行遠(yuǎn)自邇 篤行不怠
——記廈門大學(xué)微電子與集成電路系主任、廈門云天半導(dǎo)體科技有限公司董事長(zhǎng)于大全博士

蔡巧玉

“無(wú)論是延續(xù)摩爾定律，還是拓展摩爾定律，都離不開先進(jìn)封裝技術(shù)，先進(jìn)工藝和先進(jìn)封裝是推動(dòng)集成電路制造技術(shù)的兩個(gè)引擎?！?021年5月19日，集微龍門陣首次線下論壇舉辦，在這場(chǎng)以“半導(dǎo)體供應(yīng)鏈重整時(shí)代下，先進(jìn)封測(cè)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇”為主題的盛會(huì)上，廈門大學(xué)教授于大全以“新時(shí)代先進(jìn)封裝技術(shù)”為主題發(fā)表演說(shuō)，將我國(guó)封裝技術(shù)多年發(fā)展、“從零到一”的艱辛歷程娓娓道來(lái)，同時(shí)，面向新時(shí)代，對(duì)封測(cè)技術(shù)的發(fā)展提出自己更高的目標(biāo)。

由表及里，逐步走進(jìn)零級(jí)封裝

封裝技術(shù)，是將制備合格的芯片、元件等裝配到載體上，采用適當(dāng)?shù)倪B接技術(shù)形成電氣連接、安裝外殼，構(gòu)成有效組件的整個(gè)過(guò)程，是連接芯片內(nèi)部電路和外部電路的橋梁，是實(shí)現(xiàn)芯片功率輸入、輸出與外界連接的途徑。

我國(guó)封裝技術(shù)初現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，騰飛于集成電路產(chǎn)業(yè)內(nèi)成果遍地開花的21世紀(jì)，隨著中國(guó)在設(shè)計(jì)、制造領(lǐng)域的強(qiáng)勢(shì)崛起，特色工藝及封裝測(cè)試也進(jìn)入了提速的賽道。

研究生碩博連讀期間，于大全就與封裝技術(shù)結(jié)下了不解之緣，堅(jiān)定了在先進(jìn)封裝道路上不斷探索的決心。他2004年博士畢業(yè)，在告別了母校——大連理工大學(xué)后，走出國(guó)門，到彼時(shí)更為前沿的科技世界一探究竟。2005年，功夫不負(fù)有心人，他成功申請(qǐng)獲批德國(guó)“洪堡學(xué)者”這一殊榮，開始了在德國(guó)夫豪恩霍微集成和可靠性研究所近一年半的研發(fā)工作，走進(jìn)了“芯片堆疊技術(shù)”這一領(lǐng)域的大門。之后，于大全到新加坡微電子研究所工作了3年，開始接觸到圓片級(jí)封裝、微機(jī)電系統(tǒng)封裝和硅通孔等前沿技術(shù)。在微電子封裝中，零級(jí)封裝一般指圓片級(jí)的芯片連接，一級(jí)封裝指芯片級(jí)封裝，二級(jí)封裝指電路板級(jí)的封裝，而三級(jí)封裝則指的是整機(jī)的組裝。通過(guò)5年海外學(xué)習(xí)和工作，于大全的研究方向也逐漸從二級(jí)封裝技術(shù)逐漸深入到零級(jí)封裝，在研學(xué)路上由淺入深、由表及里，最終觸摸到了芯片封裝技術(shù)的最前沿與核心的部分。

于大全

2010年在加入中國(guó)科學(xué)院微電子研究所任“百人計(jì)劃”研究員后，于大全發(fā)現(xiàn)，彼時(shí)我國(guó)的“硅通孔”技術(shù)發(fā)展正處于起步階段，但海外早在10年前就已有實(shí)驗(yàn)研究，這令深耕于該領(lǐng)域數(shù)年的于大全心焦不已。硅通孔（TSV）是一種穿透硅晶圓或芯片的垂直互連技術(shù)，可讓三維集成電路（3D IC）封裝遵循摩爾定律且可堆疊多片芯片。此技術(shù)能降低成本并有效提高系統(tǒng)的整合度與效能，在三維封裝和三維集成電路中具有重要應(yīng)用，技術(shù)的應(yīng)用前景極為廣闊。于是，于大全在任職中國(guó)科學(xué)院微電子所研究員期間，在微電子所葉甜春所長(zhǎng)、室主任萬(wàn)里兮研究員支持下，開始組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開展科技攻關(guān)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步。2011年他在無(wú)錫江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心建立系統(tǒng)級(jí)封裝實(shí)驗(yàn)室，承擔(dān)硅通孔技術(shù)研發(fā)的國(guó)家02重大專項(xiàng)課題任務(wù)研究。2012年9月，華進(jìn)半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司成立，團(tuán)隊(duì)和技術(shù)成果轉(zhuǎn)入，并開始12寸硅通孔技術(shù)的研發(fā)。

2014年3月起，于大全任上市公司天水華天科技有限公司研究院院長(zhǎng)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)深入挖掘新型三維晶圓級(jí)封裝、扇出型封裝等先進(jìn)技術(shù)，并盡最大努力推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化。華天科技的產(chǎn)值從2014年的33億元一路提升至2019年的81億元，在全球封裝行業(yè)的排名由第14位提升到第7位。

產(chǎn)教融合，協(xié)同攻關(guān)先進(jìn)封裝

當(dāng)前社會(huì)正處于新技術(shù)與新應(yīng)用全面爆發(fā)的背景下，移動(dòng)設(shè)備、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G通信、高性能計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車、智能工業(yè)等新興行業(yè)得到快速發(fā)展，而這些技術(shù)與應(yīng)用必將對(duì)底層芯片技術(shù)產(chǎn)生新的需求?！靶酒δ茉綇?qiáng)大，對(duì)封裝技術(shù)提出的挑戰(zhàn)越多，這就如同我們蓋房子，設(shè)計(jì)、建造越好，對(duì)裝修水平的要求也會(huì)越高?！庇诖笕绱私忉屓缃駥W(xué)術(shù)界所面對(duì)的行業(yè)挑戰(zhàn)，也指出，近10年來(lái)，隨著摩爾定律放緩，芯片制造技術(shù)逐漸走到物理極限，芯片封裝技術(shù)變得極為重要。目前，被稱為“第四代封裝技術(shù)”的硅通孔（TSV）與扇出型封裝（Fanout）是兩種最重要的主流封裝技術(shù)。

隨著封裝技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，于大全深感國(guó)內(nèi)封測(cè)技術(shù)人才缺乏，基礎(chǔ)理論研究薄弱。2019年，于大全任職廈門大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，開展封裝技術(shù)基礎(chǔ)研究、人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐，探索產(chǎn)教融合發(fā)展模式。

廈門大學(xué)以其廣闊的平臺(tái)及高自由度的科研氛圍深深吸引了于大全，在加入廈門大學(xué)后，他組建了自己的團(tuán)隊(duì)，其中包含教授1名，副教授1名，助理教授3名，博士后1名，博士生7名，以及研究生12名。于大全帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)面向集成電路系統(tǒng)集成開展攻關(guān)，主要研究方向包括超高密度硅通孔技術(shù)、低成本玻璃通孔技術(shù)、三維芯片堆疊技術(shù)、芯片散熱技術(shù)、無(wú)源器件集成技術(shù)及巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)。此后，團(tuán)隊(duì)陸續(xù)承擔(dān)了廈門大學(xué)國(guó)家集成電路產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)的相關(guān)任務(wù)與國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、廈門市科技重大專項(xiàng)任務(wù)，以及集成電路龍頭企業(yè)橫向課題，進(jìn)一步開展合作研發(fā)。

“我國(guó)在大學(xué)內(nèi)投入的研發(fā)資源其實(shí)是非常多的，但是我認(rèn)為投入產(chǎn)出比仍然不夠高，例如我國(guó)的‘卡脖子’技術(shù)，5G射頻器件和封裝等，目前發(fā)展?fàn)顩r仍然較為薄弱。”想要解決問(wèn)題，便要深入產(chǎn)業(yè)迫切需求中去。于是，本著應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)解決關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)問(wèn)題的想法，2018年，廈門云天半導(dǎo)體科技有限公司應(yīng)運(yùn)而生，由創(chuàng)始人于大全擔(dān)任董事長(zhǎng)一職。再次深入產(chǎn)業(yè)的于大全更加如魚得水。

公司致力于面向5G應(yīng)用的先進(jìn)封裝與微系統(tǒng)集成技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，通過(guò)自主研發(fā)與協(xié)同創(chuàng)新，提供特色工藝、先進(jìn)封裝和系統(tǒng)方案。其主營(yíng)業(yè)務(wù)不僅包含晶圓級(jí)三維封裝、扇出型封裝、射頻模塊的系統(tǒng)封裝，也同時(shí)聚焦集成無(wú)源器件（IPD）制造技術(shù)與高密度玻璃通孔、高精度天線等高精密制造技術(shù)。其中，公司所研發(fā)的射頻芯片扇出型封裝和天線一體化（AiP）技術(shù)、濾波器圓片級(jí)封裝技術(shù)及片上集成IPD等工藝目前均處于國(guó)際先進(jìn)水平。

廈門云天半導(dǎo)體科技有限公司在廈門海滄已建立研發(fā)基地和量產(chǎn)孵化生產(chǎn)線，構(gòu)建了國(guó)內(nèi)稀缺的4/6/8英寸晶圓級(jí)三維封裝平臺(tái)。2022年4月，35000平方米新廠房將投入使用，生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到提升，具備從4英寸到12英寸圓片級(jí)制造和封裝能力。

碩果已成，獎(jiǎng)項(xiàng)激勵(lì)前進(jìn)腳步

2021年11月3日，2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在北京舉行，此次大會(huì)最不同尋常之處在于有5個(gè)半導(dǎo)體項(xiàng)目獲獎(jiǎng)。其中，于大全在硅通孔三維封裝技術(shù)研發(fā)上取得的成就也赫然在列。面對(duì)榮譽(yù)，他總是心懷感恩并謙恭有加：“榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)當(dāng)然并非我一人之功，我認(rèn)為這是對(duì)過(guò)去20年里，我國(guó)封測(cè)技術(shù)突飛猛進(jìn)，部分技術(shù)甚至趕超國(guó)際先進(jìn)水平的高度認(rèn)可，也是對(duì)業(yè)內(nèi)無(wú)數(shù)科研從業(yè)者的總體褒獎(jiǎng)?！?/p>

項(xiàng)目中，于大全帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)第一次完整研發(fā)了高深寬比（≥6∶1）8/12英寸硅通孔轉(zhuǎn)接板全工藝，完成深孔清洗、拆鍵合機(jī)理、背面銅露出、微凸點(diǎn)制造與三維互連技術(shù)研究；開發(fā)了硅后通孔三維晶圓級(jí)封裝技術(shù)；開展了直孔硅刻蝕、干法介質(zhì)層刻蝕、鍵合片低溫等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD）等重點(diǎn)關(guān)鍵工藝開發(fā)，并將相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于指紋識(shí)別、高性能圖像傳感器產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化量產(chǎn)。

一生一事，行遠(yuǎn)自邇。面向未來(lái)，于大全總結(jié)了新時(shí)代的先進(jìn)封裝趨勢(shì)，如先進(jìn)封裝將越來(lái)越成為延續(xù)和拓展摩爾定律的重要手段；先進(jìn)封裝將逐漸由中道技術(shù)向前道技術(shù)演進(jìn)，由線寬精度向亞微米邁進(jìn)；高密度TSV技術(shù)/Fan-Out扇出技術(shù)由于其靈活、高密度、適于系統(tǒng)集成，成為目前先進(jìn)封裝的核心技術(shù)；先進(jìn)芯片堆疊、超高密度互連技術(shù)將成為先進(jìn)封裝核心工藝，今后越來(lái)越多的創(chuàng)新工作均會(huì)向這個(gè)方向會(huì)聚，為芯粒（chiplet）發(fā)展提供技術(shù)基礎(chǔ)；異質(zhì)集成、先進(jìn)微系統(tǒng)集成或成為更加棘手的業(yè)界新挑戰(zhàn)等。挑戰(zhàn)與機(jī)遇并行，是每一位科研人員習(xí)以為常的發(fā)展態(tài)勢(shì)，對(duì)于大全來(lái)說(shuō)，先進(jìn)封裝和微系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展之路仍然道阻且長(zhǎng)，但他堅(jiān)信只要不變初心、自強(qiáng)不息，終將干霄凌云。