—— 打造大湾区IC生态圈，领跑中国IC设计与应用创新

新闻链接：
1、ChipChina：聚焦新基建、芯机遇
2、ChipChina：先进封装正挑起集成电路发展的重担
3、ChipChina：IC制造光刻机的发展趋势和技术挑战

作者：MizyHe

2021年4月15日，深圳机场凯悦酒店——由雅时国际商讯（ACT International）、重庆两江半导体研究院（CSEMI）主办的“晶芯系列研讨会”（ChipChina）顺利召开，会议得到深圳市半导体行业协会（SZSIA）、深圳产学研合作促进会、万众一芯、西电研究所、深创投五家单位的大力支持；同时我们也感谢Dialog、三英精仪、WISE、Betterlife、日月光ASE、UC Techip、OPS这七家优秀企业提供会议赞助。会议吸引了200多名全国各地的业内听众，他们是来自EMS/OEM、IC设计厂商、封测厂、材料原厂、IC代理等公司的管理人员、技术负责人、采购及销售人员等。场外跨界联合SMT以及半导体两个领域融合几十家企业的小型展示会也吸引了听众纷纷驻足咨询交流，现场气氛热烈，宾主尽欢。

围绕“集成电路应用技术创新发展”这个主题，本次晶芯研讨会共组织了九场专业演讲分别就三个方面展开话题：1）市场展望，探讨5G应用及如何构建本地化IC应用生态；2）IC设计与产品技术推介，包括RISC-V、BAW体波滤波器、触控芯片/生物识别、蓝牙设备间的无线测距技术应用；3）IC芯片的封装与产品可靠性研究。

自左至右介绍：优普士OPS总经理王少花女士、贝特莱BetterlifeIC设计总监张敏博士、西南科大微系统中心主任高杨教授兼会议主持人、重庆两江半导体研究院杨利华董事长、深港澳科技联盟顾问张克科先生、深圳半导体行业协会会长周生明先生、优矽科技总经理王路业先生、集微网副总戴辉先生、西电科电子可靠性（深圳）研究中心主任王文利教授、中国电器科学研究院威凯技术中心主任刘功桂教授、智邦总经理刘东先生，《半导体芯科技-SiSC》杂志销售总监刘婷女士，在此主办方衷心感谢诸位专家与讲师的努力与付出，感谢杂志编委会成员的莅临，同时感谢各家行业机构及赞助商的大力支持！

危中生机，百年不遇

深圳半导体行业协会会长周生明先生在欢迎致辞中提到，芯片行业正迎来百年不遇的大变局，如政治、疫情、新应用导入、自然灾害、人为事故等，使得缺芯涨价一跃成为年度热点话题，目前“缺芯”已从汽车、智能手机等终端应用市场蔓延至整条产业链，从晶圆/芯片/封测制造到上游的设备及材料供应商。另外，供应链的安全问题已凸显，从之前的零库存、安全库存直接上升到每个环节都在加强囤货。可以这么说，美国前总统让中国半导体行业认识到了什么才是核心技术、卡脖子技术，国产化的紧迫感导致国内整个半导体行业到处在抢技术、抢人才和抢资源。

集微网副总戴辉先生在题为《5G与芯片：过去、现在与未来》中也发表类似观点。追根溯源每次事件都给国内的芯片设计企业获得了新品导入机会，目前已崛起的国产芯片正是受益者，包括阻容感等分立器件、MCU/MEMS/IGBT/ MOS/PMIC、IoT（Wifi、蓝牙、PLC、4G...）、RF、车规芯片。这一波操作导致资本市场的繁荣加码建设新厂或升级工艺，成熟制程得以飞速发展；但先进制程决定了“数字霸权”，使得我国缺乏5G基站、HPC、大数据、AI领域的高端芯片设计，更遑论行业内津津乐道的高端半导体设备。

值得关注的是，深圳早在2004年就制定好了“四个转变”政策，在今日看来仍具前瞻性。据深港澳科技联盟顾问张克科先生（曾为深圳国家集成电路设计产业化基地创建期2000年首任主任）在《构建集成电路产业应用生态的深圳探索与机遇》报告中列举了当初拟定的四项转变：将EDA工具服务平台转为IP应用开发技术平台、从扶植个别单位转为建立核心产业链、从纯资金投入转为提供关键技术服务和市场资源，以及将个别工具技术培训转为系统培养扎实基础和实操性强的设计型人才。十多年来深圳凭借高屋建瓴的行业扶植政策、华强北的电子整合能力以及毗邻香港的地域优势而领跑国内IC设计领域，然而时过境迁，随着国内产业日渐成熟、全国其他城市开始重视和加大投入，深圳在IC建设方面的优势在削弱，比如领头羊遭遇美国的严防死守、晶圆/芯片/先进封测能力配套不足、房价太贵人才聚拢不易、教育医疗仍需百年树人、互联网平台的壮大等等；在芯谋研究发布的“2020年中国前十大IC设计公司”排行榜上，我们可以看到深圳的IC厂商只剩三家。

谈到具体的IC设计，优矽科技（UC）、Dialog、贝特莱（Betterlife）和西南科大微系统中心分别从IP设计和产品应用的角度分别做了精彩的演讲。

芯片设计与IC产品应用

移动终端的迅猛发展将ARM Cortex-A系列及其精简指令集RISC推向科技的潮头，使得ARM处理器理所应当成为移动终端无法替代的核心和逾越的鸿沟。进入新的应用时代上述平衡即将打破。开放指令（RISC-V）带来了开放与创新，使得IC设计更加自主并能够引领市场。厂商通过建造新的软硬件开源生态链、逐步推出基于Linux最小系统软硬件开发的微架构产品。其中英伟达在整个开源技术方面做得最好，在国内核芯互联、兆易创新、沁恒微、乐鑫科技、中科蓝讯、航顺芯片也推出RISC-V MCU产品，华为、中兴、全志等优秀企业纷纷加入行列中。据悉，未来两年内5~10%的手持设备将被这种“用软件来定义硬件”的模式所定义；预计2018~2025年间的CAGR值高达146.2％；2025年市场消费RISC-V CPU内核共624亿个，其中工业领域占比最大即26.78%。

优矽科技是一家以RISC-V开源指令集为基础，聚焦低功耗高性能处理器微架构研发，交付软件、硅知识产权及芯片级应用解决方案的科技创新企业，致力于成本相对更低的RISC-V商业IP设计和解决方案开发。2017年曾绕开ARM与西电科技大学合作。

优矽科技总经理王路业先生在《基于Linux最小系统的产业链协同创新》报告中，呼吁建立RISC-V软硬件生态（图1），为此他倡议：1）促进软件/工具链业态和物理工艺/晶圆厂硅IP业态的国产化与成熟化建设；2）基于RISC-V体系结构底层技术和应用场景，建立与之紧密耦合的量产芯片定义设计制造与市场销售体系；3）成立基于RISC-V中国基础研究平台和全球化中立合作联盟。

图1. 全球RISC-V生态圈。来源：Semico Research《RISC-V市场分析：新兴市场》@ChipChina报告之《基于Linux最小系统的产业链协同创新》

近十年来，触摸控制和指纹识别分别作为人机交互和生物识别技术的典型代表，在移动智能终端，泛物联网等领域得到了广泛应用。随着5G等技术的推广，触摸控制和指纹识别技术的应用场景将更加丰富，同时也面对更多的技术挑战。比如，为了在复杂的环境下提升使用体验并保持稳定性，要求有更强大的信号处理技术；为了在小型移动终端上获取更长的使用时间，要求更优的低功耗设计技术等。Betterlife恰逢时机，成功将业务从手机、穿戴（手表/TWS耳机）、平板、工控、智能门锁跨越至家电、IoT以及5G应用领域。

Betterlife公司IC设计总监张敏博士在《人机交互与生物识别技术的发展与应用》报告中，就IC的关键指标、技术难点、与其他竞争产品的参数比较三个方面分别对触控及指纹芯片进行宣讲。比方说，通过结合滤波及差分技术为触控IC降低电源干扰噪声，触控IC在工作及待机时的功耗做到比同类芯片下降50%左右；嵌入式指纹IC如何实现3D电容式指纹检测，使其具备更高分辨率以及更大的指纹识别区域，以及指纹IC如何实现低功耗、不带金属环及外挂TP芯片、抗静电干扰的高灵敏度的。相对其他同类产品，BF82160F表现为生产工艺更先进、供电电压更高、更易唤醒、支持蓝宝石、玻璃及陶瓷盖板。

Dialog半导体公司FAE经理王攀先生在《蓝牙设备间WiRa™无线测距及室内定位技术》的报告中，重点介绍了Dialog SmartBond™无线测距（Wireless Ranging SDK, 简称WiRa™）技术，包括其关键特性和优势、WiRa™与其他定位技术比较、WiRa™距离测量的效果、社交距离标签应用示例等。在高度集成、高功率效率、低功耗蓝牙SoC芯片DA1469x中整合了WiRa™功能。

WiRa™是可更精确地测量无线距离的Dialog专利方法，在典型的视线条件下，精确度可以做到10厘米级别，比基于信号强度（RSSI）的定位方案精确度提高了数10倍（图2）。作为一项精确度很高的无线测距技术，WiRa可以被广泛地应用于人员定位、物资管理、室内导航等众多应用场景。其中社交距离应用要求IC设计须在功耗与精度之间做平衡。最后王经理在报告中提供了WiRa™硬件开发套件及其可交付产品，有意向的用户可以作为参考。

图2. WiRa™精确的无线距离测量与低功耗蓝牙的所有优点相结合。来源：ChipChina报告之《蓝牙设备间WiRa™无线测距及室内定位技术》

过去十年，手机的广泛应用推动了RF滤波器的发展，而今后5G、无线通信、可穿戴电子以及物联网等新兴应用将为薄膜体声波（BAW）器件的应用提供更加广阔的空间。自2015年，BAW滤波器、双工器单品占全球智能手机应用中MEMS产品份额的1/3。未来五年随着手机的复杂度加大，高端手机所覆盖频段超过20个，将配置更多的无线接入技术（如WCDMA、LTE等），因此，BAW滤波器市场格局将迎来新的变化。更为重要的是，BAW技术将依托谐振器这一共同的构建单元，超越滤波器应用，迅速拓展到传感器、振荡器、环形器、天线等新的领域。

西南科技大学微系统中心主任高杨教授在《体声波射频与传感技术》报告中谈到BAW工作机理，它实际上是一种基于电-力-磁的薄膜版晶振（图3）。由于BAW传感器具有微型化、辐射效率效率高、低损耗、无需阻抗匹配电路，以及更利于工艺集成（MEMS工艺与IC工艺兼容）等特点，非常适用于工业科学医疗（ISM）。BAW滤波器之后的下一个爆款应用是什么呢？高教授提到了两种器件：BAW传感器和BAW时钟（高频）。目前国产BAW首推ROFS，而西南科技大学微系统中心主攻BAW芯片设计。

图3. BAW滤波器的结构分析。来源：ChipChina报告之《体声波射频与传感技术》

IC封装及组装一体化产生可靠性问题

芯片是现代电子信息产业的基础和核心，小到手机、电脑、数码相机，大到5G、物联网、云计算，全部都是基于芯片技术的不断突破。在多方呼吁之下，以市场为主导展开芯片研究已不只是市场验证的结果，更是我国集成电路行业的新政策。随着消费类产品更小、更轻、更薄、功能更多，要求芯片越小、I/O数越多、功率越大以及PCB越薄越柔，概括下来就是芯片的设计方向是大功率、高密度、微型化以及立体化。其中，立体化促使了芯片封装与组装的相互渗透与一体化，比如3D封装。

这些新的趋势带来更多可靠性问题，该如何做好产品的可靠性设计？除了确保IC设计、物料（元器件/辅料/PCB）、生产、测试环节的可靠性，还需一个关键的失效分析系统来全局把控（图4）；因此在题为《封装组装一体化趋势及可靠性设计与保障》的报告中，西安电子科技大学电子可靠性（深圳）研究中心主任王文利教授认为它更是一项基于失效机理认知的可靠性工程、基于DFX（DFM/DFA/DFR等）可靠性设计，具体表现为：1）对样机、试产、量产、使用中的故障问题收集整理、统计分析，确定失效分析项目；2）收集失效样品，分析失效机理PFA；3）明确失效根原因，提出改进方案；4）落实改进措施，达成改进目标。

图4. 失效分析技术是提高可靠性的关键技术方法。来源：ChipChina报告之《封装组装一体化趋势及可靠性设计与保障》

在IC元器件的应用过程中，可能由于封装形式本身的特征，因某些技术点的控制不合适，或者应用上设计不合理，导致更容易造成产品的质量问题。中兴通讯工艺研究高级系统专家王世堉先生在题为《典型IC封装的应用要求及常见问题》的报告中分析，造成产品质量问题的原因在于：封装形式的自身特征束缚，技术点的控制不佳，以及应用设计不合理。

万物互联通过细胞基站实现人与万物的通讯连接， 5G技术的崛起让未来物联网成为可能，据统计2020年每个人的数据需求达到45ZB。未来3C融合包括数据收集、连接（5G, 毫米波, WIFI）、计算（AI, MCU, MEMORY）。 ASE GROUP日月光研发副理崔军先生在《SiP封装工艺在5G和mmWave上的应用》报告中指出，作为实现这种互连的天线，目前产品采用的封装技术是SiP；然而跨入5G乃至未来毫米波领域，集成天线存在指标与成本上的约束，基于Fan-Out封装技术的天线对于设计公差有着很高的要求。