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台积电力压三星英特尔,拿下苹果订单的秘密武器

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来源: 天下杂志   发布者:天下杂志
热度46票   时间:2018年4月27日 05:30
原标题:一个“小媳妇部门”成为台积电力压三星英特尔,拿下苹果订单的秘密武器

为达成一个被视为“根本不可能成功”的任务,他受命负责一个“小媳妇部门”,9年后,竟成为台积力压三星、英特尔的秘密武器。

2017年11月21日上午,台积电董事长张忠谋出现在台湾地区“总统府”。他很难得的坐在台下当配角,看着部属、台积研发副总余振华从“总统”蔡英文手中领奖,边鼓掌。

这是台湾地区科学领域最高荣耀,两年颁发一次的“总统”科学奖。过去得奖者都是中研院院士。

张忠谋不但推荐余振华角逐,得奖后,还亲自道贺,让余振华又惊又喜。


结束后,张忠谋也不疾不徐地对现场媒体详述部属功绩。余振华得奖,靠的是他潜心研发两个先进封装技术──InFO(整合扇出型封装)跟CoWoS。并指着一旁记者手中的iPhone说,“这个就有InFO,从iPhone 7就开始了,现在继续在用,iPhone 8、iPhone X,以后别的手机也会开始用这个技术。”

赢在30%厚度,让台积连吃三代苹果

早年,苹果iPhone处理器一直是三星的禁脔。但台积却能从A11开始,接连独拿两代iPhone处理器订单,让业绩与股价持续翻红。

关键之一,就是余振华领导的“整合连结与封装”部门,开发的全新封装技术InFO,能让芯片与芯片之间直接连结,减少厚度,腾出宝贵的手机空间给电池或其他零件。

余振华解释,手机处理器封装后的厚度,过去可厚达1.3、1.4毫米。“我们第一代InFO就小于1毫米,”余振华说。也就是减低30%的厚度。

“他让台积连拿三代苹果订单,”与余振华熟识的前任半导体协会理事长、钰创科技董事长卢超群说。

时间回到2011年的台积电第三季法说会。当时,张忠谋毫无预兆的掷出一个震撼弹─台积电要进军封装领域。

第一个产品,叫做“CoWoS”(Chip on Wafer on Substrate)。意思是将逻辑芯片和DRAM放在硅中介层(interposer)上面,然后封装在基板上。

他提到,“靠着这个技术,我们的商业模式将是提供全套服务,我们打算做整颗芯片!”

这消息马上轰传全球半导体业。

梳着西装头,外表看起像个公务员的余振华,也从那时开始密集出现在国内外各大技术研讨会,大力推销这个自己发明、命名的新技术。

当时《天下》记者也对这位处长印象深刻,因为他侃侃而谈、甚至舌战群雄的模样,与一般台积人的低调风格大不相同。

晶圆代工龙头宣告跨入下游,市场登时对封测专业厂的前景打上问号。

日月光、矽品只好到处消毒,说CoWoS这技术只能用在“极少数”特定高端产品,影响有限。

他会毫不客气的呛回去,“以后所有的高端产品都会用到,市场很大。”

封测界的不满逐渐累积。终于在一场技术研讨会爆发。

一位矽品研发主管在余振华演讲后发难,“你的意思是说我们以后都没饭吃了,不用做事了?”让大会主持人赶紧出来打圆场。

不久之后,余振华突然在公开场合销声匿迹。“我们想说他怎么消失?后来就听说,是张忠谋出来,要余振华低调一点, ”一位不愿具名的封测厂大厂主管说。

当时余振华的直属上司,前台积电共同营运长蒋尚义接受《天下》专访,解释台积进入封测领域的来龙去脉。

原来,2009年,张忠谋回任执行长,并请已退休的蒋尚义重新掌舵研发。当时最主要任务之一,就是开发所谓的“先进封装技术”。

“因为摩尔定律已经开始慢下来,从整个电子系统面来看,在电路板和封装上,还有很大的改进空间,”他说。

过去几十年,摩尔定律的耀眼光芒,让整个电子系统其他部分的进步,都显得不起眼。封装产业的发展重点也因此移到降低成本,已许久没有重大技术突破。例如,业界主流的高端技术──覆晶,是个50年前就开发的技术。

张忠谋大力支持,拨了400个研发工程师给余振华,他也不负众望,两、三年后顺利开发出CoWoS技术。

但直到开始量产,真正下单的主要客户只有一家——可编程逻辑门阵列(FPGA)制造商赛灵思(Xilinx)。
此时,连在台积辈分极高的“蒋爸”,都感受到内部压力。“(好像)某人夸下海口,要了大量资源,做了个没什么用的东西,”他回忆。

冲冲冲,从三星手上抢下苹果肥单

能否夺下iPhone处理器订单尤其是关键。

这个举世第一肥单,长年由三星独揽。例如,2013年量产,用于iPhone 5s的A7处理器,黑色树脂里头,采用的是超薄的PoP(Package on Package)封装,直接将一颗1GB容量的DRAM与处理器叠在一起封装。
三星是举世唯一可量产内存与处理器,也有自家封测厂的半导体厂。由它承制,整个A7处理器可在“一个屋顶”下完成,在成本、整合度拥有巨大优势。

因此,尽管三星的Galaxy智能手机带给苹果的威胁愈来愈大,苹果仍无法摆脱对劲敌的依赖。直到2016年的iPhone 6s,尽管已引进台积,但仍须与三星对分处理器代工订单。

导入CoWoS技术,理论上可让处理器减掉多达70%厚度。但客户却意兴阑珊。

某天,蒋尚义和一位“大客户”的硏发副总共进晚餐。对方告诉他,这类技术要被接受,价格不能超过每平方毫米1美分。

但CoWoS的价格是这数字的5倍以上。

台积电当即决定开发一个每平方毫米1美分的先进封装技术,性能可以比CoWoS略差一些。

“我就用力冲冲冲,”余振华说。他决定改用“减法”,将CoWoS结构尽量简化,最后出来一个精简的设计。

余振华马上向蒋尚义报告,在白板上画图给他说明,“我最后几句话还没讲完,蒋爸已经不管,马上跑去跟董事长讲,挖到一个大金矿。”他回忆。

这就是首度用在iPhone 7与7Plus的InFO封装技术。该技术是台积独拿苹果订单的主要关键。

而且,不只一代。包括几个月前上市的iPhoneX,今年接下来的新款。一位外资分析师表示,愈来愈多迹象显示,甚至2019年、2020年的苹果新产品,台积通吃的可能性愈来愈高。

一位也曾参与苹果订单的封测厂高端主管则认为,三星算是“大意失荆州。”

当台积提出InFO,封装经验较台积丰富的三星,却发生误判,以为只要将既有的PoP技术稍微改良,就可达到苹果要求的厚度水准。

因此错失先机后,三星要再冲刺自己版本的类InFO技术,就已追赶不及。

打破不可能,“小媳妇”立大功劳

2016年11月,当首度采用InFO技术的iPhone 7大量出货之际,台积公告,立下大功的余振华,晋升为整合连接与封装副总经理。

“一开始没人看好,”余振华感叹。

一位出身台积、担任封装厂主管的前辈,曾当面告诉他,“你们台积电根本不可能成功!”

首先,成本面难与封测厂竞争。因为封装厂也在发展类似技术,而台积的人力成本远高过封装业,因此要求产品毛利要达到50%,但日月光、矽品只要20%就能做了。

外资分析师也看衰。例如,美商伯恩斯坦证券分析师马克.李(Mark Li)当时的研究报告写着:“InFo会让台积相对于英特尔与三星更有竞争力吗?不,我们不认为。”

他认为像三星跟英特尔在封装领域累积的的经验与技术,远胜刚要入门的台积电。例如英特尔跟三星在“扇出型晶圆级封装”的专利数分别名列全球第二、三。而台积连前十名都排不进去。

这些看衰的意见,都言之有理。为什么余振华能够逆转乾坤,完成这个“不可能任务”?

他给了一个令人意想不到的答案,“就豁出去了, I have nothing to lose。”

他斜靠着采访地点的沙发,惨然笑着。

原来,那段时间,正是他人生的谷底。

余振华算是台积第一批归台学人,加入时间甚至比蒋尚义还早。

他在台湾清华大学念完硕士之后留美,在乔治亚理工学院拿到材料博士后,在著名的贝尔实验室做半导体研究,90年代初期就回台加入台积电,历经先进微缩技术处长、先进模组技术处长。

一位与他认识的前半导体业主管指出,当时余振华“都走在技术的最前端”,台积的CMP(化学机械平坦化)制程,便是他设立的。

台积上一个里程碑,是成功在2003年量产、从此大幅拉开与联电差距的0.13微米一役。

当时,受行政院表扬的0.13微米技术团队六位主管,余振华负责的业务转为铜导线与低介电物质,归类于“后段”制程。

原先他负责的先进模组技术,此时由日后投奔三星的梁孟松主管。

他从半导体厂投入资源最多、对产品性能影响最大的前段制程研发,几年间移到后段,最后落脚到“半导体业的传产”──封装。

在这个追逐摩尔定律,以不断“微缩”为主要使命的超高压行业,这形同从最受瞩目的一级战区,被流放边疆。

深深的吐出一口气之后,余振华说,“一开始人不多,前段、后段都我做嘛,到后来人才多了起来,我就一直退、退、退,退到封装去了。”

5年烧坏几千片晶圆,开创CoWoS封装时代

余振华透露,那段时间不只工作变化大,连家庭、家人也出现状况,人生陷在低潮,让他反而燃起破釜沉舟的决心。

台积的InFo与CoWoS,都属于“晶圆级封装”技术,也就是直接在硅晶圆上完成封装。因此可以大幅缩小体积、提高效能。

台积电身为全球第一个量产晶圆级封装的半导体大厂,走在前沿,便有层出不穷的技术难题得解决。例如,棘手的Warpage(晶圆绕曲)问题。

一位也参与苹果订单的封装业高层透露,台积付出昂贵的学费,5年间产线烧坏了几千片昂贵的晶圆。

“听说良率一直上不去,直到去年才达到八成。”一位台积大客户主管也说。

2016年开始,余振华的漫长坚持,终于开始看到曙光。

CoWoS的新客户大量出现。他当年的预测成真:最新、最高端的芯片,真的都非得用CoWoS不可。

因为CoWoS可让此类产品的效能提升3到6倍。

该年,英伟达(nVidia)推出该公司第一款采用CoWoS封装的图形芯片GP100,为最近一波人工智能热潮拉开序幕。包括,翌年AlphaGo打败世界棋王柯洁背后的Google人工智能芯片TPU 2.0,这些举世最高性能、造价最高的人工智能芯片,都是CoWoS封装、台积制造。

甚至,连2017年底,英特尔与脸书合作推出,要挑战英伟达垄断地位的Nervana类神经网络处理器,都不例外,乖乖的交给台湾竞争对手代工。

“没有CoWoS,最近这么一大波AI不会这么快出来,”余振华自豪地说。他并表示,现在CoWoS的产能已是供不应求。

他并透露,手中还备有几款秘密武器,未来将一一现身。

过去几年,外界在看台积、三星、英特尔的三雄竞争,眼光都摆在七纳米、EUV等梦幻技术的进度。结果,原先不起眼的封测部门,现在俨然成为台积甩开三星、英特尔的主要差异点。

追根究柢,得归功于余振华这十年来的“坚持”。

“我觉得他是个典范,”一位台积主管说,“这么聪明能干的人,可是公司在人事上挪来挪去,他没有怨言,你派我去做什么就做什么,可是我做就一定做到最好。”

余振华
现职:台积电副总经理
学历:清华大学物理系学士、硕士,美国乔治亚理工学院材料所博士
经历:美国贝尔实验室、台积电整合连接与封装处资深处长


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