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轉載丨“成都芯”突破“卡脖子”難題，跟回鍋肉有啥關系？

轉載丨“成都芯”突破“卡脖子”難題，跟回鍋肉有啥關系？

發布時間2024-09-18


“鹽煎肉是直接生肉下鍋，回鍋肉則需要先煮后炒。我們做的事，簡單理解就是鹽煎肉與回鍋肉的區別。”

別誤會——這里并非川菜大廚的廚藝分享會，而是芯仕成的“芯片小課堂”。

當被問到其濾波器芯片跟以往有何不同時，成都芯仕成微電子有限公司（以下簡稱“芯仕成”）創始人、“長江學者獎勵計劃”青年學者、電子科技大學電子薄膜與集成器件國家重點實驗室教授、博士生導師——吳傳貴用兩道菜我們打了一個形象的比方。

“在傳統的原材料基礎上，我們增加了一套工序，讓它變成了一個全新的產品。”
常言道，治大國若烹小鮮，需要掌握好“火候”和“佐料”的使用——制芯片也是如此。更重要的是，這盤“菜”的掌勺權，必須握在自己手里。
去年10月，華為無線網絡產品線總裁曹明在“2023全球移動寬帶論壇”期間，發布了全球首個全系列5.5G產品解決方案。自2019年被美國列入實體清單以來，面對外部的“卡脖子”威脅，華為一步步實現了5G芯片設計以及研發制造從0-1的突破。
目前，從擁有5G芯片到實現真正的5G通信之間，仍有一關鍵部件無法繞開國外技術的壟斷，它就是射頻前端中的“濾波器”。
在此背景下，吳傳貴帶領團隊研發了新一代單晶壓電薄膜濾波器，以最為核心的壓電材料技術作為突破口，從基礎材料、新型結構以及關鍵工藝三方面同時入手，構建了材料制造-芯片設計-芯片制造的完整技術體系，成功突破了國外巨頭對濾波器技術的壟斷和封鎖。
當前，成都市全力推進“進萬企、解難題、優環境、促發展”工作。成都新經濟企業俱樂部與西部科創投資聯盟在“新聲”欄目第二站，對吳教授創立的芯仕成開展深入調研，探究團隊以科技創新打破“卡脖子”封鎖、以科技成果轉化形成新質生產力的發展路徑，了解企業發展過程中對市場、融資、技術、人才等方面需求，為企業發展疏通堵點、化解痛點、消除難點。

01
新突破：
教授創業，用硬實力破解“卡脖子”難題

??在實現5G通信的過程中，濾波器發揮著至關重要的作用。
內嵌于射頻前端中的濾波器，主要負責保留特定頻段內的信號，同時濾除特定頻段外的信號，從而提高信號的抗干擾性及信噪比。通過濾波器的信號篩選、干擾抑制，芯片能夠在復雜電磁環境中更有效地傳輸和接收數據。

根據結構不同，目前全球主要分為表聲波濾波器（SAW濾波器）與體聲波濾波器（BAW濾波器）兩條技術路線。

SAW濾波器：SAW濾波器是一種用石英、鈮酸鋰或鉭酸鋰等壓電晶體為基片，在其表面拋光后在上面蒸發一層金屬膜，通過光刻工藝制成兩組具有能量轉換功能的交叉指型的金屬電極（叉指換能器IDT）。由于溫漂特性等因素的限制，普通saw基本更多應用于2.7GHz以下+低Q值（＜800）的低端頻段、低端市場。


BAW濾波器：BAW濾波器是體聲波器件，相較于SAW，性能全面提升：頻段更高（1GHz-7GHz），Q值高（＜3000），帶內插損小和帶外衰減大，體積小。因在高頻率和寬頻帶的技術優勢，可以提供更低的插入損耗、更好的選擇性、更高的功率容量、更大的運行頻率以及更好的靜電放電保護，從而在基站、手機、物聯網終端等高頻應用場景中表現出色。

前者受限于在頻率、Q值方面的表現，無法滿足高頻應用場景。后者性能全面提升，但生產成本要高出好幾倍。
全球龍頭博通已經搭建了非常完善的BAW專利保護陣列，對于采取不同模式，嘗試BAW規模出貨的企業來說，高筑的專利壁壘始終是其摘不掉的“金箍”。
處于全球供應鏈中的華為，面對的正是一個日本和美國等海外玩家占主導的濾波器市場。
困難時期，突破封鎖、解決國家卡脖子難題的共同使命把華為與電子科大緊密聯系在了一起。
“華為頻繁地來到學校尋求技術上的合作，讓我們意識到產業鏈對濾波器的急需”吳傳貴如是說。

雖然供應鏈受阻，但由村田與高通的技術競爭而催生的產業變革，為后來者帶來了一次彎道超車的機遇。
2020年，在原有的SAW之上，村田首創TF-SAW（也叫IHP高性能濾波器，Incredible High Performance），在壓電層下方增加載體襯底（Si和SiO2）減少能量耗散，同時具備低插損、低頻率溫度系數、高Q值和高帶外抑制的特征。
高性能之外，相較于SAW “五花肉”只增加了一層薄膜，大批量下成本可以逼近SAW。
從濾波器本質邏輯來看，制約濾波器性能的是材料，而非半導體設計。此輪產業變革的核心仍然圍繞材料展開，而吳傳貴自2014年便開始了該領域的材料研究。

“我大概從2014年開始研究這一材料，其實做的還是很早，甚至比目前行業最主要的法國供應商更早。” 

在研發層面的先發優勢，讓吳傳貴所在的電子科技大學電子薄膜與集成器件國家重點實驗室在此輪產業變革中占據了有利身位。
2019年吳傳貴創立成都芯仕成微電子有限公司，正式開啟濾波器材料的科技成果轉化之路。2021年，電子薄膜與集成器件國家重點實驗室--華為公司“濾波器與電路技術”聯合實驗室掛牌成立。

自此，實驗室在技術層面超前布局，芯仕成則根據行業現有需求積極推進產品的轉化與量產。
經過5年的努力，此前實驗室里的技術成果已經轉化為具有完全自主知識產權的單晶薄膜復合晶圓材料，一舉解決了國內在高端射頻濾波器“卡脖子”的難題。
該材料具有高性能、低成本、高兼容性的特點，可結合現有半導體工藝快速開發新一代TF-SAW產品，工作頻率較現有產品相比有3-5倍提升，最高可達15GHz，承載功率較國外產品提升4.25倍。與BAW相比，同等條件下芯片面積減小77%，制造工藝步驟減少78%。

XPOI-V：以單晶硅為基底，中間為氧化層，表面是一層幾百納米的單晶壓電薄膜，通常為鉭酸鋰或鈮酸鋰。平整度好、粗糙度低、一致性高，制作的TF-SAW工作頻段可覆蓋0.8GHz-4GHz，具有插損小、Q值高、承載功率大等優勢。 


XPOI-R: 以單晶硅或鈮酸鋰為基底，中間為多層薄膜，表面是一層幾百納米的單晶壓電薄膜，通常為鈮酸鋰。平整度好、粗糙度低、一致性高等特點，制作的TF-SAW工作頻段可覆蓋2GHz-15GHz，具有頻率高、帶寬大、插損小、Q值高、承載功率大等優勢。 


Bonding wafer：以單晶硅、石英或碳化硅等為基底，中間為氧化層，表面是微米級的單晶壓電薄膜，通常為鉭酸鋰或鈮酸鋰。平整度好、粗糙度低、一致性高等特點，制作的TC-SAW工作頻段可覆蓋0.8GHz-4GHz，具有溫度漂移系數小的優勢。

對于此前難以逾越的專利壁壘，芯仕成已圍繞新材料、新結構、新工藝三大方面構建了完整、全面的專利體系。
至今已累計共54項專利，其中包括PCT4項、中國專利發明51項，主要涵蓋新型壓電材料、高品質亞微米級單晶薄膜、多物理層仿真與電磁兼容設計、新型薄膜轉移集成技術等。
此外，公司打造了具有全球領先優勢的“材料-芯片-器件”全技術鏈條，走出了一條全新的技術路線。
通過齊全的工藝、檢測和輔助設備，可獨立完成從離子注入、化學機械拋光、晶圓減薄到鍍膜的完整工藝和晶圓加工中膜厚、輪廓、應力等相關檢測，部分關鍵設備及工藝為自主開發，具有獨創性。2023年被認定為成都高新區集成電路材料中試平臺。
規模出貨能力方面，芯仕成建設有3,000平方米高等級超凈車間，年產量可達50,000片4-8英寸單晶薄膜復合晶圓。
02
新應用：
市場廣闊，新技術路徑或顛覆集成電路產業

芯仕成憑借單晶薄膜復合晶圓材料所填補起的高端射頻濾波器市場，空間巨大，應用廣泛，且需求迫切。
涉及領域包括，智能手機、射頻前端模組、移動通訊基站、Wi-Fi路由器、可穿戴設備、特種行業應用等。
智能手機，是其中最大的應用市場。隨著通信技術從2G發展至5G，通信頻段數目逐步增加（從2G的4個頻段上升到5G的50余個頻段），一臺5G手機，可能需要集成100多個濾波器。

當下SAW濾波器已在2G（GSM）的B1(2100 MHz), B3 (1800 MHz), B5 (850/900 MHz)得到了廣泛應用。
在頻段較低的領域如藍牙，導航（GPS、GLONASS、Galileo、北斗）、部分衛星通信場景，SAW濾波器也得到廣泛應用。
而2GHz以上的高頻通信，特別是3G（UMTS/HSPA）和4G（LTE），芯仕成研發的單晶薄膜復合晶圓可以用于TF-SAW的制造，通過引入溫度補償工藝和超級薄膜工藝，性能可與BAW媲美。

隨著5G手機的普及和物聯網的發展，單單這一濾波器市場，全球規模就達到1000億，其中國內市場需求占據50%-80%，是手機射頻前端價值量最高、增長最快的單品器件，并保持著年均10%以上的增長。
而國產濾波器替代率只有5%左右，出口幾乎為零，替代空間巨大。
值得一提的是，目前公司所具備的單晶薄膜復合晶圓技術路徑，除了濾波器外，還可以作為任意芯片原材料的制成路徑。
現階段，芯仕成將濾波器這一卡脖子最嚴重的領域作為技術切入點，未來有望從材料領域為下游集成電路帶來更多的顛覆性變革。通過性能的多倍提升，成本的大幅降低，擴大集成電路應用場景，隨之而來的則是更廣闊的產品市場。

03
新征程：
邁過0到1，向著1到1000再出發

截至目前，帶有強烈“教授創業“色彩的芯仕成，在川發展院士基金、英諾天使基金等產業基金、市場化基金的加持下，不斷匯入資本、上下游伙伴、市場資源，走過了技術轉化為產品，并使產品具備生產條件、具備量產能力的準備階段，從產業和企業的雙重層面，邁過了0到1的突破。
接下來，公司將專注于1到1000的發展，根據市場需求進行產能擴充，推進批量生產與規模擴展。
不管是0到1的產學研轉化，還是1到1000的產能擴充，都對吳教授這位“教授創業者“提出了更高的要求。對此，擁有雙重身份的吳教授，分享了自己的心路歷程。

“在學校做創新、做研究時，關心的是夠不夠‘新’。對于產業化、商業化來說，‘新‘也可能意味著沒有成熟的供應商，無法實現批量化生產。


批量化生產也有比實驗室更加復雜的生產流程。實驗室可以通過1%的成功率來驗證原理的正確，批量化生產中則需要確保每個環節的準確性，從而帶來足夠高的成功率來滿足市場需求。” 

對于公司運營管理和產品商業化，吳教授保持了更加開放的心態，“工程師有比我強的地方，并不是我是教授，我的水平就比你們高，你首先要接受這一點。”
芯仕成的團隊中，技術骨干團隊碩博人才比例高達75%，其中包含12位博士。而在團隊搭建上，芯仕成選擇的所有成員，均具備集成電路行業跨國公司、上市公司或行業頭部企業從業經驗，平均從業時間大于十年。

這讓芯仕成在實驗室技術優勢基礎上，又增添了不可或缺的市場經驗、產品研發經驗，這讓公司的產學研轉化之路走得更加扎實、順暢。
未來，芯仕成將“用顛覆性技術變革集成電路產業”作為企業的愿景，用“求實、坦誠、團隊、勤奮“作為企業的價值觀。
而對于公司的使命，作為一名學者，也作為一名創業者，吳教授坦言：“我們做的工作可能已經超脫了一家普通的公司做產品掙錢，它還有比較大的社會價值。”
對于這份社會價值，在提及國家面臨的“卡脖子”困境時，作為一名學者，吳傳貴帶一絲歉疚地表示：“我做研究做得很早、技術成果做得再好，如果不能轉化成產品，還是不能解決國家的產業問題、經濟安全問題。”
而提及芯仕成所取得的成果與突破時，一向安靜沉穩的吳教授，語氣突然變得興奮又欣喜：“因為我們在這個過程中又做了一些技術創新，我們做的良率、性能、可靠性，會比現在法國那家公司做出來的高很多。”
當說出“高 很 多”這三個字時突然閃出的光亮眼神，讓新聲看到了吳教授作為一名學者兼創業者，在用自身研究成果打破國家“卡脖子”鎖鏈的過程中收獲到的由衷快樂。

當前，作為成都首個萬億級產業，電子信息產業已成為成都規模最大、實力最雄厚，并具有全國比較優勢的主導產業，具備“設計-制造-生產”完整產業鏈體系。集成電路也是成都優勢產業之一，是城市創新驅動、轉型發展的重要支撐。
芯仕成的成長之路，便是成都圍繞電子科大、四川大學以及中電科10所、29所、30所等一批高校和科研院所，開展集成電路產業攻堅的一個縮影。
成都新經濟企業俱樂部（NEEC）與西部科創投資聯盟將進一步落實習總書記在川視察時提出的重要指示，繼續深入重點產業鏈，在推進科技創新和科技成果轉化上同時發力，推動政策、資本、企業、市場、人才等關鍵要素向產業聚集，促進更多的科技創新成果賦能產業發展，加快形成新質生產力，推動新型工業化建設。
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文章來源：新聲、新經濟發展研究院