSV)系统级封装(SiP)方面已经取得可喜的进展。如：基于TSV的2.5D/3D多芯片高密度互连集成;以晶圆级封装为主体的Bumping、WLCSP、Fan out技术;以及FC、多芯片模块(Multi-Chip Module/MCM) 2D/3D SiP封装系统集成技术等，多项技术在国内处于领先地位。实践表明，华进模式很好的解决了企业间的竞争与合作的矛盾，充分利用了企业间的优势资源，也解决了研发过程中知识产权的归属等问题，研发平台对提升行业的整体技术水平起到了很好的促进作用。

2、中芯长电模式。其特点是晶圆+封装协同模式

随着“中道”的诞生，封测企业与芯片制造企业的合作，就成为一种新的协同模式。目前台积电已经建立了自有的中道封装线。

2014年2月，长电科技与中芯国际正式签署合同，成立具有12英寸凸块加工及配套测试能力的合资公司。建立凸块加工及就近配套的具有倒装(Flip-Chip)等先进封装工艺的生产线，再结合中芯国际的前段28纳米先进工艺，形成了12英寸半导体制造产业链，中芯长电半导体采用纯代工模式，专注于半导体中段先进工艺开发和制造，重点发展先进的12英寸凸块加工(Bumping)及配套晶圆芯片测试。

目前，华天科技与武汉新芯、通富微电与华力微电子先后签订战略合作协议，至此，国内封测三大领军企业先后与晶圆代工厂开展协同创新。

3、协同设计模式。其特点：应用设计与封装协同

这是基于产品研发的一种设计+封装的创新模式，以往芯片、封装和电路板的设计主要是按顺序实现的。电路板设计人员所面临的信号完整性问题一般是通过未优化的设计解决的，后来这类问题开始采用系统方法。由于存在固有的时间限制和较短的设计周期，因此在芯片、封装和电路板之间建立系统协同极具挑战性。现今由于芯片功能、电源管理等变得愈来愈复杂，封装的结构也愈发复杂。传统设计的“IC-封装-PCB”顺序已经不适用于今天的产品。IC-封装-基板之间的综合协同设计已成为必然。

4、联合体模式。其特点：产业链协同

这是基于封测产业链协同创新模式，可适用于封测新技术、新设备、新材料的研发，华进半导体的“技术联合体”成员主要由由国内外知名半导体公司、终端用户、封测企业、材料、设备供应商等完整的集成电路产业链组成，利用各产业链龙头企业的资源和技术优势，共同研发先进封装技术，研发过程中研制样品在成员单位之间流转，成员单位分别承担了设计、制造、封测、验证等任务，“联合体”内共享技术成果和知识产权，研发技术一旦转为成套技术，“联合体”成员将自动成为先进封装产业链的一环。通过这一模式，可有效协同产业链的优势技术、人才和资源，解决关键技术、大型设备、核心材料在研发初期缺乏资金、人才、技术和设备的困境，实践表明，多项技术和装备联合体模式取得丰硕成果，包括成功组织国际著名封装专家来华交流;完成多台套国产设备评估;组织设备供应商和用户交流会，反馈国产设备使用意见，推动改进方案的执行，华进半导体也成为国产高端封测设备和材料的验证平台。该创新模式为探索我国集成电路封装产业链的发展作出了积极的贡献。最早的联合体代表是“TVS联合体”。

5、产学研用协同模式。其特点：公共服务和基础研究

主要通过产业链+高校+研究所的协同，建立公共服务平台和人才培训基地。产学研用协同创新平台的建立，充分利用重点骨干企业依托企业技术中心、院士工作站、工程研究中心等创新平台和资源优势，联合高校院所组建公共服务平台，搭建为企业服务的创新平台，整合了产业技术创新资源，开展协同创新，突破制约我国产业发展的关键重大技术，同时针对产业发展需求培养专业人才。