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  • 芯片的未来靠哪些技术？

    先进制程与先进封装成为延续摩尔定律的关键技术，2.5D、3D 和Chiplets 等技术在近年来成为半导体产业的热门议题。人工智能、车联网、5G 等应用相继兴起，且皆须使用到高速运算、高速传输、低延迟、低耗能的先进功能芯片;随着运算需求呈倍数成长，究竟要如何延续摩尔定律，成为半导体产业的一大挑战。 先进封装是如何在延续摩尔定律上扮演关键角色?而2.5D、3D 和Chiplets 等封装技术又有何特点? 一、芯片微缩愈加困难，异构整合由此而生 换言之，半导体先进制程纷纷迈入了7 纳米、5 纳米，接着开始朝3 纳米和2 纳米迈进，电晶体大小也因此不断接近原子的物理体积限制，电子及物理的限制也让先进制程的持续微缩与升级难度越来越高。 也因此，半导体产业除了持续发展先进制程之外，也「山不转路转」地开始找寻其他既能让芯片维持小体积，同时又保有高效能的方式;而芯片的布局设计，遂成为延续摩尔定律的新解方，异构整合(Heterogeneous Integration Design Architecture System，HIDAS)概念便应运而生，同时成为IC 芯片的创新动能。 所谓的异构整合，广义而言，就是将两种不同的芯片，例如记忆体+逻辑芯片、光电+电子元件等，透过封装、3D 堆叠等技术整合在一起。换句话说，将两种不同制程、不同性质的芯片整合在一起，都可称为是异构整合。 因为应用市场更加的多元，每项产品的成本、性能和目标族群都不同，因此所需的异构整合技术也不尽相同，市场分众化趋势逐渐浮现。为此，IC 代工、制造及半导体设备业者纷纷投入异构整合发展，2.5D、3D 封装、Chiplets 等现今热门的封装技术，便是基于异构整合的想法，如雨后春笋般浮现。 二、2.5D 封装有效降低芯片生产成本 过往要将芯片整合在一起，大多使用系统单封装(System in a Package，SiP)技术，像是PiP(Package in Package)封装、PoP(Package on Package)封装等。然而，随着智能手机、AIoT 等应用，不仅需要更高的性能，还要保持小体积、低功耗，在这样的情况下，必须想办法将更多的芯片堆积起来使体积再缩小，因此，目前封装技术除了原有的SiP 之外，也纷纷朝向立体封装技术发展。 立体封装概略来说，意即直接使用硅晶圆制作的「硅中介板」(Silicon interposer)，而不使用以往塑胶制作的「导线载板」，将数个功能不同的芯片，直接封装成一个具更高效能的芯片。换言之，就是朝着芯片叠高的方式，在硅上面不断叠加硅芯片，改善制程成本及物理限制，让摩尔定律得以继续实现。 而立体封装较为人熟知的是2.5D 与3D 封装，这边先从2.5D 封装谈起。所谓的2.5D 封装，主要的概念是将处理器、记忆体或是其他的芯片，并列排在硅中介板(Silicon Interposer)上，先经由微凸块(Micro Bump)连结，让硅中介板之内金属线可连接不同芯片的电子讯号;接着再透过硅穿孔(TSV)来连结下方的金属凸块(Solder Bump)，再经由导线载板连结外部金属球，实现芯片、芯片与封装基板之间更紧密的互连。 2.5D和3D封装是热门的立体封装技术。(Source：ANSYS) 目前为人所熟知的2.5D 封装技术，不外乎是台积电的CoWoS。CoWoS 技术概念，简单来说是先将半导体芯片(像是处理器、记忆体等)，一同放在硅中介层上，再透过Chip on Wafer(CoW)的封装制程连接至底层基板上。换言之，也就是先将芯片通过Chip on Wafer(CoW)的封装制程连接至硅晶圆，再把CoW 芯片与基板连接，整合成CoWoS;利用这种封装模式，使得多颗芯片可以封装到一起，透过Si Interposer 互联，达到了封装体积小，功耗低，引脚少的效果。 台积电CoWos封装技术概念。(Source：台积电) 除了CoWos 外，扇出型晶圆级封装也可归为2.5D 封装的一种方式。扇出型晶圆级封装技术的原理，是从半导体裸晶的端点上，拉出需要的电路至重分布层(Redistribution Layer)，进而形成封装。因此不需封装载板，不用打线(Wire)、凸块(Bump)，能够降低30% 的生产成本，也让芯片更薄。同时也让芯片面积减少许多，也可取代成本较高的直通硅晶穿孔，达到透过封装技术整合不同元件功能的目标。 当然，立体封装技术不只有2.5D，还有3D 封装。那么，两者之间的差别究竟为何，而3D 封装又有半导体业者正在采用? 相较于2.5D 封装，3D 封装的原理是在芯片制作电晶体(CMOS)结构，并且直接使用硅穿孔来连结上下不同芯片的电子讯号，以直接将记忆体或其他芯片垂直堆叠在上面。此项封装最大的技术挑战便是，要在芯片内直接制作硅穿孔困难度极高，不过，由于高效能运算、人工智能等应用兴起，加上TSV 技术愈来愈成熟，可以看到越来越多的CPU、GPU 和记忆体开始采用3D 封装。 3D封装是直接将芯片堆叠起来。(Source：英特尔) 三、台积电、英特尔积极发展3D 封装技术 在3D 封装上，英特尔(Intel)和台积电都有各自的技术。英特尔采用的是「Foveros」的3D 封装技术，使用异构堆叠逻辑处理运算，可以把各个逻辑芯片堆栈一起。也就是说，首度把芯片堆叠从传统的被动硅中介层与堆叠记忆体，扩展到高效能逻辑产品，如CPU、绘图与AI 处理器等。以往堆叠仅用于记忆体，现在采用异构堆叠于堆叠以往仅用于记忆体，现在采用异构堆叠，让记忆体及运算芯片能以不同组合堆叠。 另外，英特尔还研发3 项全新技术，分别为Co-EMIB、ODI 和MDIO。Co-EMIB 能连接更高的运算性能和能力，并能够让两个或多个Foveros 元件互连，设计人员还能够以非常高的频宽和非常低的功耗连接模拟器、记忆体和其他模组。ODI 技术则为封装中小芯片之间的全方位互连通讯提供了更大的灵活性。顶部芯片可以像EMIB 技术一样与其他小芯片进行通讯，同时还可以像Foveros 技术一样，通过硅通孔(TSV)与下面的底部裸片进行垂直通讯。 英特尔Foveros技术概念。(Source：英特尔) 同时，该技术还利用大的垂直通孔直接从封装基板向顶部裸片供电，这种大通孔比传统的硅通孔大得多，其电阻更低，因而可提供更稳定的电力传输;并透过堆叠实现更高频宽和更低延迟。此一方法减少基底芯片中所需的硅通孔数量，为主动元件释放了更多的面积，优化裸片尺寸。 而台积电，则是提出「3D 多芯片与系统整合芯片」(SoIC)的整合方案。此项系统整合芯片解决方案将不同尺寸、制程技术，以及材料的已知良好裸晶直接堆叠在一起。 台积电提到，相较于传统使用微凸块的3D 积体电路解决方案，此一系统整合芯片的凸块密度与速度高出数倍，同时大幅减少功耗。此外，系统整合芯片是前段制程整合解决方案，在封装之前连结两个或更多的裸晶;因此，系统整合芯片组能够利用该公司的InFO 或CoWoS 的后端先进封装技术来进一步整合其他芯片，打造一个强大的「3D×3D」系统级解决方案。 此外，台积电亦推出3DFabric，将快速成长的3DIC 系统整合解决方案统合起来，提供更好的灵活性，透过稳固的芯片互连打造出强大的系统。藉由不同的选项进行前段芯片堆叠与后段封装，3DFabric 协助客户将多个逻辑芯片连结在一起，甚至串联高频宽记忆体(HBM)或异构小芯片，例如类比、输入/输出，以及射频模组。3DFabric 能够结合后段3D 与前段3D 技术的解决方案，并能与电晶体微缩互补，持续提升系统效能与功能性，缩小尺寸外观，并且加快产品上市时程。 在介绍完2.5D 和3D 之后，近来还有Chiplets 也是半导体产业热门的先进封装技术之一;最后，就来简单说明Chiplets 的特性和优势。 除了2.5D 和3D 封装之外，Chiplets 也是备受关注的技术之一。由于电子终端产品朝向高整合趋势发展，对于高效能芯片需求持续增加，但随着摩尔定律逐渐趋缓，在持续提升产品性能过程中，如果为了整合新功能芯片模组而增大芯片面积，将会面临成本提高和低良率问题。因此，Chiplets 成为半导体产业因摩尔定律面临瓶颈所衍生的技术替代方案。 四、Chiplets就像拼图一样，把小芯片组成大芯片 Chiplets 的概念最早源于1970 年代诞生的多芯片模组，其原理大致而言，即是由多个同质、异构等较小的芯片组成大芯片，也就是从原来设计在同一个SoC 中的芯片，被分拆成许多不同的小芯片分开制造再加以封装或组装，故称此分拆之芯片为小芯片Chiplets。 由于先进制程成本急速上升，不同于SoC 设计方式，将大尺寸的多核心的设计，分散到较小的小芯片，更能满足现今的高效能运算处理器需求;而弹性的设计方式不仅提升灵活性，也能有更好的良率及节省成本优势，并减少芯片设计时程，加速芯片Time to market 时间。 使用Chiplets 有三大好处。因为先进制程成本非常高昂，特别是模拟电路、I/O 等愈来愈难以随着制程技术缩小，而Chiplets 是将电路分割成独立的小芯片，并各自强化功能、制程技术及尺寸，最后整合在一起，以克服制程难以微缩的挑战。此外，基于Chiplets 还可以使用现有的成熟芯片降低开发和验证成本。 目前已有许多半导体业者采用Chiplets 方式推出高效能产品。像是英特尔的Intel Stratix 10 GX 10M FPGA 便是采用Chiplets 设计，以达到更高的元件密度和容量。该产品是以现有的Intel Stratix 10 FPGA 架构及英特尔先进的嵌入式多芯片互连桥接(EMIB)技术为基础，运用了EMIB 技术融合两个高密度Intel Stratix 10 GX FPGA 核心逻辑芯片以及相应的I /O 单元。至于AMD 第二代EPYC 系列处理器也是如此。有别于第一代将Memory 与I/O 结合成14 纳米CPU 的Chiplet 方式，第二代是把I/O 与Memory 独立成一个芯片，并将7 纳米CPU 切成8 个Chiplets 进行组合。 过去的芯片效能都仰赖半导体制程的改进而提升，但随着元件尺寸越来越接近物理极限，芯片微缩难度越来越高，要保持小体积、高效能的芯片设计，半导体产业不仅持续发展先进制程，同时也朝芯片架构着手改进，让芯片从原先的单层，转向多层堆叠。

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  • 英特尔以最先进的半导体封装技术获得美国国防部订单

    英特尔凭借其最新的异构集成原型(SHIP)技术，获得了美国国防部的第二阶段东单。 SHIP计划使美国政府能够利用英特尔在亚利桑那州和俄勒冈州的最先进的半导体封装技术，并利用英特尔每年花费数百亿美元的研发和制造投资所带来的积累。 SHIP是由国防部副部长办公室负责研究和推进的工程，并由“受信任和有保证的微电子”计划资助。该计划的第二阶段将开发多芯片封装的原型，并加快接口标准，协议和异构系统安全性的发展。 SHIP原型将把专用的政府芯片与Intel的高级商用芯片产品集成在一起，包括现场可编程门阵列，专用集成电路和CPU。这种技术组合为美国政府的行业合作伙伴提供了新的途径，可以在利用英特尔在美国的制造能力的同时开发适用于现代化政府的关键任务系统。 为了确保美国国防工业基地能够继续为国家安全提供最先进的电子产品，国防部(DoD)必须与美国领先的半导体公司合作，”国防研究与工程部副部长办公室席的微电子学首席主管 Nicole Petta说。“国防部微电子路线图认识到与行业建立战略伙伴关系的重要性。该路线图还优先考虑并认识到，随着过程扩展速度的降低，异构组装技术对于国防部和我们国家都是至关重要的投资。SHIP直接为推进国防部路线图中概述的目标做出了贡献，国防部期待与这项技术的全球领导者英特尔合作。”Nicole Petta补充。 所谓异构封装，则允许将多个单独制造的集成电路die(芯片)组装到单个封装上，从而在降低功耗，尺寸和重量的同时提高性能。SHIP使美国政府可以使用英特尔包括嵌入式多芯片互连桥 (EMIB)，3D Foveros 和 Co-EMIB (将EMIB和Foveros结合使用)在内的的先进异构封装技术。 除此之外，Intel还与桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)建立了合作伙伴关系，以测试神经形态计算的放大潜力。 英特尔于2017年推出的名为Loihi的神经形态芯片旨在直接模仿人脑的行为，它已经学会了闻，触摸甚至帮助使用轮椅的儿童。英特尔目前处于神经形态研究的第五代产品。今年早些时候，英特尔将Loihi扩展到一个名为Pohoiki Springs的系统中，该庞然大物包含768个Loihi芯片，每个芯片有128个内核，约有131,000个内核模拟计算的“神经元”(全系统总计约1亿个数字神经元)。Pohoiki Springs是一个“试验气球”，即使是很大的气球，最初只是通过云提供给Intel Neuromorphic研究社区(INRC)的成员使用。 但是，英特尔最新的大规模神经形态系统部署将完全是另一回事。通过与桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)达成的三年协议，英特尔将提供基于Loihi的系统，为合作的后期阶段奠定基础。从我们对英特尔即将面世的神经形态体系结构和英特尔最大的神经形态系统的交付进行大规模研究的了解。虽然他们的第一个系统将达到大约5000万个计算神经元(大概包含384个Loihi芯片)，但后一个系统“在计算能力上可能会超过十亿个神经元”，约相当于7600多个Loihi芯片。” 英特尔在过去几年中迅速扩大了神经形态计算的规模，这标志着人们对这项新技术的信心–鉴于早期的结果表明该技术在Pohoiki Springs上的能源效率比美国最先进的CPU高出四个数量级，因此英特尔相信这种信心已经得到了充分的肯定。桑迪亚(Sandia)的目标是确定最适合应用神经形态计算的领域，以帮助解决美国一些最紧迫的问题，例如能源和国家安全。 “通过使用神经形态计算架构的高速，高效和自适应功能，桑迪亚国家实验室将探索对我们国家安全越来越重要的高需求且不断发展的工作负载的加速，”英特尔神经形态计算实验室 的主任Mike Davies说。“我们期待进行富有成效的合作，从而开发出下一代神经形态工具，算法和系统，这些神经形态工具，算法和系统可以扩展到十亿个神经元水平甚至更高。” 为了使英特尔的神经形态计算步入正轨，桑迪亚将评估各种尖峰神经网络工作负载的扩展范围，从物理建模到大规模深层网络，这些工作负载可很好地表明芯片适用于粒子相互作用仿真。 桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)是为国家核安全局(NNSA)服务的三个国家实验室之一，作为国家核武器储备的管理者，该实验室对粒子和流体模拟特别感兴趣，并且刚刚宣布了HPE的另一台大型超级计算机(由即将推出的Sapphire Rapids Xeons提供动力)。 Sandia国家实验室长期以来一直处于大规模计算的领先地位，它使用该国一些最先进的高性能计算机来提高国家安全性。随着对实时，动态数据处理的需求变得越来越迫切，我们正在探索全新的计算范式，例如神经形态架构。 桑迪亚技术人员主要成员Craig Vineyard：“我们的工作帮助桑迪亚国家实验室保持了在计算领域的领先地位，而英特尔神经形态研究小组的这项新努力将把这一遗产延续到未来。”

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  • 苹果放弃x86改用自研处理器的背后原因

    苹果在WWDC大会上正式宣布：Mac电脑将将从x86处理器换到自研的处理器。ARM阵营正式成为桌面电脑的选择之一，办公、游戏全都OK。发布会上库克宣布在年底会推出第一款搭载自研 ARM 芯片的 Mac，但仍旧会推出搭载 Intel CPU 的 Mac 新品。 苹果计划在两年内完成 App 生态的转换，但肯定不会在 2 年后就放弃 Intel CPU Mac 的软件支持，这个变化一定是渐进的，平缓的。 首普遍认为以下三点是弃用Intel CPU的主要原因： 14nm、10nm节点接连延期，直接影响水果的产品迭代 ; 层出不穷的安全性漏洞，让包括水果在内的业界疲于应付 ; TSMC 5nm已可以打造满足水果要求的ARM-based CPU。 2005年6月，Steve Jobs在WWDC上正式宣布，Mac系列即将采用Intel Core系列CPU，并结束与Motorola、IBM的合作。他谈到了他对PowerPC的失望，那时他认为PowerPC性能是不足的，开发路线是模糊的，功耗也是巨大的，所以更换了更有潜力的Intel。 但是从苹果宣布采用Intel的处理器的Mac之后，macOS就开始被不少PC使用者垂涎，从而出现了一大批未购买苹果机而使用苹果操作系统的机器，这种就被称为黑苹果(Hackintosh)。而黑苹果的初期探路者多是程序员、开发者、电脑黑客等，对苹果造成一定损失。 对芯片来说性能及功耗是永恒的话题，而苹果自研芯片的Mac电脑定位有所不同，与传统的CPU厂商不同，苹果在自研芯片上积累了很多技术，推出的自研芯片实际上整合了大量子单元，除了CPU、GPU之外还有NPU、音频、视频等等，更重要是将自家的软件整合在一起。 首先有利掌握硬件发布的节奏，第二估计是希望自己的生态进一步闭环。促进自家对Mac生态的掌控能力。毕竟苹果对Mac的把控没有iOS那么强，Macbook可以装win，其他电脑借助intel芯片黑苹果。软件分发主要途径并不是app store，削弱了苹果从硬件上持续盈利的能力。 Mac年出货只有1700万台。而且未来销量完全是不可预计的。比如今年一季度直接暴跌20%，掉到宏碁后面成为第5。换用ARM芯片对销量影响是正是负，完全取决于生态迁移速度，以及未来intel和 AMD的芯片性能增长速度。硬件成本是否降低完全是销量决定的。 其实Mac生态全部迁移到Arm架构的意义并不仅仅在于Mac本身。 Mac迁移到ARM架构也有助于推动Mac和iPad Pro的生态融合，很可能未来有一天，iPad能够支持转译过后的Mac应用，那么这个时候的iPad Pro也会成为毫无疑问的生产力工具。 苹果有了之前自身从Power PC向英特尔x86过度的经验，这次从微软X86转移到ARM的好处显而易见。 ARM芯片未来究竟是只存在于Mac的生态圈中，还是普遍应用于超极本上，和X86架构实现共存，亦或击败X86取而代之，目前无人能知。

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  • 第三次半导体产业正向中国转移，国际合作与国产化缺一不可

    1956年，IBM发明了第一块硬盘，其容量仅5M，重量却高达1吨。上世纪五十年代德州仪器(TI)发明了半导体。随后，第一个晶体管、第一个集成电路、第一个微处理器都来自美国。 美国作为半导体的发明国，至今为止，其在半导体产业中，依然有超过一半的话语权。 至今半导体已经发生了两次产业转移，但依然不能从根本上影响美国。正在发生的第三次产业转移，美国正努力地捍卫自己的主导地位。 上世纪70年代日本获得美国半导体的转让技术，开始进军半导体领域。半导体产业发生了第一次产业转移。70年代，日本日立、三菱、东芝、富士通、日本电器联合成立半导体产业联盟，奠定了日本半导体产业的基础。 当时日本半导体最高峰时，占美国80%的市场。日本当时能迅速发展，原因在于，一方面得到了美国的转让技术，一方面美国只把技术用于美军事领域。是日本把半导体带入百姓家，典型当属日本的收音机。 日本曾一度想收购美国的半导体领袖公司——仙瞳半导体。这引起了美国的注意，在80年开始对日本下绊脚石。最终美日鉴定了“广场协议”，日元被迫升值。并一边对其征收100%的进口关税，一边要求日本开放市场。且保证美国企业的市场份额不低于20%。 由于美国的干预，韩国、新加坡以及中国台湾填补了市场空缺，得以迅速发展。第二次半导体产业转移发生在80年代。台积电于1987年成立，如今成为了技术含量最高的代工厂。 第三次半导体产业转移发生在90年代末，半导体的封装测试环节，开始向中国大陆转移(当时主要是外资建厂)。 随着国家2014年“大基金”一期1387亿的半导体产业，以初见成效。中芯国际、上海微电子、紫光集团等企业已经成为中国半导体的砥柱中流。 2019年国家“大基金”二期2000亿，继续为半导体输液。值得注意的是，国家把集成电路纳入“十四五”计划，将投资1.4万亿美元用于研发芯片和支持无线网络、人工智能等高科技技术领域的全面发展。 ASML正把握第三次半导体产业转移的机会，加快布局中国市场。今年9月ASML全球副总裁沈波表示，ASML作为全球半导体行业的合作伙伴，将加快在中国市场的布局。 对于，这次ASML公司的举动，网友们却有另外一番说法。 一、看到中科院要把光刻机纳入科研清单加速国产化后，才作出的决定; 二、ASML是人为“挤牙膏”，高端不卖，低端看好时机出货。 ASML的EUV光刻机，一枝独秀。半导体产业第三次转移正在中国发生，必须要国际合作与国产化同时兼顾。

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  • 从处理器的主体结构角度，了解华为麒麟芯片

    华为麒麟芯片集处理器和基带、射频、AI于一身，统称为Soc(系统级处理器)。三星、高通、苹果、联发科等手机芯片也同样类型。Soc简称处理器，是基于ARM架构构建出芯片。 从处理器的主体结构了解，就会明白其中的内涵。 处理器主要包含：内核、指令集架构、微架构。 内核：内核就是CPU最核心的部分，简单理解就是管理和计算。比如资源分配、执行命令、多核资源协调。 指令集架构：ARM的指令集就是RISC。简单理解就是手机操作系统与CPU内核进行沟通的桥梁。内核完全不懂外界做什么，只能根据指令集执行操作。 微架构：微架构简单理解就是具体功能的实现形式。譬如处理器与基带、内存、存储怎样协同工作，包含内部电路、晶体管等复杂的设计。并在某指令集内，构建出架构。也就是说同指令集可能有不同设计方案的微架构。 这个设计公司设计ARM芯片时，就有两种方案。一是买处理器授权模式;二是买指令集授权模式。 第一种设计模式也不是拿来就可以用。要把每个模块都协调好，发挥特定功能是一件了不起的事情。反过来讲，ARM公司即使设计出了芯片架构，要其设计一颗基带芯片，也是很难做到的。 简单地讲，开发出CAD软件的公司，不一定能设计出飞机。 第二种设计模式，只购买指令集。自己设计微架构，也就是设计出一款符合指令集的处理器。 两种方案，第一种相对简单，第二种增加了微架构设计，难度较大。但是指令集的版本相同，微架构实现的功能相差也不大。性能上可能有些差异。 华为麒麟芯片选着的是第一种设计方案，后续发展应该会设计自主的微架构处理器。苹果A系列芯片，有自己独立的微架构处理器，高通两种设计方案都兼顾。 至于麒麟芯片是否自研，要看核心比例。如果ARM的技术方案占比20%，那么就是自研。 另外，这些芯片的制造都是台积电或三星代工。

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  • 基于GaN和SiC的功率半导体，未来将推动电子封装集成和应用

    在新世纪伊始，氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)已经达到了足够的成熟度，并获得了足够的吸引力，将其他潜在的替代品抛在脑后，引起全球工业制造商的足够重视。 在接下来的几年里，重点是研究与材料相关的缺陷，为新材料开发一个定制的设计、工艺和测试基础设施，并建立一个某种程度上可重复的无源(二极管)器件和几个有源器件(MOSFET、HEMT、MESFET、JFET或BJT)，这些器件开始进入演示阶段并能够证明宽带隙材料带来的无可争辩的优势。宽带隙材料可以使半导体的工作频率降低10倍，从而使电路的工作频率降低10倍。 对于这两种材料，仍有一些挑战有待解决： GaN非常适合低功率和中等功率，主要是消费类应用，似乎允许高度的单片集成一个或多个功率开关并与驱动电路共同封装。有可能在在最先进的8-12“混合信号晶圆制造厂制造功率转换IC。 然而，由于镓被认为是一种稀有、无毒的金属，在硅生产设施中作为受主可能会产生副作用，因此对许多制造工艺步骤(如干法蚀刻、清洗或高温工艺)的严格分离仍然是一项关键要求。 此外，GaN是以MO-CVD外延工艺在SiC等晶格不匹配的载流子上或更大的晶圆直径(通常甚至在硅上)上沉积，这会引起薄膜应力和晶体缺陷，这主要导致器件不稳定，偶尔会导致灾难性的故障。 GaN功率器件是典型的横向HEMT器件，它利用源极和漏极之间固有的二维电子气通道进行导通供电。 另一方面，地壳中含有丰富的硅元素，其中30%是由硅组成的。工业规模的单晶碳化硅锭的生长是一种成熟的、可利用的资源。最近，先驱者已经开始评估8英寸晶圆，有希望在未来五(5)年内，碳化硅制造将扩展到8英寸晶圆制造线。 SiC肖特基二极管和SiC MOSFET在市场上的广泛应用为降低高质量衬底、SiC外延和制造工艺的制造成本提供了所需的缩放效应。通过视觉和/或电应力测试消除晶体缺陷，这对较大尺寸芯片的产量有较大的影响。此外，还有一些挑战，归因于低沟道迁移率，这使得SiC fet在100-600V范围内无法与硅FET竞争。 市场领导者已经意识到垂直供应链对于制造GaN和SiC产品的重要性。需要有专业基础的制造能力，包括晶体生长、晶圆和抛光、外延、器件制造和封装专业知识，包括优化的模块和封装，考虑到快速瞬态和热性能或宽带隙器件(WBG)的局限性，考虑最低的成本，最高的产量和可靠性。 随着广泛和有竞争力的产品组合和全球供应链的建立，新的焦点正在转向产品定制，以实现改变游戏规则的应用程序。硅二极管、igbt和超结mosfet的替代品为WBG技术的市场做好了准备。 在根据选择性拓扑结构调整电气性能以继续提高功率效率、扩大驱动范围、减少重量、尺寸和组件数量，并在工业、汽车和消费领域实现新颖、突破性的最终应用，还有很多潜力。 实现循环快速设计的一个关键因素是精确的spice模型，包括热性能和校准封装寄生体，可用于几乎所有流行的模拟器平台，以及快速采样支持、应用说明、定制的SiC和GaN驱动IC以及全球支持基础设施。 接下来的十(10)年将见证另一次历史性的变革，基于GaN和SiC的功率半导体将推动电力电子封装集成和应用的根本性发明。 在这一过程中，硅器件将几乎从功率开关节点上消失。尽管如此，他们仍将继续在高度集成的功率集成电路和低电压环境中寻求生存。

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  • 预计到2021年底，台积电将有55台光刻机

    预计到明年年底，台积电正EUV光刻机的累计采购量将达到约55台。在今年8月举办的全球技术论坛期间，台积电曾透露，在目前全球在运行的极紫外光刻机中，台积电拥有约一半，芯片产能预计占全球的60%。 而根据光刻机制造商ASML年报，从2012年开始交付EUV光刻机开始，公司已经累计向客户交付了超过76台这种光刻机。据此推算，台积电目前拥有的EUV光刻机数量在35~38台左右。 ASML是目前全球唯一能制造EUV光刻机的厂商，对于制造7nm以下制程的芯片至关重要。台积电所需要的光刻机，也就全部来自于该公司。 消息人士透露，台积电现正加大光刻工艺的研发力度，预计到2021年年底，EUV光刻机的累计采购量将达到约55台。因此ASML到20221年累计交付的EUV光刻机数量可能会达到近百台。 相较之下，有消息称三星电子截至2021年采购EUV的数量累计不到25台。三星电子是台积电在全球范围内最大竞争对手，目前正加速在5nm芯片量产上追赶台积电的脚步，3nm芯片工艺也预定于2022年实现量产。 外界人为台积电大量采购EUV光刻机，主要目的在于快速增加的满足客户订单。 外媒的报道显示，台积电3nm工艺准备了4波产能，其中首波产能中的大部分，将留给他们的大客户苹果。苹果是台积电的大客户。从2016年iPhone 7系列所搭载的A10芯片开始，苹果的A系列芯片就全部交由台积电独家代工。 今年6~8月期间还不断有消息称，受美国对华为“禁令”影响，联发科芯片需求暴增，紧急找台积电代工。预计2020Q1季度联发科订单量会达到1.2万片晶圆。不过消息未得到有关方面证实。 高通也据传向台积电追加了订单。 不过利好消息没有为台积电股价带来太大涨幅，9月29日台积电收涨1.13%报79.77美元。 而另一边，中国最大、全球营收排名第五的芯片制造商中芯国际(SMIC)料将迎来生产经营的困难时期。 9月27日，《金融时报》《华尔街日报》《纽约时报》以及路透社等多家外媒援引美国商务部9月25日的一封，称美国政府已对中芯国际实施出口限制，中芯国际的某些设备供应商现在必须申请出口许可证。 这一消息被视为美国加大“制裁”中芯国际的信号。如果“制裁”落地，势必对中芯国际的生产经营造成极大冲击。 根据美国商务部的进出口管理条例，使用美国技术和装备生产的的产品将受到管控。中芯国际作为芯片制造商将很难以获得生产所需的原材料和设备，同时，公司的芯片出口亦将需要获得美商务部的许可。 中芯国际早在两年前就已经向荷兰ASML公司购买了用于生产7nm芯片的光刻机，但由于美国的多次干预无法到货。中芯国际在这批光刻机上，前后共花费了1.2亿美元和2年时间。 “信函副本”的消息一出，随即带来了股市的震荡。周一上午中芯国际H股以17.16元低开，较上一交易日暴跌7.6%，成交额7200万元。但随后股价逐渐震荡拉升，跌幅以已收窄至4%;A股则以4%的跌幅低开，并在早盘末尾扩大至6%。 芯片行业乃至整个科技产业如今尤为敏感，市场担心中芯国际将会成为下一个华为。 但其他中国大陆芯片制造商，也在努力突破光刻机瓶颈。

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  • MEMS封装中会遇到的问题有哪些？

    为了适应MEMS技术的发展，人们开发了许多新的MEMS封装技术和工艺，如阳极键合，硅熔融键合、共晶键合等，已基本建立起自己的封装体系。 现在人们通常将MEMS封装分为四个层次：即裸片级封装(Die Level)、器件级封装(Device Level)、硅圆片级封装(Wafer Lever Packaging)、单芯片封装(Single Chip Packaging)和系统级封装(System on Packaging)。 但随着MEMS技术研究的深入和迅猛发展，以及MEMS器件本身所具有的多样性和复杂性，使得MEMS封装仍然面临着许多新的问题需要解决，如在硅圆片切割时，如何对微结构进行保护，防止硅粉尘破坏芯片;在微结构的释放过程中，如何防止运动部件与衬底发生粘连等;在器件封装中应力的释放，以及封装及接口的标准化等问题，此外还有封装性能的可靠性及可靠性评价问题等。 下面从MEMS封装的层次以及封装标准和封装的可靠性方面来阐述MEMS封装中所面临的一些问题。 1、裸片级封装(Die level) 裸片级封装通常是指钝化、隔离、键合和划片等工艺，其目的是为裸片的后续加工和使用提供保护。从硅圆片上分离裸片的常用方法是采用高速旋转的晶刚石刀片进行切割，在切割的同时，必须用高净化水对硅圆片表面进行冲洗。这种为集成电路开发的裸片切割方法对保护裸片上的关键电路不受硅粉尘的污染是非常有效的。硅片表面的水膜对集成芯片有很好的保护作用。 然而，由于MEMS比IC有更复杂的结构，如有腔体、运动部件以及更复杂的三维结构等，用这种裸片切割方法分离这些MEMS芯片，却因为水、硅粉尘的原因而很容易损坏或阻塞芯片的灵巧结构。为了防止MEMS芯片受损，必须在设计芯片阶段就开始考虑对芯片结构的保护。 裸芯片腔体封装是一种常用的方法。封装时有一个硅片基板裸片和一个硅“盖帽”裸片，先将MEMS芯片贴到基板裸片上，再将“盖帽”裸片键合到基板裸片上，从而形成一个密封腔体来保护MEMS器件。 钝化保护器件的方法也常用，这层保护层的厚度约为2-3μm。用有机保护层对芯片进行保护是很有效的，但存在的问题是有机物随着时间容易老化，典型的涂层是硅胶，硅胶 容易变干和变硬，这在许多应用中限制了它的有效寿命。 此外，将裸片与环境隔离的方法还有粘接工艺和键合工艺。粘接工艺主要使用环氧树脂、RTV、硅橡胶等粘接剂，环氧树脂用作粘接具有使用更简单，在固化时不要求升温，对冲击、振动能提供了很好的保护，具有价格优势等特点。 粘接方式的缺点是没有抗拉强度，易老化，而且不能做到密封，这在要求有可靠的机械强度和密封性能或者要求器件不受过强运动冲击的应用中是远远不能满足实际要求的。解决这一问题的方法是用键合工艺对裸片进行封装，键合工艺包括阳极键合、焊料焊接、硅熔融键合、玻璃粉键合及共晶键合等。 2、器件级封装(Device level) 器件级封装通常由MEMS器件、电源、信号调理和补偿、以及与系统的机械和电的接口等几部分组成。器件级封装旨在提高和确保器件的性能、减小尺寸和降低价格。与电子器件相比，MEMS接口更复杂、涉及的面更广。缺乏标准和标准化产品一直阻碍着MEMS的商业化。 器件封装连接的方法很多，包括环氧树脂或其它粘接方法、热熔方法(如电阻焊、回流焊)、芯片的互连包括引线键合、载带自动焊、倒装芯片技术等。尽管对特定的工作环境没有确切的定义，但要求在整个工作环境中，封装结构在机械强度、抵抗水压或空气压力的能力以及引线连接强度等方面必须是可靠的。 3、圆片级封装(Wafer Level) 在应用MEMS技术制造传感器过程中，人们一直努力想通过器件设计和制造工艺本身来减小MEMS封装所面临的挑战。

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  • MEMS封装的功能

    封装必须提供元器件与外部系统的接口。其根本目的在于以最小的尺寸和重量、最低的价格和尽可能简单的结构服务于具有特定功能的一组元器件。 MEMS封装的功能包括了微电子封装的功能部分，即原有的电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护等外，还应增加一些特殊的功能和要求。 1)机械支撑：MEMS器件是一种易损器件，因此需要机械支撑来保护器件在运输、存储和工作时，避免热和机械冲击、振动、高的加速度、灰尘和其它物理损坏。另外对于某些特殊功能的器件需要有定位用的机械支撑点，如加速度传感器等。 2)环境隔离：环境隔离有两种功能，一种是仅仅用作机械隔离，即封装外壳仅仅起到保护MEMS器件不受到像跌落或者操作不当时受到机械损坏。另一种是气密和非气密保护，对可靠性要求十分严格的应用领域必须采用气密性保护封装，防止MEMS器件在环境中受到化学腐蚀和物理损坏。同时在制造和密封时要防止湿气可能被引进到封装腔内。对工作环境较好的应用领域可采用非气密封装。 3)提供与外界系统和媒质的接口：由于封装外壳是MEMS器件及系统与外界的主要接口，外壳必须能完成电源、电信号或射频信号与外界的电连接，同时大部分的MEMS芯片还要求提供与外界媒质的接口。 4)提供热的传输通道：对带有功率放大器、其它大信号电路和高集成度封装的MEMS器件，在封装设计时热的释放是一个应该认真对待的问题。封装外壳必须提供热量传递的通道。 由于MEMS的特殊性和复杂性，还由于MEMS种类繁多，封装的功能还要增加如下几点： 5)低应力。在MEMS器件中，用三维加工技术制造微米或纳米尺度的零件或部件，如悬臂梁、微镜、深槽、扇片等，精度高，但十分脆弱，因此MEMS封装应产生对器件最小的应力。 6)高真空度。这是MEMS器件的要求，以使可动部件具有活动性，并运动自如。因为在“真空”中，就可以大大减小甚至消除摩擦，既能减小能源消耗，又能达到长期、可靠地工作目标。 7)高气密性。一些MEMS器件，如陀螺仪，必须在稳定地气密性条件下方能可靠、长期地工作。严格地说，封装都是不气密的，所以只有用高气密性的封装来解决稳定的气密性问题。有的MEMS封装气密性要求达到1×10E-12Pa·m3/s。 8)高隔离度。MEMS的目标是把集成电路、微细加工元件和MEMS器件集成在一起形成微系统，完成信息的获取、传输、处理和执行等功能。MEMS常需要有高的隔离度，对MEMS射频开关更为重要。 9)特殊的封装环境与引出。某些MEMS器件的工作环境是液体、气体或透光的环境，MEMS封装必须构成稳定的环境，并能使液体、气体稳定流动，使光纤输入具有低损耗、高精度对位的特性等。

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  • 常用的MEMS封装形式

    MEMS封装形式与技术主要源于IC封装技术。 IC封装技术的发展历程和水平代表了整个封装技术(包括MEMS封装和光电子器件封装)的发展历程及水平。 目前在MEMS封装中比较常用的封装形式有无引线陶瓷芯片载体封装(LCCC-Leadless Ceramic Chip Carrier)、金属封装、金属陶瓷封装等，在IC封装中倍受青睐的球栅阵列封装(BGA-Ball Grid Array)、倒装芯片技术(FCT-Flip Chip Technology)、芯片尺寸封装(CSP-Chip Size Package)和多芯片模块封装(MCM-Multi-Chip Module)已经逐渐成为MEMS封装中的主流。 BGA封装的主要优点是它采用了面阵列端子封装、使它与QFP(四边扁平封装)相比，在相同端子情况下，增加了端子间距(1.00mm，1.27mm，1.50mm)，大大改善了组装性能，才使它得以发展和推广应用。 21世纪BGA将成为电路组件的主流基础结构。 从某种意义上讲，FCT是一种芯片级互连技术(其它互连技术还有引线键合、载带自动键合)，但是它由于具有高性能、高I/O数和低成本的特点，特别是其作为“裸芯片”的优势，已经广泛应用于各种MEMS封装中。 CSP的英文含义是封装尺寸与裸芯片相同或封装尺寸比裸芯片稍大。日本电子工业协会对CSP规定是芯片面积与封装尺寸面积之比大于80%。 CSP与BGA结构基本一样，只是锡球直径和球中心距缩小了、更薄了，这样在相同封装尺寸时可有更多的I/O数，使组装密度进一步提高，可以说CSP是缩小了的BGA。 在MCM封装中最常用的两种方法是高密度互连(High Density Interconnect简称HDI)和微芯片模块D型(Micro Chip Module D简称MCM-D)封装技术。 高密度互连(HDI)MEMS封装的特点是把芯片埋进衬底的空腔内，在芯片上部做出薄膜互连结构。 而微模块系统MCM-D封装是比较传统的封装形式，它的芯片位于衬底的顶部，芯片和衬底间的互连是通过引线键合实现。 HDI工艺对MEMS封装来说有很大的优越性。由于相对于引线键合来说使用了直接金属化，芯片互连仅产生很低的寄生电容和电感，工作频率可达1GHz以上。 HDI还可以扩展到三维封装，并且焊点可以分布在芯片表面任何位置以及MCM具有可修复的特性。

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  • 28nm 芯片产业链

    在芯片工艺中，5nm、10nm、14nm可能有点早了，但是28nm芯片值得我们关注。目前中芯国际，华虹半导体都能生产28nm芯片，现在最关键的是设备和材料端技术能不能跟上。 下面就是设备和材料中的15个细分行业的龙头公司： 第1个细分行业：硅片设备：这是芯片最基本的材料，晶盛机电是龙头，现在向切片、抛光、外延设备等拓展，还研发出了第三代碳化硅半导体设备。 第2个：热处理设备：北方华创是龙头，在半导体的硅刻蚀、薄膜沉积、清洗设备、第三代碳化硅半导体上优势明显。 第3个：光刻设备：包括光刻机和涂胶显影机，最先进的是上海微电子，明年就可以生产第一台中国的28nm国产光刻机，激动人心呀。另外就是茂莱光学，快上市了，在光学上做的很牛逼。在涂胶显影机领域，芯源微是行业龙头，已经销售 800余台机器，不要小看这800台呀。 第4个：刻蚀设备，这个当然是中微公司了，讲的很多，就不说了。 第5个：离子注入设备，就是将离子放到硅衬下面，也就是离子注入机，万业企业是龙头，它下面的凯世通，是顶级的投资公司投资的。 第6个：薄膜沉积设备：这个是北方华创，已经做到14nm的技术了。 第7个：抛光设备，就是把硅片的表面弄光滑，叫抛光机，这个龙头是华海清科，快上市了。 第8个：清洗设备：就是把芯片洗干净，盛美半导体是该领域的龙头，占80%市场份额，已经在美国纳斯达克指数上市了，很快也在国内上市。剩下的20%则由北方华创、芯源微和至纯科技三家瓜分。 第9个：检测设备：就是测试合格不?有探针卡测试、探针台测试和测试机，反正很多名堂，我真搞不清，龙头是赛腾股份，其实它是收购了日本的一个测试公司就成了老大。 第10个是硅片：这是最基本的材料，像泥土一样重要，说白了，就是沙子。龙头是沪硅产业，现在给中芯国际、台积电供应硅片，2022年12英寸大硅片产能能到60万片。其次是中环股份，体量较小。 第11个是：电子特种气体：就像血液和粮食一样，需要在芯片内循环，这就是特征气体。龙头老大是华特气体、南大光电。 第12个：光刻胶，光刻胶其实几台就够了，就是曝光技术，有人说比原子弹的技术还难，可以打破摩尔定律，反正我真不懂这个玩意。龙头是三家公司，北京科华、上海新阳、晶瑞股份，现在还不知道哪个是老大。 第13个：抛光材料，不是抛光设备。有抛光液、抛光垫，是配合抛光设备使用的，龙头是安集科技，已经干到7nm米技术了，连台积电都需要它的技术。 第14个：高纯湿电子化学品：这个名字真难记，其实就是芯片试剂，想想试验室的试剂，龙头是上海新阳，晶瑞股份。 第15个：靶材，好像是医药的名字，主要是在制造和封装中使用的，龙头企业是江丰电子，台积电已经用到它的7nm技术，5nm米技术也快要用到了。

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  • 台积电芯片研发超前，半导体工艺芯片蚀刻起重要作用

    据台媒透露，有别于3nm与5nm采用鳍式场效晶体管(FinFET)架构，台积电2nm改采全新的多桥通道场效晶体管(MBCFET)架构，研发进度超前。根据台积电近年来整个先进制程的布局，业界估计，台积电2nm将在2023下半年推出，有助于其未来持续拿下苹果、辉达等大厂先进制程大单，狠甩三星。 几十年来，半导体行业进步的背后存在着一条金科玉律，即摩尔定律。摩尔定律表明：每隔 18~24 个月，集成电路上可容纳的元器件数目便会增加一倍，芯片的性能也会随之翻一番。 然而，在摩尔定律放缓甚至失效的今天，全球几大半导体公司依旧在拼命厮杀，希望率先拿下制造工艺布局的制高点。 台积电5nm已经量产，3nm预计2022年量产，2nm研发现已经取得重大突破! 由这个事情，想必大家肯定会联系到现在的华为，事实证明必须拥有自己的核心技艺才行，才不会处处被卡，才能不断发展进步创造更好价值。 俗话说的好，要想跑得快，先要把路走稳，也就是说，基础要打好，一栋高楼大厦，地基如果不扎实，恐怕5级风都会被吹塌。作为电路板、半导体最基础的蚀刻行业更是如此。 这里先简单给大家介绍一下何为蚀刻： 刻蚀(Etching)，它是半导体制造工艺，微电子IC制造工艺以及微纳制造工艺中的一种相当重要的步骤。是与光刻相联系的图形化(pattern)处理的一种主要工艺。 蚀刻是将材料使用化学反应或物理撞击作用而移除的技术。蚀刻技术可以分为湿蚀刻(wet etching)和干蚀刻(dry etching)两类。 最早可用来制造铜版、锌版等印刷凹凸版，也广泛地被使用于减轻重量(Weight Reduction)仪器镶板，铭牌及传统加工法难以加工之薄形工件等的加工;经过不断改良和工艺设备发展，亦可以用于航空、机械、化学工业中电子薄片零件精密蚀刻产品的加工，特别在半导体制程上，蚀刻更是不可或缺的技术。 从工艺流程上，分为两种： 1、干法刻蚀：利用等离子体将不要的材料去除(亚微米尺寸下刻蚀器件的最主要方法)。 2、湿法刻蚀：利用腐蚀性液体将不要的材料去除。 相较而言湿法刻蚀在相关产业的生产过程中应用比较普遍，在我们的日常生活中也随处可见例如：金属版画、指示标牌、电梯轿厢内的装饰板等等，湿法刻蚀在加工过程中主要采用两种方法： 一、曝光法：工程根据图形开出备料尺寸-材料准备-材料清洗-烘干→贴膜或涂布→烘干→曝光 → 显影 →烘干-蚀刻→脱膜→OK 二、网印法：开料→清洗板材(不锈钢其它金属材料)→丝网印→蚀刻→脱膜→OK 以上两种工艺的流程在上产过程中都存在着工艺复杂，耗时费力的问题，而在其加工过程中所造成的环境污染问题更是严重制约着行业的发展，在强调节能减排的今天，如何能够做到既环保又可以提高生产效率成为了每一个蚀刻业者追求的目标。 蚀刻优版加工工艺的研发成功正是应市场所需，目的就是为了解决以上所提到的问题。 从此工艺上由繁变简，通过打印的方式，将抗蚀刻油墨直接打印在板材上，即打即热固，打印完成，立即蚀刻。这项技术为数码化生产提供了更多优化的方案。 蚀刻优版加工工艺对比上述工艺只需三步即可完成蚀刻前工作： 图文定稿、蚀刻掩膜打印、打印完成，立即蚀刻。蚀刻优版的广泛应用，必将促进国内蚀刻业的快速发展。

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  • 赛晶科技发布首款自研IGBT芯片

    IGBT应用非常广泛，渗透到工作生活的方方面面，小到家电、大到飞机、舰船、交通、电网、风电光伏等战略性产业，被形象地称为电力电子行业里的“CPU“。IGBT，学名称为“绝缘栅双极型晶体管” (Insulated Gate Bipolar Transistor)，是一种驱动功率小、饱和压降低的功率半导体，既然是半导体，与我们熟知的芯片一样，目前，我国在该领域仍存在“卡脖子”的现象。 正如某风电行业人士所言，过去两年来，新能源行业呈现一个井喷式、爆发式的增长，但整个产业链供应能力不足，例如叶片、滚动轴承、IGBT等，存在一定程度上的“短板”。 可喜的是，国内厂商已经在国产替代之路上迈开了步伐。 9月28日，港股上市的赛晶科技(580.HK)首发了自主研发的国产IGBT芯片及模块产品，引起了业内的广泛关注与热议。 一、国产替代已是大势所趋 上述人士表示，全球范围来看，许多行业都会应用到变流器，例如新能源产业、光伏产业、汽车产业等等，而IGBT芯片/模组则是变流器的核心器件。大概在十五年前，无论是变流器的厂商，还是IGBT芯片/模组均以进口为主。尽管后来变流器开始国产化，但核心器件IGBT仍是以进口为主，以德国、日本居多。 IGBT国产替代已是各相关产业的大势所趋，从全国各产业发展来看，对IGBT需求迫切。相关数据显示，虽然目前市场规模只有200多亿，但随着清洁能源、新能源汽车等的发展，未来市场规模将呈爆发式增长。 市场前景的广阔，也让国内众多厂商嗅到了商机。但在该领域，目前的市场份额基本被英飞凌、三菱、富士等国外巨头垄断。我们所处的现实是，中国功率半导体市场占世界市场的50%以上，却有超过90%的高档IGBT芯片依赖进口。 二、在此背景下，国产替代迫在眉睫。 由于IGBT并非一个暴利行业，属于“投资风险大、回报率相对较小的产业”，所以国产替代并非企业的单打独斗所能完成的，需要整个产业链的协同以及政策支持。 “IGBT产业的发展在接受政策扶持的同时，也需要产业链各个环节的‘包容’。IGBT产品在国产化进展中一定会存在问题，只有产业链各环节通力协作，才能帮助IGBT企业能够快速迭代产品，改进设计，用几年时间来提高成品率与良品率。”上述人士指出，在我国IGBT领域，做学术理论的人才居多，实践性的人才偏少，IGBT发展离不开产学研合作。目前国内市场上，IGBT主要是引用国际当下或过去几年的技术，如果我们要发展自身产业，就自然不能一直在引进别人的技术，我们需要科研院所在基础技术上进行突破，来支撑整个IGBT产业的健康发展。 赛晶电力电子董事会主席项颉也表达了类似观点：“首先，做IGBT需要很强的科研能力，包括科研人员的经验，这不是一时半刻就能有的，需要一群人经年累月的埋头研究。全世界的IGBT技术精英就那么数得着的几十个，集中前几的几家企业。换一句话说，IGBT不是有钱就能砸出来的!第二是我国IGBT产业起步晚，各方面的积累不够。国际上很多企业很早就开始做这个了，国内市场现在增速很快，但想要后来居上，需要一定时间。” 三、国内企业纷纷布局 随着新能源产业、电动汽车产业等多个产业链下游应用的快速发展，催生国产IGBT制造氛围，但留给国内厂商的时间已经不多。以国内光伏产业为例，中国已经走在世界的前列，可以称作中国的一张“靓丽名片”，但是在核心的电流转换器逆变器方面，仍与国际大厂存在差距，主要体现在功率半导体、集成电路等器件上仍是以进口为主，以德企、日企、美企等为代表。 特变电工西安电气科技有限公司总工程师周洪伟称，与国外企业相比，我国的IGBT产业还是具有一定差距的。政府对于IGBT国产化应用有很大力度的支持，可以看到国内许多厂商正在研发IGBT，而且有许多产业链终端用户也在支持国产IGBT产品。无论是政府、企业还是下游用户，都在推动IGBT国产替代进程。 与光伏行业类似，风电行业也存在市场规模大，核心器件“卡脖子”的现象。 天津瑞能电气技术部经理陈海彬亦称，目前困扰风电产业产业链国产化的难点还是集中在核心器件，例如芯片，功率半导体、高性能材料等等，其中IGBT是重中之重，需求迫切。 远景能源变流器电气总监温进表示，目前，光伏风电两个产业所运用的核心器件仍依赖国际厂商，例如德企与日企，存在市场垄断。因为垄断的特征，所以国内企业在核心器件的实际运用过程中，遇到的难题或产生的特殊需求并不能及时从国际企业那边得到解决与满足，由此，促进IGBT国产化，有助于这些现象迎刃而解。 比如在定制化方面，国际厂商所运用的技术是通用技术，是标准化的，并不专门针对某个行业，所以提供不了最优方案。但国内厂商随着在IGBT的深耕，形成长期积累与自己的市场判断，可以根据应用企业特定的使用场景做优化调整，或定制研发，以适应多元需求。譬如，一些风电项目有的时候会面临紧急交付的情况，若过度依赖外部企业，就容易出现“项目卡顿”的情况发生，我们自主研发或联合研发的IGBT产品就可以减少这一现象发生的可能。 “我们天津瑞能也会做一些IGBT的布局。从我们企业来讲，中车半导体、斯达半导体、赛晶半导体是平等的，因为我们会基于产品性能来择优储备。”陈海彬说，“对于赛晶科技年底发布的IGBT新品，它是建立在ABB半导体技术上的，我是很看好的。我认为，赛晶科技是一个很好的合作伙伴，而且我很希望赛晶科技可以将ABB在高压、直流输电方面的技术与经验延用、继承下来。”

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  • 你不知道的比亚迪半导体

    比亚迪自进入汽车行业以来，就定下了发展新能源汽车的战略。作为电动汽车的核心，芯片是一定要解决的问题。 比亚迪从2002年进入半导体领域，经过近20年努力，除了已经为人所熟知的IGBT、SiC功率器件之外，比亚迪半导体还在MCU(微控制单元)、AC-DC、保护IC等智能控制IC，嵌入式指纹识别芯片、CMOS图像传感器、电流电压传感器等智能传感器，以及光电半导体等领域取得显著成果。 比亚迪深耕半导体技术，打破国外企业垄断，实现了从工业消费级半导体产品技术，到车规级高效率、高智能、高集成半导体技术的跨越式发展，解决了汽车电动化、智能化进程中的关键技术问题。 IGBT4.0发布会活动现场 一、不断攻克智能化关键技术，32位车规级MCU率先国产化 MCU即微控制单元，是将CPU、存储器都集成在同一块芯片上，形成芯片级计算机，可为不同应用场景实施不同控制。随着汽车不断从电动化向智能化深度发展，MCU在汽车电子中的应用场景也不断丰富。作为汽车电子系统内部运算和处理的核心，MCU是实现汽车智能化的关键。在汽车应用中，从雨刷、车窗到座椅，从安全系统到车载娱乐系统，再到车身控制和引擎控制，几乎都离不开MCU芯片，汽车电子的每一项创新都要通过MCU的运算控制功能来实现。 据iSuppli报告显示，一辆汽车中所使用的半导体器件数量中，MCU芯片约占30%。在汽车向智能化演进过程中，对MCU的需求增长得越来越快。IC Insights预测，未来MCU出货量将持续上升，车规级MCU市场将在2020年接近460亿元，2025年将达700亿元，单位出货量将以11.1%复合增长率增长。MCU是行业战略高地，对汽车智能化发展有着决定性的作用。 比亚迪半导体从2007年就进入MCU领域，从工业级MCU开始，坚持性能与可靠性双重路线，现拥有工业级通用MCU芯片、工业级三合一MCU芯片、车规级触控MCU芯片、车规级通用MCU芯片以及电池管理MCU芯片，累计出货突破20亿颗。 结合多年工业级MCU的技术和制造实力，比亚迪半导体实现了从工业级MCU到车规级MCU的高难度跨级别业务延伸，在2018年成功推出第一代8位车规级MCU芯片，2019年推出第一代32位车规级MCU芯片，批量装载在比亚迪全系列车型上，已累计装车超500万颗，标志着中国在车规级MCU市场上实现了重大的突破。未来，比亚迪半导体还将推出应用范围更广、技术持续领先的车规级多核高性能MCU芯片。 比亚迪MCU芯片 二、功率半导体以IGBT和SiC为核心，逐步实现全产业链整合 2005年，比亚迪组建团队，开始研发IGBT(绝缘栅双极晶体管);2009年推出国内首款自主研发IGBT芯片，打破国外企业的技术垄断;2018年推出的IGBT 4.0芯片，成为国内中高端IGBT功率芯片新标杆。目前，以IGBT为主的车规级功率器件累计装车超过100万辆，单车行驶里程超过100万公里。 比亚迪半导体IGBT4.0晶圆 与此同时，比亚迪半导体对SiC的研发也从未停止。和IGBT相比，SiC生产的芯片尺寸更小、功率器件效率更高，耐温性也更高。作为新能源汽车下一代功率半导体器件核心，SiC MOSFET可使得电机驱动控制器体积减小60%以上，整车性能在现有基础上再提升10%。 今年7月上市的比亚迪旗舰车型"汉"，是国内首款批量搭载SiC 功率模块的车型。匹配这一电控系统的后电机，峰值扭矩350N m，峰值功率为200kW，SiC电控的综合效率高达97%以上，使整车的动力性、经济性表现非常出众。 三、光电半导体和智能传感器持续发展，多个细分市场占主导地位 除了MCU、IGBT和SiC，比亚迪还致力于光电半导体产品的研发与生产，不断拓展自主研发LED光源在汽车上的应用，现已实现可见光及不可见光产品全面覆盖。目前，比亚迪半导体的车规级LED光源累计装车超100万辆，在汽车前装市场上位居中国第一。 与此同时，比亚迪半导体在嵌入式指纹芯片、扫描传感器、CMOS图像传感器、电流电压传感器等智能传感器领域也发展迅速。 作为嵌入式指纹市场主流供应商，各类SENSOR方案月出货量超100万套，在中国智能门锁市场占有率第一。在嵌入式指纹市场，比亚迪半导体开创了多项全球第一，比如：第一家小面积算法嵌入式化;第一家推出大小面积融合算法，识别率超过99%，远超行业标准(95%);第一家推出完整嵌入式指纹解决方案，推出三合一锁控MCU，高度集成，大大缩短方案开发周期和开发成本。 比亚迪半导体高集成、三合一锁控MCU 在扫描传感器方面，比亚迪半导体打破了线性扫描传感器芯片由日本公司垄断的局面，扫描传感器芯片出货量位居中国第一，全球第二。 在图像传感器方面，比亚迪半导体由手机消费电子入手，逐步向车规级拓展，成功开发出了国内第一颗车规级BSI 1080P、960P图像传感器，正在继续探索和丰富图像传感器芯片在汽车领域的应用场景。 近年来，我国大力支持半导体产业发展，在家电、工业等领域已逐渐实现进口替代，在车规级半导体领域虽有突破，但仍处于弱势地位。 作为中国率先掌握车规级核心半导体器件的企业，比亚迪半导体正持续为客户提供领先的车规级半导体整体解决方案，致力于成为高效、智能、集成的新型半导体供应商。

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  • 被列入了美国“出口管制”的中芯，下一步如何走？

    9月26日，中芯被美国实施出口管制一事，继美国将华为加入禁令清单后，再次引起了业内的高度关注。加之月初，美国怀疑中芯国际有“涉军”嫌疑，威胁要加以制裁，之后中芯国际的声明与事态进展，中芯更是被推到风口浪尖。 一、“出口管制”和“实体清单”的区别。 虽然中芯和美国商务部都没有发表明确声明，但据芯谋研究掌握的信息，中芯被列入了美国“出口管制”关注的名单，并没有被列入“实体清单”!更确切地说，9月26日网上流传的那封信是美国商务部工业和安全局发给SIA(美国半导体行业协会)，然后再由SIA发给相关公司，目前美国相关公司也收到了此信。 因为是周末，很多细则还没有出来，相关企业也正在了解详细情况。即便中芯最终被确认实施“出口管制”，这与被列入“实体清单”仍有区别。若被列入“出口管制”，中芯的美国供应商在给中芯供货时需依照美国出口管制条例的EAR 744.21(b)申请特殊许可证。 如果涉军嫌疑被确认，中芯作为军事用户，军控清单里的物项就需要特别许可证。虽然手续麻烦了许多，但远不及被列入“实体清单”那么严重——“实体清单”提出的申请会被“推定拒绝”，而对军事用户或军事用途的审批过程虽会被拖延，但仍有被批准的可能——只不过在当前敏感的政治形势下，获得批准将会困难重重。 二、对中芯有哪些影响? 中芯一旦被实施出口管制，在当前敏感的政治形势下，后续获得批准的过程无疑崎岖坎坷。这将直接导致中芯购买来自美国和部分国际公司的设备材料以及备品备件时遇到阻碍，甚至有断货的可能;中芯与美国客户、部分国际客户的合作将会受到严重影响;同时中芯与美国和部分国际合作方的合作将会遇到阻碍。影响是全面的，严重的! 但美国的制裁会让中芯陷入绝境，甚至会停摆吗?答案显然是否定的。若美国对中芯进行制裁，会让中芯的业务大受影响，但不会让中芯停摆。首先是中芯是一家已经运营了20年，拥有成建制几十万片月产能的成套设备、成熟工艺、多种技术和多元化的供应商; 其次是华为事件后，中芯的忧患意识更加强烈，早已强化底线思维，对包括设备、备件、原材料、国际客户等上下游产业链都做了两手准备。比如原材料上储备充分;比如北美客户营收占比大幅降低，国内客户营收比例提升;现在中芯已在国内科创板上市，目前拥有超过千亿人民币的现金，为过冬和持久战作好了全面的后勤保障。 三、怎样看中芯的声明? 自媒体时代，纷纭众声。中芯声明一发，有说中芯“跪了”，有说中芯“软弱”，甚至有说中芯是技术买办。还有的公众号里面号称企业要捆绑爱国情怀，发出以上实体清单为荣的这种辞令，甚至说“生的光荣、死的伟大”这种词句。这其中不乏一些“图一时口舌之快、逞一时嘴炮之能”的键盘侠。看到网上一些不解现状、不懂行业、不知差距的“看热闹不嫌事大”的言论，不禁胸中气苦、愤从中来。 作为产业人，必须要有深刻、清醒、理智、全面的定力。我不想举韩信的故事，更想把《赵氏孤儿》中公孙杵臼与程婴这段话与大家分享：公孙杵臼曰：“立孤与死孰难?”程婴曰：“死易，立孤难耳。”公孙杵臼曰：“赵氏先君遇子厚，子强为其难者，吾为其易者，请先死。”......杵臼谬曰：“小人哉程婴!昔下宫之难不能死，与我谋匿赵氏孤儿，今又卖我。纵不能立，而忍卖之乎!”抱儿呼曰：“天乎天乎!赵氏孤儿何罪?请活之，独杀杵臼可也。”诸将不许，遂杀杵臼与孤儿。 公孙杵臼，视死如归，为忠义不惜性命，为目的敢抛头颅。这种精神千百年来激励着我们，也让我们深受感动。但几千年前的先人尚且知道“死易活难”。死了一了百了，落个“忠义慷慨”的千秋美名，而活着却要忍辱负重，还要背负自责压力、养教之苦，程婴甚至背负着卖友求荣的一世骂名!这在重视名声、追求青史留名的古代更为不易。 公孙杵臼的慷慨赴死是为了活，死是手段，活是目的，他的“先死”让我们感动的不能仅仅是忠义与牺牲，更应有大局与智慧;程婴的委曲求活、忍辱负重才让公孙杵臼的死有意义。飞蛾扑火精神可嘉，但灰烬过去，没有一点光华留下。而忍辱负重者，方能扛起责任和历史!活着，才有希望!几千年前如此，当下亦如此! 回到半导体，中国几千家芯片设计公司，多数在中芯生产，在全球产能都极其紧张的当下，如果中芯“慷慨赴死”，那中国几千家公司很难拿到产能，这样中国的设计产业会遭到致命打击;更进一步，国产设备材料的发展，更不可能指望国际公司进行初始验证。 某种意义上中芯既担负着为国内设计公司提供产能的重任，又担负着支持国产设备材料验证的使命，这不仅是中芯的实力决定，更是半导体产业中制造业的产业规律使然。 网络自媒体里面不负责任的轻巧话儿好说，键盘侠、打嘴炮容易，但这对中国半导体发展有意义吗?中芯固然可以选择玉石俱焚，但为了中国产业的大局，几百家设备材料公司、几千家设计公司更需要中芯坚强地活着! 四、怎样看中国半导体的现状? 1、半导体，我的国目前还不厉害 过去互联网上过多的“厉害了我的国” 的言论，过多的“填补空白，实现赶超”的喜讯，让不少人甚至某些领导产生了我们半导体飞速发展、大干快成的错觉。华为事件、科创板等又让中国的半导体成为媒体关注的重点。网上很多关于芯片的文章为对中国半导体产业不了解的人所写，里面有不少妄自尊大的言辞，自我吹捧的宣扬。 实际上作为后进者，中国的半导体产业是落后很多、差距很大的，在这个领域，我的国目前并不厉害。 2、半导体产业美国从政治和技术上都有很强的主控、领先、主导权 本来集成电路就是美国发明主导的，美国对半导体的主导权始于过去，始终掌控在手中，领导权依然稳固如初。因为游戏规则都是他们定的，原创技术是他们发明的，以至于很多非美国的知名企业也受制于美国。在冲突中，我们看到了不少非美公司的犹豫和为难，这不仅仅是地缘政治上受限于美国，更是因为技术上也受制于美国。 很无奈，但是这就是现实。 3、即使是已经独立自主的产业，当寻根朔源时依然摆脱不了依赖 有些专家把自己说的很强，给了人民群众认为中国半导体在不少关键方向已经独立自主的错觉，但可惜真相并非如此。中兴华为事件后，之前被誉为取得重大突破、填补空白的设计产业却并不能解决芯片问题;海思事件后，国内的制造业也依然无法为海思生产，并不能解决制造问题;同样如果中国制造被制裁后，国内的设备材料公司能解决问题吗?和平立项时的慷慨激昂和战争立功时的无可奈何，就是这么矛盾却和谐地出现在中国半导体产业每一个环节中。 比如我们现在寄予厚望的设备产业，其实中国设备产业的产值在全球设备市场的占比不到2%!同时国内不少设备企业的关键部件也是国际供应商甚至不少美国技术，而不少设备材料企业的核心团队往往是美国国籍。如果真的中芯有难，他们同样会遇到中芯今天的难题。 中芯之事，对中国半导体产业有着巨大的影响!但遗憾的是目前并未引起更高的重视，反而网络上一片指责谩骂的声音。在自媒体时代，舆论的多元化是正常的。但不谴是非，以与世俗处。我们希望专家学者、领导政要、产业各界能充分意识到上面三点，能理解中国半导体产业、理解中芯面临的艰苦处境，不为各种浮躁的声音所干扰! 我们更呼吁，要给予中芯足够的耐心和支持，给予安静的发展环境。指责谩骂于事无补，言论攻讦无济于事，我们应该要多些换位理解，多些切身体会。更要理解低头需要勇气，忍辱负重更难!只有度过黑暗，才能见到光明，只有好好地活下去，才能为中国产业做出更大的贡献。 五、中国芯，如何做? 自力更生、做全产业链可能是一种方案，但这需要建立在更有耐心、更长时间、更加专业等众多成功要素基础上，这不是解决当下问题的最优选择。 或许华为这样以一己之力对抗美国制裁的做法，让我们感受到了中国技术的实力和昂扬的士气。但华为毕竟是独一无二的，我们需要华为这种提升斗志、正面作战的企业，但同时我们也需要更多迂回斡旋、砥砺前行的非华为企业。 或许政府业界对中芯寄予了很高的期望，或许人民群众期待中芯和华为一样“正面硬抗”美国。但中芯更加依赖全球性的供应和技术，而且即使强大如华为，在全球一体化大背景下，在当下美国掌握半导体主导权的背景下，也在与美国积极沟通，希望长期合作。这不是软弱，更不无能，而是务实之举，也是“留得青山在、不愁没柴烧”的中国智慧。 弯道和曲折虽然让我们多走了几步路， 但它会让我们走得更远。没有任何大江大河能直线前往，因为只有曲折迂回才能通往大海!同样通往星辰大海的芯路也会曲折反复，甚至折回!但唯如此，才能不畏山阻道长，才能行则将至。 要解决眼前的芯片难题，我们要么跳出芯片看芯片，在国家这个更大的范畴中和更高的全局中考虑芯片的定位;要么务实分析我们的产业长短板。现阶段我们芯片产业最强的两段，一个是资本、一个是市场，要充分利用好这两个长板。金融上扩大开放、产业上结合市场扩大纵深。 如果能在金融和市场开放上做更大文章，与众多国际优秀企业探讨在新的形势下，通过资本开放、金融开放、市场开放，以开放促合作，以合作求发展，共同寻找新时期的合作模式。 在这非常之时机，半导体产业作为非常之产业，要有进入准战时状态的思维，而作为产业中流砥柱的代工业更应该居安思危，以变应变。芯谋研究很早就提出了产业三线的观点：大力扶持现有量产企业积极扩产，新增相关主体，战术上为中国半导体产业的发展提供更多产能支撑，战略上为持续增强中国半导体产业生态安全提供保障。 对中芯来说，积极沟通，争取以时间换空间;而国内适度增加新的主体，布局产业三线，则是以空间换时间。 在这敏感的时代、敏感的产业，一个分析师往往很难判断产业的全局走向，同样一个企业也很难在政治过度干预的当下，做出令各方满意的决策。中芯不易，中国芯更难! 河流，无形无态，能奔流、能缓行、能弯曲、能冲击，但初心不改，目标始终是大海。我们希望中国资本的热情，可以转化为推动产业发展壮大的动力，我们也希望整个产业同仁可以风雨同舟，携手并进，砥砺前行，共同筑起产业大厦的牢固根基。

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