对2015年形势的基本判断
宏观经济持续复苏，全球半导体市场保持增长
由于全球经济持续复苏，市场增速不断回升的影响，2014年世界半导体产业保持者稳定增长的趋势。移动智能终端、平板电脑、消费类电子、工业控制、新能源汽车、节能环保、信息安全等产业的不断发展，成为全球半导体市场发展的重要推动因素。根据美国半导体行业协会（SIA）统计，2014年前三季度，全球半导体产业销售额2444.7亿美元，与上年同期相比成长10%，其中第三季度以870亿美元销售额创下历史单季度最高纪录，同比增长9%，增速为5.7%。受惠于个人电脑、笔记本电脑的回稳，4G技术渗透率提升，预计2014年全球半导体销售规模将达3255亿美元，同比增长6.5%。
展望2015年，随着苹果公司新款移动智能终端iPhone6、iPadAir2以及可穿戴设备Applewatch等产品的陆续上市，将进一步增强对移动处理器、存储器、指纹识别等芯片市场的需求刺激。同时，芯片产业发展现阶段以呈现出逐步由移动智能终端向智能家居和汽车电子等领域深入发展的趋势，受物联网新应用对各种传感器及低功耗、小尺寸芯片的需求增长等因素的影响，全球半导体市场业绩将持续向上攀升，销售规模有望达到3500亿美元，较2014年增长7.5%。
但是，随着半导体工艺尺寸逐步逼近硅工艺物理极限，摩尔定律的重要性正逐步减弱。2015年，半导体产业面临最大的挑战来自于先进制程不断攀升的成本投入，并可能长期影响整体产业的成长动能。因此，2015年虽然预计仍会有规模的成长，但如何能增加研发动能，以较低成本突破关键技术节点，将是2015年半导体产业最大的重点。
我国产业规模快速增长，技术水平不断提升
在宏观经济持续复苏，全球半导体市场保持增长大背景下，我国集成电路产业仍保持较快的增长速度。2014年前三季度，全行业实现销售额2125.9亿元，同比增长17.2%，高于全球同期增长水平7.2个百分点，产业规模进一步扩大。其中，设计业继续保持快速增长态势，销售额为746.5亿元，同比增长30%；制造业销售额486.1亿元，同比增长7.9%；封装测试业销售额893.3亿元，同比增长13.2%。芯片设计业占全行业比重达35.1%，较2013年提高了3.4个百分点，设计环节快速增长为我国下游芯片制造和封测环节带来更多订单，有效降低这两个环节对外依存度过高带来的产业发展风险。我国集成电路产业结构逐步优化。预计2014年集成电路产业销售额达到3000亿元，同比增长11.4%。
技术方面，IC设计业先进设计技术水平提升至16nm，2014年9月华为海思与台积电合作推出首款16nm FinFET 64手机位芯片。IC设计业的主流设计技术推进到40/28nm水平。IC制造业，2014年1月，中芯国际宣布可以向客户提供28nm多晶硅（Ploy SiON）和28nm高k介质金属栅极（HKMG）的多项目晶圆（MPW）代工服务，正式进入28nm工艺时代。部分关键装备和材料实现从无到有，部分被国内外生产线采用，离子注入机、刻蚀机、溅射靶材等进入8英寸或12英寸生产线。
展望2015年，在国家对信息安全建设重视程度进一步加大，《国家集成电路产业发展推进纲要》和产业投资基金的逐步运作，以及移动互联网、物联网市场进一步发展的推动下，我国集成电路芯片需求有望持续释放，从而带动全行业规模进一步增长。只要保持2014年目前平稳快速的增长趋势，到2015年就可以完成《国家集成电路产业发展推进纲要》制定的3500亿元的发展目标。
预计，我国IC设计业将成为销售规模超过1300亿元的第一大行业，芯片制造业销售规模将超过1000亿元，封装测试业销售规模超过1200亿元。与此同时，集成电路产业的主流技术将推进到28/20nm，先进技术将导入到16nm领域。我国集成电路产业为迎接“十三五”发展构建了坚实的基础。
企业跨国合作频繁，中国资本开启海外并购
我国目前拥有全球最大、增长最快的集成电路市场，占全球市场份额达到50%左右，成为全球集成电路巨头鏖战的主战场。
越来越多的海外巨头谋求与国内企业合作。2014年7月，美国高通公司宣布将部分骁龙处理器代工订单交由中芯国际代工，高通表示将携手中芯国际，将28nm技术应用于骁龙处理器，借此利用市场换技术、市场换订单的机会，有望成为长电科技等国内相关公司的成长动力。9月，全球芯片龙头企业英特尔公司向紫光集团注资90亿元，并达成合作协议，联合开发基于英特尔架构和通信技术的手机解决方案，在中国和全球市场扩展英特尔架构移动设备的产品和应用。在加深与海外巨头合作的同时，国内的龙头企业也逐步开启了海外并购的步伐。2013年年末至2014年三季度期间，中国集成电路行业共发生4宗海外并购，涉及金额超过50亿美元。
展望2015年，伴随着国家集成电路产业投资基金的落地以及我国半导体行业的不断内生发展，还将有更多的中国半导体企业开展相应海外的兼并收购。不断的“走出去，引进来”获得先进的技术、专利或其他知识产权，包括技术人员，提高自主创新能力。
目前长电科技正在酝酿收购球第四大半导体封测企业新加坡星科金朋，如果此次并购成功，长电科技未来将在CSP、WLCSP、SiP、3D TSV等先进封装技术的竞争中取得更大的市场份额。同时，也有望进入全球封测行业第一阵营，营收规模甚至能超过全球第三大的矽品（SPIL）。
政策细则逐步实施，产业发展环境日趋向好
为确保国家信息安全，提高我国集成电路产业核心竞争力，2014年6月，出台《国家集成电路产业发展推进纲要》，其内容与《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》（国发[2000]18号）和《进一步鼓励软件产业与集成电路产业发展的若干政策》（国发[2011]4号）一脉相承，但增加了三个亮点：一是加强组织领导，成立国家集成电路产业发展领导小组。二是设立国家集成电路产业发展投资基金。三是将加大金融支持力度将集成电路产业发展提升到了国家战略的高度。9月，国家集成电路产业投资基金正式设立。该基金将采取股权投资等多种形式，重点投资集成电路芯片制造业，兼顾芯片设计、封装测试、设备和材料等产业，推动企业提升产能水平和实行兼并重组，为我国集成电路产业突破投资瓶颈，提供有力保障。
展望2015年，在《推进纲要》的引导和推动下，各地方的集成电路产业扶持政策将密集出台，产业投资基金模式将成为首选，以协同配合国家基金的运作。我国集成电路产业发展的政策体系将得到进一步完善。但也需注意，密集的政策也容易导致执行者无所适从，难以充分理解和贯彻政策精神，同时也有可能导致政府对行业的过度干预，影响市场在资源配置中的绝对作用。
需要关注的几个问题
制造业发展将面临诸多压力
当前全球集成电路产业竞争格局，正逐渐由寡头垄断转变为寡头联盟，联盟之外的企业难以进入，而专利共享、技术共享也营造了各种小圈子，在这种情况下，中国企业想要凭一己之力占有一席之地，越来越困难。2014年10月，IBM以负盈利15亿美元方式，将旗下的芯片制造业务出售给了芯片代工厂商格罗方德。同时，IBM未来五年将投入30亿美元研发基础半导体技术，研究成果同步转移给格罗方德，格罗方德未来可能成为全球拥有最先进半导体技术的晶片代工厂。从目前全球芯片代工格局来看，台积电一家独大，市场占有率接近50%。格罗方德、联电、三星属于第二梯队，分列第二到四位，市场占有率分别为9%左右。格罗方德和IBM的此次交易，必将引起全球芯片代工竞争格局的变化。
未来，各家企业将会投入更多资源用于新技术的研发，以确保自身的技术竞争优势。中芯国际目前营收全球排名第五，市场占有率5%左右，28nm的高端制程落后于国外两代。虽然产业投资基金已经明确指出将重点支持集成电路制造业，但是从资金投入到真正实现产出效应，还需要一段较长的周期。因此，我国集成电路制造业在全球新一轮竞争中将面临更大挑战。
4G设备加速替代过程仍面临专利隐患
核心技术与知识产权的缺失，仍是制约我国集成电路产业发展的重要因素。自2013年11月至今，国家发改委对美国高通公司垄断调查事件已持续了一年之久，目前已经进入了最后处罚阶段。处罚将会涉及罚金以及调整专利费等几个方面。其中罚金或将超过10亿美元，但这对于年收入超过200亿美元的高通而言，影响相对较小。虽然调整专利授权费可能会一定程度影响高通的业绩，并可借此缓解我国手机芯片产业的发展压力。但是在4G技术方面，高通仍然具有强大的LTE技术优势，其专利总量远远超过3G。
2015年，随着国内4G设备对3G设备的加速替代，高通的众多LTE知识产权将陆续“变现”。届时，不但会对终端企业造成巨大的成本压力，其相互嵌套的专利布局也极易使国内芯片企业陷入专利陷阱。因此，如果核心技术创新能力不能跟上世界高端脚步，单单依靠反垄断手段来保护国内产业，那么，未来高端芯片对外依存度较高的局面仍不会较大改善，对我国集成电路产业发展而言也不是长久之计。
产业投资基金的落实面临挑战
集成电路产业发展投资基金已于2014年9月正式成立，下一步将面临基金如何投放使用的问题。一是如何在“发展产业”和“资本回报”之间找到平衡，如何在“短期利益”和“长期利益”中找到折中。二是如何在“重点支持”和“兼顾多方”中做出抉择，如何在“有竞争力的企业”和“有影响力的企业”中做出取舍。三是作为并购来说，国际上可并购的标的数量较少，而且相关国家和地区还对中国的收购加大限制，持抵制和反对态度，更加减少了并购标的的选择；并且产业投资基金的目的性和针对性过于明显，导致相关收购标的的价格便“居高不下”，所以如何兼顾产业发展的时间点和收购的时间点是一个非常重要的问题。四是国内相关领域具有可整合国际企业的本土企业管理团队非常少。
因此，在成功并购了国外企业之后，如何实施有效的管理，如何通过并购使国内企业和产业通过消化吸收做大做强，又成为一个亟待解决的问题。不能为了并购而并购，在补“全”还是补“强”我国集成电路产业的问题上，还是要从国内产业发展需求出发，根据相关企业的发展目标而实施。
此外，千亿元的投资基金看似庞大，实际细算下来可能仍然有所不足。从目前来看，这1200亿元资金将分5年投入，因此每年相当于不过200多亿元，加之还要分配到产业链的几个环节之上使用。这个数字与国际IC巨头每年投入相比仍有差距。集成电路产业有大者恒大的特点，目前我国企业虽然经过多年追赶实力有所提高，但总体上是落后的，再想追赶先进水平需要付出更大的努力。
应采取的对策建议
借力产业投资基金机遇，做大做强半导体制造业
一是加大投资，支持先进芯片生产线建设。伴随着《国家集成电路产业发展推进纲要》的落地以及1200亿产业发展投资基金的成立，芯片制造业迎来新一轮发展机遇。
应继续加大对集成电路制造龙头企业扶持力度，一方面支持32/28nm芯片生产线建设，形成与芯片设计业相适应的规模生产能力，另一方面加快立体工艺开发，推动22/20nm、16/14nm芯片生产线建设。二是鼓励芯片制造与设计厂商结盟，缩短研发周期。未来处理器芯片陆续将实现本土化生产，扶植以芯片制造为核心的产业链各环节的龙头企业，积极探索上下游环节虚拟一体化模式，共同推进处理器产品的设计服务、光罩制作、芯片生产、测试、封装以及故障、问题分析等工作，缩短产品上市周期。依托公共技术和服务平台，开展联合技术创新和品牌推广，实现上下游良性互动。三是推进企业兼并重组，提高竞争力。芯片制造业是典型的资金和技术密集型产业，其规模效应十分显著，因而要在强调自主创新的同时，做大产业规模。要鼓励芯片制造企业兼并重组，扩大规模，在知识产权、技术、设备、采购、人力资源、市场条件等方面形成优势，达到规模经济效益。鼓励集成电路制造企业通过资产联营、兼并、收购、参股、控股等手段增加企业融资渠道，优化产业资源配置，实现优势企业的强强联合，做大做优做强骨干企业，培育若干具有国际竞争力的集成电路制造企业。
加强处理器芯片核心技术研发，实现自主知识产权体系
一是加强自主芯片技术的专利布局。在使用专利交叉授权的基础上，加强处理器芯片的自主核心技术研发，组织芯片知识产权核开发，建设部级知识产权核库，提高知识产权产品的可复用性，加快产品研发。在充分研究国内外市场的前提下，准确把握芯片技术的知识产权壁垒及自由操作领域，布局海外专利市场。二是建立芯片知识产权核标准。强化处理器芯片知识产权核测评与认证系统，根据国际上芯片知识产权核心标准的制定情况，建立与国内集成电路设计水平相适应，科学完善的知识产权核心技术标准体系，为国内企业知识产权和产品的质量和信誉提供证明，建设统一的市场竞争环境。三是完善芯片知识产权和保护体系。建设适合国内知识产权商业模式的交易体系和保护体系，对芯片技术成果采用专利权、商业秘密以及集成电路布图设计进行多角度保护。建立国内处理器芯片知识产权联盟，加强企业在知识产权方面的合作，交互授权，建立企业共享的知识产权池，从而快速增强国内芯片知识产权实力。
进一步完善融资体系，创新资源利用方式
半导体制程微细化趋势
1965年Intel创始人Moore提出“随着芯片电路复杂度提升，芯片数目必将增加，每一芯片成本将每年减少一半”的规律之后，半导体微细化制程技术日新月异，结构尺寸从微米推向深亚微米，进而迈入纳米时代。半导体制程微细化趋势也改变了产业的成本结构，10年前IC设计产业投入线路设计与掩膜制程的费用，仅占总体成本的13％，半导体生产制造成本约占87％。自2003年进入深亚微米制程后，IC线路设计及掩膜成本便大幅提升到62％。
当芯片结构体尺寸小于100纳米时，光学光刻技术便面临技术关键：硅晶制程光刻技术的线宽已小于曝光的波长长度，而光刻技术所能制作的线宽，是与光源的波长成正比。在朝向45纳米制程的趋势下，必须要能够降低波长、增加数值孔径(NA，NumericalAperture)、提高光刻，才能制作 微细化芯片。所以能否研发出能满足微细化制程所需、且具市场竞争力的光刻曝光技术，对IDM、Foundry、以及Fabless半导体产业来说，非常重要。因此目前在晶圆制程技术上，各厂要面对的课题是：如何有效降低制程微细化电路之间的静态功耗，特别是漏电流；以及RC时间延迟的问题；并防止介质机械强度下滑；同时，增加晶体密度、降低电路耗用面积、提升运作时钟频率，并且节省电能。
举例来说，45纳米芯片在逻辑开关时的切换效率，比起65纳米远高出30％；再者45纳米芯片耗电量较低，在相同运作时钟下，静态功耗的漏电流能比过去减少5倍；动态功耗(亦即场效应管进行切换时)也比以往减少30％。此外，45纳米场效应管密度是65纳米制程的2倍。
不过在纳米制程时代，每芯片量产成本(die cost)的增加，几乎来自于昂贵的制造设备，制程也会更复杂。例如为了让45纳米制程技术更容易，与曝光相关的制造技术也必须同时升级，像曝光装置的影像景深DOF(Depthof Focus)存在技术极限，所以也需要提高芯片全域的化学性机械研磨(CMP)的均一性。还有抗阻剂的薄膜化虽有利于提高芯片整体的膜厚均等化，但由于耐蚀刻性较差，所以必须使用3层抗阻剂或硬掩膜(hard mask)，因此微细化制程技术会更复杂。
65与45纳米制程同时并进
因此各半导体厂在进入65纳米以下制程时代时，可能就要花费多达300万美元以上的IC设计成本来制造掩膜和试产(try out)，况且光刻技术的应用周期不断缩短，对于微细化制程的技术评估也要提早因应，因此各大厂对于微细化制程也已开始激烈的攻防战。例如UMC就预先针对32与22纳米制程作技术评估，这结技术内容包含绝缘体硅(SOI)、应变硅(strained-Si)、高介电常数门极绝缘层(high-K gate dielectric)、金属门极(metal gate)以及多门极场效应管(multi-gate FET)等。TSMC也提出浸润式光刻技术，被视为未来具备继续挑战65及45纳米、甚至32及22纳米的实力。2006年9月IBM、Chartered、Infineon以及SamsungElectronics，联合开发首款45纳米制程芯片，预计在2007年底前完成验证。Intel和Micron合资的IM Flash，也已宣布成功产出45纳米制程NAND Flash芯片。10月Applied Materi-als也在研发中心完成45纳米制程芯片试验制程机台。
Intel宣布的45纳米制程量产时程则为2007年上半年，TSMC 45纳米制程浸润式光刻技术倾向在2007年Q3量产，UMC在65纳米制程技术已开始量产，45纳米制程技术也已添置新机种，主要新技术已开发完成，正进行整合验证，预计在2007年Q3至Q4可进入量产。
提升浸润式光刻曝光技术
在0.13微米及90纳米制程阶段，要在晶圆(Wafer)上光刻光刻(1ithography)出电路(circuit)，就要制作相关的掩膜(Mask)光刻技术。在这个阶段，半导体光刻制程大多采用ArF激光光源(曝光波长为193纳米)进行曝光显影。一般而言，掩膜分辨率视不同技术时代及应用层(layer)，定有不同的掩膜等级(Maskgrade)，每种掩膜等级有其相对应的品质规格，其规范品质重要项目包括缺陷数(defects)、关键尺寸(CD，Critical Dimension)、或是在整片掩膜中的精准度(accuracy)及均匀度(uniformity)等等。
当进入纳米制程后，由于半导体芯片电路更为精细、电路集积度愈高，所使用的光源波长需求也更为缩短，原本157纳米光刻技术因无法克服二氟化钙透镜结构双折射的问题，多数厂商倾向用浸润式光刻技术(Immersion Li-thography)延伸至193纳米曝光设备，达到大量节省研发及导入成本的目的，这也使得ITRS(International Technlogy Roadmap for Semi-conductors)，顺应时势决定采用浸润式光刻技术，并使其成为65纳米技术节点的主流光刻技术。
湿浸式技术是以流体介质的穿透度与折射率的光学特性为基础，相关光刻技术便以水作为流体介质，应用在193纳米波长曝光机基础上，于光源与晶圆之间加入水，可使波长缩短到132纳米，比起干式光刻技术(drylithography)，还可支持65、45、甚至到32纳米制程。不过其间形成的微气泡可能损及晶圆成像，如何预先去除纯水(UPW)中的气体，是预防气泡生成的关键之一，再者水与光阻交互作用，会对不同光阻剂造成程度伤害，因此也必须改良相关技术。
虽然浸润式ArF曝光技术可以沿用现有的ArF曝光设备，但微细化制程趋势更严谨地要求解析度与DOF，因此在45纳米之后，如何找到比纯水还高折射率的液体材料来提高数值孔径(NA)，便是无可回避的挑战。
主要半导体大厂包括TSMC和UMC都已开始导入浸润式光刻技术，UMC预计在2007年下半年投入45纳米制程，采用浸润式光刻技术。TI在2006年6月已初步研发出浸润式光刻制造45纳米制程芯片的技术，其内存细胞(memory cell)仅占0.24平方微米，较1月Intel率先推出首批导入45纳米制程芯片内存细胞的0.346平方微米，还要缩小30％。另外， 9月Dupont宣布已开发出配合32纳米制程所需之浸润液的新式光刻技术。
先前Nikon于2005年7月各自宣布开发出NA值为1.30的湿浸式ArF曝光设备，已在2006年底使用。ASML在同月NA为1.35的湿浸式设备，被认为是使用纯水的湿浸式曝光设备中的实际最高值，预计在2007年中期问世。
研发无法见光的光刻技术
未来会接续193纳米ArF光刻技术，应该会是超紫外光(Extreme Ultraviolet；EUV)光刻技术，使光波长进入不可见光的极紫外线层次。由于半导体光刻制程往后需要采用高折射率材料来提高NA值，EUV光刻技术的光波长原本就只有13.5纳米，光会在空气中被吸收，所以只能在真空环境中才能透射；其所采用的掩膜透镜，是属于反射式的元件，因此足以应付纳米微细制程所需。Intel预计在2009年，正式采用紫外线(EUV)光刻这项技术来进行32纳米制程的量产作业。
不过目前EUV技术尚未成熟，未能接续193纳米光刻技术，半导体大厂还是会一面沿用浸润式光刻技术、一面寻找更为适合的湿浸式流体介质，以改善掩膜透镜材料。像是其他新时代技术(Next General Lithography；NGL)包括纳米转印光刻技术(Imprint Lithography)，也开始被业界期待可达到制程10纳米以下的结构境界，成本与市场潜力甚至可以取代EUV光刻技术。
发展可降低RC延迟的介电材料
为何要解决RC延迟因为到65及45纳米微细化制程阶段，半导体芯片电路的金属线宽愈来愈微小，导线层数越来越多。且由于电气与机械特性的关系，信号传输会因短路而产生延迟。逻辑芯片电路的信号传输，也因制程细微化使绕线距离缩短，绕线容量增加而导致绕线延迟。这些都必须以铜导线与低介电材料，取代先前的铝合金，来解决电容电阻时间延迟(RC Time De-lay)问题，因此低介电材料的开发与应用也变得愈来愈紧迫。
在0.13微米之前的晶圆制程中，SiOF是厂商最多采用的介电质材料，其介电常数K(Keff)值介于3.7～2.8之间。自0.13微米已降微细制程时代开始，降低RC-Delay的需求开始浮现，半导体厂多以采取降低后段制程的金属连接线电阻与金属线间电容的方法，基本上以铜作为材料的低介电常数(cu/low-k)制程技术为主。在降低电阻方面，以铜来取代传统铝导线，尔后持续对铜导线制程中使用扩散绝缘层(diffusion barrier)，并对其厚度做最适化(op-timization)处理，绝缘层之材料均采高阻值之钽(Ta)/氮化钽(TaN)等。
因此降低金属线间的电容值，必须应用低介电常数(LOW-k)材料，作为金属导线间的绝缘层(Inter metal dielectrics)，一般Low-k材料的K值，涵盖3.1、2.9、2.7，一路演进至目前的2.5。Low-k材料是90纳米技术最重要的关键，90纳米制程所使用Low-k材料的K值约在3.0～2.9之间，60纳米以下的制程，才会采用2.5和2.4K值的材料，以有效降低金属导线间的电容值。综合来说，在微细化制程整合过程中，降低RC延迟技术提升的方向，多以针对会影响电阻的金属连接线厚度、与影响电容值的金属导线间绝缘层厚度为主。
Low-k制程趋势：防止机械强度下滑
下一代Low-k材料的特性，不仅只因应45纳米微细制程的需求，也要有效解决Low-k本身因电路DOF制程所产生的铜阻抗增加以及机械强度下滑的问题。制程从65纳米朝向45纳米时，低介电膜硬度会急速下降，因此经过薄膜化后的Low-k材质，能够具备多小孔尺寸、且具高密度硬度的特性，就显得相当重要。
目前应用Low-k材料的最大问题点，在于如何防止机械强度下滑。因为期望能够降低Low-k材料的介电常数，与希望提高Low-k材料绝缘膜的机械强度，这两者之间是相互矛盾的。未来问题的困难度不在于让Low-k材料的K值达到2.0以下，而是如何让超低K值材料的机械强度提高。除了低K值材料的特性直接影响半导体量产效率外，另外如何让铜与低K值材料有效整合应用，不仅对65纳米和45纳米制程，从整个IC制程技术来看，也将充满关键性的挑战。
无止尽的追寻?
当半导体微细化制程从65纳米迈向45纳米、甚至芯片结构体尺寸将朝向32或是22纳米之际，我们将会面临什么未知的物理性质变化?为了追寻更微小体积、切割更多芯片的商业成本效益，我们的制程技术如何再进一步地去突破，会有什么样的材料正等待着我们去发掘?这场由半导体微细制程技术专业研发人员默默进行的追逐战，正在微观物理世界中翻腾着。会有止尽的终点吗?如果答案是肯定的话，那会是在哪里?终点的原因会是什么?如果答案是否定的话，那又是什么意义?无论答案如何，那都终将会撼动世界。或许这也是为什么，半导体微细化制程令人着迷的所在吧!(本文摘自台湾《零组件》杂志)
虽然现在各类移动设备总体都呈现越来越轻薄的态势，但是说句实话，目前的瘦身效果并不理想。这很容易理解――既然给巨人建的房子必须是巨型的，那么为了容纳CPU、存储器、图形芯片这些体型很“庞大”的控制芯片，移动设备体积就很难再缩小。即便有先进的半导体工艺辅助，电路板的体积压缩程度也颇为有限，移动设备进一步轻便化遭遇瓶颈。这时，3D封装技术出现了伴随着3D封装技术的商用化，在一个封装内集成多种芯片成为了可能，电路板的尺寸能够显著缩小，未来甚至可以将CPU、存储器和图形芯片同时封装在一个芯片内，使电路板的尺寸缩小许多，那时的智能手机、数字媒体播放器乃至uMPC、笔记本电脑的轻薄程度是我们目前无法想象的。那么，3D封装到底是什么样的技术?它离我们的距离有多远?通过本文，还是让我们慢慢了解它吧。
图2中的主角是一块GeForce 7900GT双核显卡。每颗芯片都有各自独立的封装外壳，芯片与芯片之间传输信号还得依靠电路板里的电路长程互连。这样不仅影响信号的传输速度，还使得电路板尺寸很难缩小。这时如果换用先进的3D封装技术，局面会大大改观，毕竟多芯片短程垂直互连是3D封装的最大优势。以目前的技术来看，它比2D封装先进多了。
目前的3D封装体系以封装堆叠、芯片堆叠与TSV 3D封装为主流。封装堆叠是其中发展最早也是最成熟的技术，但它的能力有限。芯片堆叠则是3D封装体系的主导，它可以做到多芯片堆叠，实现高存储密度或者单封装系统(System-in-3D Packagc)，也是目前应用最为普遍的形式。而TSV封装则代表未来的趋势，它可以封装数量更多的芯片，并且得到更高的传输带宽和更低的功耗，目前包括lBM、三星和英特尔在内的各主要芯片制造商都在积极开发TSV技术，并计划在未来两年内将其推向商用化。
封装堆叠：为智能手机瘦身
在3D封装体系中，封装堆叠技术已经发展得较为成熟，并获得了实质性的应用。所谓封装堆叠，就是将多枚芯片叠放在・起后用引线将其引脚连接起来。封装堆叠最早被用于DRAM、SRAM和Flash等存储器领域，尤其是以FIash闪存的需求最为旺盛。
a.最简单的形式最容易实现
在过去数年中，Flash闪存的容量都在不断翻番，但闪存厂商仍积极寻求密度的突破，希望能够用一枚芯片存储尽可能多的数据――这其中主要包括两个方面的应用。
1.NAND芯片的堆叠。此种应用主要用于制造大容量的NAND存储产品，用于数字媒体播放器，混合硬盘以及固态硬盘中，而多枝NAND芯片的引脚只需要直接相连即可。
2.NOR与NAND闪存混合的封装堆叠。早期的智能手机颇为笨重，就是由于手机产品同时包含这两种闪存器NOR闪存用于存储和运行代码，而NAND则用于存储音乐或图片等数字文件。如果采用常规方法，NOR闪存与NAND闪存就必须各自独立，占据的空间相对可观，解决办法之一就是采用封装堆叠技术、将NOR与NANI封装在一枚芯片内，不过必须注意的是由于两者类型不同，数据总线也各自独立，多枚芯片不必直接相连，其引脚会直接引到封装底部的触点中。
大容量DRAM内存有时候也需要用到封装堆叠，不过针对桌面电脑的DIMM模组一般不需要采用封装堆叠技术，只是在尺寸有限且要求高容量的笔记本内存中较常见到。此外，在针对服务器的FB-DlMM模组中也时常会见到这类堆叠型颗粒，它们的共同点在于容量可以达到常规内存模组的两倍。
b.封装堆叠到底是如何堆叠的
封装堆叠的结构可分为两种类型：其一就是PiP(Package1n・PackageStackin)，它是将封装内芯片通过金线键合堆叠到基板上，再通过金线将堆叠之间的基板键合。据称P1P可以在封装堆叠的基础上再次进行芯片封装，这种结构的优点是封装高度可以做得较薄。另一种方式是PoP(Pockage―on―PackageStacking)，它其实就是将多枚已经封装(例如FBGA)好的芯片基底直接叠放在一起，再分别用引脚连接到电路板上。PoP的优点在于能够堆叠来自不同供应商、不同类型的芯片，并允许堆叠之前进行全面的检测。但它的缺点是整个封装的高度较难控制，而且叠放芯片的数量受到限制。
封装堆叠技术让存储器件在保持体积基本不变的条件F做到容量翻番，一定程度上减小了电路板的尺寸，不过，业界期望能够在一个封装内集成数量更多的芯片，并最终在个封装内集成包括CPU、存储器、图形芯片在内的整个系统，这也是“3D封装内系统(System-in-3D Package)”的概念。但要做到这一点，封装堆叠技术无法做到。它受到厚度的限制，堆叠的芯片数量有限，而且随着厚度增加，顶部芯片的引脚势必越来越长，信号的稳定性会受到影响，难以满足高速芯片的要求。此外，若要在封装内集成各种类型不同的芯片，信号连接同样存在问题。因此，封装堆叠更多用于芯片数量少的场合，目前也只有美国Amkor及新加坡STATS ChipPAC等IC封装测试厂商支持该项技术。更多的闪存厂商已将注意力放在芯片堆叠领域。
芯片堆叠：高容量闪存模块的功臣
与封装堆叠不同，芯片堆叠是在芯片制造过程中将多枚芯片叠放(各芯片通过焊球实现互连)后再整体封装为一个芯片。芯片堆叠的特点在于可以集成数量较多的芯片，而且由于信号连接稳定使它能够胜任高速芯片的要求。目前市场上的3D封装闪存，基本都隶属于这一体系。
a.增加容量的艺术
芯片堆叠同样分为两种类型，其一是MCP(MuIli ChipPackage)，它通常用于多个闪存芯片的堆叠，目前已为闪存工业所广泛采用，另一种则是SCSP(Stacked chip size package)，它主要用于存储器与其他逻辑芯片(比如CPU，图形芯片)的互连，致力于建立“单封装系统”。在商用化体系中，MCP多芯片封装已经普遍做到4-5个芯片的堆叠，这个数字被认为是最具经济效益的结构。而在实验室研究中，闪存工业普遍能够做到10个芯片的MCP――该领域的纪录保持者是三星公司，三星目前已做到16枚芯片的堆叠，并且整个封装的高度控制在1 4mm。可以计算一 下，如果将16颗8Gbit规格的闪存芯片堆叠在一个封装内，单芯片封装密度就达到了16GB。即便是创造120GB容量也只需要8颗这样的MCP芯片，硬盘的尺寸完全可以控制在1.8英寸规格以内，这对于急需大容晕存储器的数字媒体播放器而言是非常理想的。例如在MP3、MP4或UMPC等设备中，这类空间占用极小的大容量闪存芯片就有丰富的需求，而在固态硬盘产品中，多芯片MCP堆叠也非常重要。
b.前进道路遭遇障碍
芯片堆叠的关键技术之一就是硅晶圆的减薄技术。原因很简单，硅晶圆越薄每个芯片的高度就越小，这样一个封装内就能够容纳尽可能多的芯片。在这一领域，通行的做法是综合采用研磨、深反应离子刻蚀法(DRIE)和化学机械抛光法(cMP)等工艺，将硅晶圆减薄到50um以内(极限可达10～15um)。不过从电路性能和芯片可靠性角度考虑，业界人士认为晶圆减薄的极限控制在20um左右较为合适，而三星公司目前则以晶圆减薄至30um为目标，为此三星的工程师必须抛弃传统的晶圆锯，改用高精密的激光来切割晶圆(传统晶圆锯只能用来切割80um左右的晶圆，难以满足30微米超薄晶圆的切割要求)。
芯片堆叠的另一个关键问题是连接方式。与DRAM芯片类似，闪存芯片普遍都采用双侧触点，即信号引脚从芯片的两侧引出，然后连接到基板的外部信号触点E。如果多芯片堆叠就会遇到顶部芯片引脚较长的问题，三星的解决方案既简单又巧妙。
在芯片堆叠体系中，多芯片内部的互连则是采用金丝球焊的方式来完成的。如果只是双芯片堆叠，那么金丝球的形成高度须小于75¨m。而且随着堆叠芯片数量的提升，要求金丝球焊的高度必须做到更低。一旦芯片数量超过10个，那么金丝球的高度就必须压缩到20um，同时必须确保应力的可靠性，这对于于工程师而言绝对是个不小的挑战。虽然可以在实验研究中做到这一点，但要将其商用化仍然面临巨大障碍。
TSv 3D封装：处理器连接结构的革命
TSV(through，silicon vlas，穿透硅通道)3D封装是业界公认的芯片堆叠的接班人，目前从事该领域研究的厂商多达十几家，其中进展最快的当属IBM公司。前不久，IBM已经宣布，将于年内生产出TSV封装的芯片样品，并将在2008年实现TSV技术的商用化。三星及英特尔等公司也陆续宣布TSV领域的研究获得突破进展，并预计将在未来两年内实现TSV 3D封装的商用化。
a.TSv，未来的封装技术明星
TSV封装不仅可用于闪存芯片的堆叠，更可实现处理器的多个核心、处理器与存储器的一体化封装，这也是IBM开发TSV封装的主要目的。TSV的原理并不复杂，简单点说，就是将多个硅片叠放后在连接信号位钻出细微的小孔，通过在小孔内填入钨丝将叠放的芯片连接起来，最后统一封装为…个芯片模块。业界认为，TSV封装大幅超越了前面所介绍的封装堆叠和芯片堆叠方式，借助该技术，原始的硅芯片可以通过几十微米的微细金属填充孔相互“槽嵌(Slot Into)”在一起，芯片间无需采用基层介质黏合，也无需导线来连接信号。体现在电气性能上，TSv封装可以大幅降低3D芯片的功耗，并能够满足更高的数据传输要求。
IBM计划采用渐进方式实现TSV封装的商用化。该技术首先被用于微处理器与接地层的连接，这样做可以稳定芯片的功率分布。不过为了完成这一任务，需要在微处理器中钻出100多个孔来连接稳压器和其他无源器件。目前IBM已经完成相关的设计原型，研发人员表示，此项设计可以将CPU功耗降低20％之多，大大提升了能源的利用率。倘若在硅锗芯片(用于通信领域)中采用TSV技术，那么带来的功耗降低幅度可以达到40％之多，这能够显著提高手机的电池使用时间。
日前，IBM尚未决定在哪一个生产环节中导人TSV技术，但研究人员的最终目标是采用数千个TSV连接实现CPU与存储器问的高带宽、低延迟互连，从而人幅度提升系统性能。IBM首批采用TSV封装拘是“蓝色基因(Blue Gene)”超级计算机的Power处理器，TSV技术将用于处理器与SRAM片外高速缓存的连接。借助这项技术，IBM就可以让Power处理器拥有大容量、高性能的缓存支持，同时有效控制芯片的良品率。IBM目前已经开始在65nm半导体工厂中制造Power处理器和SRAM原型，正式的TSV处理器有望在年内诞生。IBM TSV项目的管理者也表示，对于拥有超过10个内核的处理器来说，TSV技术将非常必要，因为在核心数目众多的情况下，处理器与存储器间的带宽将成为问题，而TSV技术可以保证各个内核都能够拥有足够的缓存资源。一旦这项技术得以实现，也将反过来影响处理器的设计一一内部缓存可能不再需要，处理器与SRAM缓存重新分离，这样做的好处是可以提高处理器的生产良率，制造成本也将进一步降低。此外，TSV具有更出色的性能：与芯片堆叠相比，TSV技术可以将导线的长度缩短1000倍，相当于将数据传输的距离缩小1000倍，同时每个器件的互连稳定性提高100倍。这意味着TSV可以满足任何超高速芯片间的互连需要。
b.Tsv，未来竞争的关键筹码
TSV技术也将成为AMD与英特尔市场竞争的重要筹码。尽管AMD一直在与IBM合作开发工艺技术，但TSV是IBM科研团队长达十余年的心血结晶，未来AMD如果要想使用这项技术，那么也可能需要向IBM申请TSV的特别许可。而英特尔方面则自行开发TSV技术，英特尔 “Tera-Scale”万亿次计算计划的负责人表示，英特尔有可能在未米的80核、万亿次计算性能的处理器中采用这项技术，不过英特尔直到2005年才开始进人TSV研究领域，其80核处理器也只是出于研究目的，TSV芯片的商用化尚无时间表。但英特尔也提出一个诱人的前景：在未来3-5年之后，TSV技术有望直接连接处理器，SRAM高速缓存和内存，届时内存控制器的概念将小复存在，而如果采用这一架构，TSV将能带来10％的性能提升和大约20％的功耗节约。
不过，TSV技术也必须面对一系列问题，例如在多核芯片中，每个核心都是高热载体，将多个核心堆叠后以TSV技术封装就会遭遇芯片内部散热的挑战，鉴于这一问题难以通过技术手段克服，TSV将更倾向于处理器与存储器的连接，例如处理器的发热量远远高于内存芯片，那么堆叠耐就应该将处理器放在顶部与散热器直接相连，而功耗小，发热低的存储器件则放在底部。这样就能够妥善解决芯片直接叠放带来的内热问题。由于从事TSV技术研究的半导体企业多达十几家，每个企业都有各自的方案，这会带来研究资源的巨大浪费。意识到这一问题。一些半导体企业认为联合发展利大于弊，为此，在今年4月下 旬，一组半导体专家首度聚集在一起为TSV技术草拟行业发展蓝图。按照计划，TSV蓝图将在今年底正式出炉，它将起到促进业界共识、联合发展的目的。而一旦共识能够达成，业界便要着手解决技术性问题，这些问题包括：3D芯片采用何种堆叠方式组俞与排列?如何生产出符合标准的超薄晶圆，如何在低成本前提下钻孔并填充等等；研究者则希望建立一套标准化的3D连线协议来放置芯片问的过孔，该协议也将在TSV发展蓝图中体现。
鉴于IBM已经克服了TSV商用化的技术障碍，它对于TSV联盟就不是很热心，更不可能将自己的成果公之于众。IBM已经计划在2008年生产出通信用的TSV硅锗芯片，并将在2010年量产由TSV连接SRAM缓存的Power处理器。换句话说，TSV在32nm时代有望步入处理器领域。在这可以预见的未来，半导体工业将能够采用TSV技术在一个封装内集成处理器、sRAM高速缓存，SRAM内存与NAND存储器，构建出单芯片电脑，事实上这也是IBM在十余年前就提出的“终极梦想”。
3D芯片的未来前景
由于封装堆叠、芯片堆叠和TSV封装各有特长，3D封装体系就形成齐头并进的态势。封装堆叠在通信芯片领域应用广泛，JEDEC(美国电子器件工程联合委员会)已为它创建了一系列工业标准，使半导体工业在引入封装堆叠时有规可循；封装堆叠主要于手机存储器与逻辑芯片的集成，这项技术为智能手机的小型化立下了汗马功劳；芯片堆叠则广泛用于大容量闪存领域，在可以预见的固态硬盘时代，芯片堆叠注定是个不可缺少的角色。
然而敢于摘取皇冠上的明珠，在勇气、魄力之外，更需兼有智慧、实力、耐力和毅力等诸多优秀元素于一身，方能成为最后的胜者！
IGBT，中文全称为绝缘栅双极晶体管，是自动控制和功率变换的关键部件，也是功率半导体器件第三次技术革命的代表性产品。它在轨道交通、航空航天、船舶驱动、智能电网、新能源装备等新兴产业具有不可替代的作用，尤其是在运营情况复杂多变、综合技术要求很高的轨道交通领域，它被称为牵引变流器的“CPU”。作为融合多种高科技于一身的集大成者，IGBT尤其是高电压高电流IGBT芯片技术一直被誉为现代机车车辆技术“皇冠上的明珠”。
2012年12月21日，一场看似不起眼的“轨道交通用3300伏IGBT芯片研制及其应用”的科技成果鉴定会在长沙举行。包括中国工程院院士刘友梅、清华大学教授钱佩信、中国电器工业协会电力电子分会秘书长肖向锋等10余名国内轨道交通、电力电子行业的专家学者汇聚一堂，共同对此轨道交通用3300伏IGBT芯片进行鉴定。在经历数小时的认真审核后，专家们一致认为，中国南车株洲所研制的3300伏高压IGBT芯片代表轨道交通用该电压等级IGBT器件技术的最高水平，填补了国内在该领域的空白，为我国建立IGBT芯片研制―模块封装测试―系统应用的完整产业链，实现重大民族装备自主掌握，突破了最关键节点，为我国高等级IGBT芯片技术比肩国际先进水平作出了贡献。
近10年来，摘取这颗“皇冠上的明珠”始终是国内轨道交通装备制造企业的孜孜以求的目标，并为此投入了大量的人力和物力。“十一五”以来，中国南车株洲所依托在大功率电力电子器件领域多年积淀的成果，汇集最优质的资源，历经艰辛，矢志不渝，终于率先成功摘取了这颗“皇冠上的明珠” 。
召唤：攻克国家难题的担当
IGBT在机车车辆上到底有什么作用？
俗话说，“火车跑的快，全靠车头带”，高速和重载是现代机车车辆装备发展的两个重要方向，要实现两者的关键是要给机车提供一个强大而持续发力的“心脏”，这个心脏就是牵引电传动系统。而牵引电传动系统的关键部件就是牵引变流器，它是机车功率转换的必备部件，要实现机车功率等级提高和操控的灵活自如，就离不开IGBT了。尽管一块IGBT模块只有巴掌大小，它却是驾驭一台庞大的机车的“命脉”，所以，业界也有把IGBT称为“机车之核”的，足见其重要性。
中国南车株洲所是我国轨道交通牵引电传动系统集成技术及产业的领军者，承袭50多年的深厚积淀和优势地位，中国南车株洲所先后主持开发了牵引电传动及其控制系统，装备在国内高速动车组、大功率交流传动电力机车、内燃机车和城市轨道车辆上，占据国内自主品牌近70%的市场份额，成为推动中国轨道交通关键部件装备的核心力量。
然而早些年，一个尴尬的事实困扰所有的机车人―我国几乎所有的机车车辆用IGBT模块全部依赖国外进口，特别是在高等级的IGBT器件上，更没有中国人的一席之地。即使作为中国牵引电传动技术的领军企业，中国南车株洲所也依然每年花费数亿元从国外采购IGBT产品。能够自主设计制造中国人自己的IGBT芯片及模块是中国南车株洲所矢志追求的夙愿。
与此同时，伴随着中国轨道交通高速发展的步伐，国内轨道交通产业对于IGBT的需求猛增，据国际权威机构ISUPPLI测算 ，2011年，全球电力电子器件市场规模达到200亿美元，2015年将达到245亿美元，未来，全球包括IGBT在内的电力电子市场规模将保持5%以上增长率。就国内轨道交通市场而言，预计未来10年中国轨道交通牵引市场每年对3300伏等级的IGBT模块需求量就达到10万～20万只/年，市场前景非常可观。
那么，为什么IGBT器件技术这么难呢？
IGBT器件技术分为IGBT芯片技术、模块封装技术及应用测试技术三大块。芯片技术是其中最为关键的技术，以7200千瓦大功率交流电力机车用IGBT为例，一块IGBT模块内共有36块指甲大小的芯片，每块芯片并联摆放5万个被称作为“元胞”的电子单元。这些“元胞”相当于IGBT的“细胞”，它们能够在百万分之一秒的时间内实现电流的快速转化。而要在指甲大小的芯片上均匀加工处理5万个细如发丝的“元胞”，难度无异于在“针尖上绣花”。业界认为，谁掌握了该项技术，谁就打开了通往IGBT系统集成技术的“阿里巴巴之门”。
早在2007年，国家相关部委联合下发了《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》，指南中就明确指出，要重点鼓励发展IGBT项目。相关部门将IGBT器件技术作为我国重大专项课题，曾投入百亿元之巨，集中进行研发，但因为种种原因，进展缓慢，成效不大。据业内专家分析统计，中国当前的功率半导体器件技术水平至少比国外落后15年以上。
2009年6月，时任国务院总理在视察中国南车株洲所时，曾殷切寄语：机车车辆很多核心技术不是有钱就能买到的，你们的担子很重，一定要抓住轨道交通大发展的大好机遇，上规模、上水平，勇克IGBT等国家技术难题，早日达到世界领先地位，希望寄托在你们身上！
市场的需求，现实的尴尬，总理的寄托，催生中国南车株洲所打响了一场IGBT项目攻坚战。
“在国产化IGBT芯片及模块的自主创新过程中，中国南车作为国有大型骨干企业要主动承担起重任，发挥创新主体主力军作用，在公司既有技术和产业化经验的基础上，中国南车株洲所要整合国内外的资源和力量，通过产学研结合，把创新主体的作用发挥到位，走中国特色的自主创新道路，早日摘取这颗‘皇冠上的明珠’！”中国工程院院士、公司执行董事、总经理丁荣军掷地有声。
勇气：让历史照亮发展前程
中国南车株洲所追逐“明珠”的脚步可以追溯到上个世纪60年代初，在建所初期就已起步。
20世纪60年代初，中国南车株洲所从零起步开始了电力机车电气系统的研究、设计、制造工作，用20年的时间走过了国外大约50年走过的路。中国南车株洲所依靠自己的力量，联合主机厂生产出了新中国首台电力机车，并首次用硅整流器取代传统的引燃管整流器，开启了国产电力机车的“电力电子时代”。在这个过程中积累了宝贵的经验，培养了我国最早的半导体器件研发队伍。
改革开放以后，中国南车株洲所利用铁道部引进8K电力机车的机遇，从美国西屋公司引进一条3英寸大功率半导体生产线。正是这条配置不全、夹杂许多国产及自制设备的“半条生产线”，在中国南车株洲所创造性地将原有工序拆分，使每条工序更加精细，成为当时国内引进的12条半导体生产线中最成功的一条。
随着研发的不断深入，中国南车株洲所消化吸收当时世界上先进的全套半导体烧结工艺，逐步追赶世界先进水平，先后自主开发了全压接技术和GTO器件技术，代表当时国际自动关断器件的最高水平。
2004年，成功研制5英寸系列普通晶闸管和整流管，成功应用到高压直流输电领域；
2005年，自主研发4000安/4500伏IGCT器件，使我国成为世界上第三个掌握该项技术的国家；
2006年，成功研制世界上第一只6英寸晶闸管，这是世界上最大直径、最大电流电压容量的晶闸管，使我国80万伏以上的超高压直流输电成为现实。
通过自主开发和引进吸收相结合，中国南车株洲所功率半导体技术从合金法发展到扩散法，从烧结型器件发展到全压型器件，产品品种从单一型整流管发展到集整流管、晶闸管、快速整流管、快速晶闸管、GTO、IGCT等多个功率等级于一体的功率半导体器件的研制基地，为中国南车株洲所在IGBT器件技术上的崛起树立了宝贵的信心和勇气。
由此可见，中国南车株洲所敢于角逐摘取“皇冠明珠”的勇气源于半个多世纪的准备和深厚积淀。这笔宝贵的财富，是同行及后来者所无法复制的！
破题，基于产业链提升的并购
改革永无止境，发展永无停滞。
虽然，中国南车株洲所掌握了双极器件技术，但对技术更为先进IGBT芯片及模块设计、制造技术还是空白。这直接影响到了公司以牵引变流为核心的产业结构的完整性。
在中国南车株洲所产业化的进程中，始终深藏着一个“IGBT梦”。
IGBT作为当今最符合节能与环保的电力电子产品，其应用范围之广泛、市场前景之广阔，无疑是企业家、投资者最理想的节能产品。谁掌握了IGBT器件技术，谁就掌握了功率半导体器件市场的话语权。
IGBT是由双极型三极管和绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式器件，具有驱动容易、控制简单、开关频率高、导通电压低、通态电流大、损耗小等特点。它付出较小的功率就能控制高电压和大电流，并且能够根据实际需求进行变化。采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，节能效果十分明显，在家电领域，可比普通的变频家电节电30%；在轨道交通、智能电网、航空航天、船舶驱动、新能源装备等行业采用IGBT的大型功率变流装置，节电和节能效果也十分明显。
由于我国IGBT器件技术及产业化发展较晚，加之技术门槛难度之高、投入之大，目前中国市场的IGBT产品基本依赖进口；不仅如此，在技术和市场都被垄断的情况下，国外器件的采购均是“长周期、高价格”。例如，一个IGBT器件价格高达数万元，它的采购周期长达数月甚至半年以上，长此以往，必将影响我国电力电子产业的持续健康快速发展，更是严重阻碍我国战略性新兴产业的长远发展，特别是在轨道交通牵引装备、柔性直流输电等基础产业领域。
如何尽快突破IGBT芯片技术，率先打造一条从IGBT芯片研制―模块封装―系统应用测试的完整IGBT产业链，成为我国政府及产业界的共同诉求。基于现在良好的政策平台和市场前景，以及自身雄厚的技术基础和人才实力，中国南车株洲所要敢为人先，抓住机会，率先获取IGBT全套技术。
而要想在短短的几年时间，自主研发并掌握这一高端技术是几乎难以做到的，如果采取完全独立自主研发的方向，则需要耗费大量的时间、成本和资源，而且技术、能力和结果都不一定得到保障。
2008年10月31日，是一个对于中国功率半导体产业来说具有重大意义的日子，中国南车株洲所下属的株洲南车时代电气股份有限公司成功收购英国丹尼克斯半导体公司75%的股权，成为中国轨道交通装备企业首个海外并购项目。
丹尼克斯半导体公司是世界知名的半导体公司，也是全球最早开发IGBT技术的厂家，在收购完成当日，丁荣军不无感慨地说：“通过收购，中国南车株洲所具备了大功率高压晶闸管、IGCT和IGBT等半导体产品的完整产品结构，可以为国内外电力电子装置企业提供功率半导体器件的全套解决方案。”
这是一个双赢的协议，收购丹尼克斯半导体公司，目的是充分发挥双方的互补优势，在中国快速发展的轨道交通市场上，丹尼克斯半导体公司可以充分利用其巨大的技术优势，开拓中国庞大的牵引变流市场，获得快速发展的动力；同时，中国南车株洲所也可以学习对方的先进管理经验和技术开发模式，有利于实现技术升级和产业链的提升。
“采用资本运作的手段，改变了我国IGBT技术及产业长期受制于人的局面”，对于此项并购，投资者、行业专家给予了高度评价。
蝶变，快速嫁接的几何级效应
对于中国南车株洲所来说，并购丹尼克斯半导体公司只是万里长征的第一步。
在实施跨国产业并购后，如何发挥双方优势，做到既不损害小股东利益，又有步骤地实施技术嫁接、提升并实现产品自主化，创建中国自主的IGBT民族品牌，是摆在中国南车株洲所面前的一道战略重任。
为此，中国南车株洲所采取了“两翼齐飞”战略。
丹尼克斯半导体公司尽管是世界最早进行IGBT技术研发的厂家，但由于多种原因，特别是资金投入不足，没有形成很大的产业规模，发展较为缓慢，为了使其尽快走上良性发展的道路有必要对其进行“输血”。为此，中国南车株洲所投入巨资，对其厂房、发展平台进行改造，重头戏之一就是将其原有的4英寸IGBT芯片进行升级改造成为6英寸IGBT芯片生产线，实现了技术和工艺的全面升级，使之重新走上快速健康发展的道路。
借助丹尼克斯半导体公司在欧洲的“桥头堡”作用，2010年5月，中国南车株洲所在英国林肯成立功率半导体研发中心，成为中国轨道交通装备制造企业首个海外研发中心。该中心汇聚了来自全球半导体行业的近40名顶尖的中外高级专家，投入精力集中开发新一代IGBT芯片技术、新一代高功率密度IGBT模块技术和下一代碳化硅功率器件技术等前沿基础技术，两年多来，成果显著，成功开发了多个电压等级的IGBT芯片和模块产品。
研发中心成为中国南车株洲所对外技术交流的前沿窗口和桥梁，成为中国南车株洲所吸聚和整合全球技术资源的重要平台。
与此同时，中国南车株洲所在国内加快开始了IGBT产业化的进程。
2009年，中国南车株洲所在国内建成第一条工艺能力完整的IGBT模块封装线，该生产线定位于技术要求最高的轨道交通用高压IGBT的封装，年产能超过6万只IGBT模块。
为了获得更多的市场数据，中国南车株洲所成功在国内50多辆城市轨道车辆、大功率交流传动电力机车上对国产IGBT模块实现装车运营，通过数十万公里的前期试验、器件技术参数优化、变流器参数匹配等严格考核，其表现与同功率等级国外产品处于同等水平。
中国南车株洲所还积极获取国家的政策和项目支持，积极参与国家重大项目，承担了国家“极大规模集成电路制造装备及成套工艺” 重大专项中的“高速机车高压芯片封装机模块技术研发及产业化”项目，参与了“6500伏新型高压芯片工业开发及产业化”项目。通过持续的深入研究，中国南车株洲所IGBT器件技术整体已经跃上新的台阶
2011年5月，中国南车株洲所再次发力，一次性在株洲投入14亿元，建设国内第一条8英寸的IGBT芯片生产基地。基地设计年生产12万片8英寸IGBT芯片和100万只IGBT模块，成为国内唯一一家全面掌握IGBT芯片技术研发、模块封装测试和系统应用的企业。
此外，中国南车株洲所还致力于推动产学研结合，与中国科学院微电子技术研究所共同组建新型电力电子器件联合研发中心，开展以碳化硅（SIC）为基础材料的新型IGBT技术研发，以期掌握未来竞争中的主动权。在两个单位的共同努力下，成功研制出SiC IGBT芯片样品，构建了SiC IGBT的封装模型，为未来的可持续发展提供强劲动力。
关键词：半导体市场；芯片产业；集成电路市场；封装测试
中图分类号：F062.11 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2015）017-000-02
世界范围内半导体市场规模达三千四百亿美元，全球超过百分之五十的芯片出口到中国，但国产芯片的市场份额只占了十分之一。[1]一个国家如果长期没有自己独立研发的芯片，将无法实行进一步的发展，只能处于整体生产和代加工的低端地位。如果不能建立属于本国的独立技术体系，不仅无法得到经济利益，信息产业安全问题更是令人堪忧。
一、中国芯片被外国垄断
芯片又称之为集成电路，是一种微型电子零件，是电子产品不可或缺的一部分，没有芯片的国家无法立足于工业领域。在计算机、汽车电子以及新兴的通讯网络、三网融合、网络购物、云计算、节能发展等领域得到广泛应用。几乎起着“生死枚关”的作用。加快我国集成电路产业的发展，已经成为当务之急。
（一）芯片垄断现状
随着中国经济的转型升级，集成电路产业的战略性、基础性和先导性日益突出。然而不幸的是，我国所掌握的集成电路技术还远不能达到支持经济社会发展和保障国家安全水平，对国外厂商过度依赖。现我国市场流通和使用的芯片百分之八十五进口与国外，当中还包括百分之九十以上的高端芯片的进口。2014年，我国集成电路进口量已经超过原油，进口总额达2313亿美元，比去年增长20.5%。成为进口量最大的商品。[2]
1.网络通讯
随着智能手机和4G的推广和普及，我国对芯片的需求不断增长，中国已经成为世界智能手机的最大市场，中国市场在2014年全球智能手机销售中所占比例超过30%，虽然中国是手机最大的制造商和销售商，但由于中国在核心技术和知识产权等方面的严重缺乏和技术局限，中国的芯片产业依然长期被国外厂商所控制，每年芯片进口不仅要花费两千多亿的美元外汇，而且，这种技术和设备的技术的制约直接限制了中国信息技术产业的发展。
2.汽车电子
对汽车核心的芯片技术极度缺乏是中国汽车产业的最大弱点。众所周知，在汽车行业芯片应用十分广泛，换而言之，一辆汽车如果没有安装芯片将无法启动。除了简单的多媒体语音系统，远程操控钥匙，远程遥控停车车系统，在汽车的启动装置和驾驶辅助程序上芯片也是不可或缺的重要部分，电动转向、变速箱控制系统，安全气囊，行人保护，电子稳定系统，空调系统，控制轮胎压力，照明控制，电动窗，空调系统，座椅调节系统，都是汽车必不可少的部分且扮演着重要角色。
作为电子制造大国，中国对集成电路的需求可想而知。就在去年中国集成电路市场规模达到九千亿人民币，占到了全球市场份额的一半，由于国外厂商对高端集成电路核心技术的垄断，垄断对我国所造成的直接影响就是利润无法达到平均水平，没有利润从而限制了技术研发投入，在2013年我国所生产的数十亿电子产品全部为整机制造，因为中国无法用自身的技术形成产业链，只能整机制造，这样的情况致使行业平均利润仅为四成，低于工业平均水平近两成。[3]
（二）芯片垄断对国家的危害
集成电路产业对国家安全和军事战略具有重要意义。在国防和国家安全的领域，芯片发挥着捍卫国家和保护国家利益的重要作用，在加快经济发展和提升综合国力的过程中，芯片是主要竞争的具体体现。过去，由于单方面追求进口替代，导致对芯片产业的发展理解太过单一，不追求深层次探究，几乎没有对进口芯片要求加以限定，因此国外芯片厂商很有可能对我国芯片使用者实时监控，随时窃取信息，生活无秘密可言。在使用装有芯片的智能终端之后，你所做的一切都会留下“痕迹”。人们在互联网和通讯社交软件上的一举一动都有可能被不法分子所监视。在中国芯片是信息时代安全的重点问题，近几年来，居民信息泄露，各项隐私流出等事件的曝光，不得不提醒中国，必须要拥有属于自己国家研发制造的芯片，不能被外国所操控。安全问题将是芯片国产化的重要内部原因，中国生产属于自己的芯片，摆脱国外集成电路技术垄断显得十分迫切。
二、芯片垄断形成原因
从目前全球代工厂商的结构来看，中国台湾的台积电一家独自占有了大部分市场，市场占有率超过一半，其他三家代工厂占小部分市场，约30%，近几年来，中国在芯片的技术开发与研究方面已经积累一定技术，但仍然缺乏创新能力，与国外相比还有很大的提升空间。
（一）短期回报不明显
许多有实力的公司更加注重投资的短期收益。如华为，他们宁愿花费在其他非高科技领域上，也不愿意投资芯片制造和设计，这其中的主要因素，是芯片产业短期收益回报过低是直接因素。
高通作为全球最大的手机芯片手机和无线通信技术的制造商，主导和支配着各项标准和必要专利技术，几乎控制全球高端手机的“生命之门”。知识产权的垄断为高通创造了更高的利润，经营模式受到业界的诟病。高通公司要向使用其芯片的厂商收取整机开票价格百分之五的专利许可费。在这样的形势下，中兴和华为等国内几大手机厂商在国际上的排名十分靠前，但形势不容乐观，利润都处在微利或持平水平。
（二）政策支持力度低
政府的支持是有限的，而不是按市场化原则为芯片制造投入技术和资金，集成电路作为人才高度密集的产业，属于高风险期的长期投资，许多民间企业，资金实力有限，抵御风险能力更是微乎其微。尽管中国政府为支持芯片产业出台了一系列政策，以带动芯片产业，但没有见到具体措施，投入具体资金。没有政府的大力支持，中国芯片产业就无法进入快速稳定发展阶段。
三、中国芯片如何取得突破
其实，一个国家想要掌握芯片这项高科技技术，也不是不可能的。像美国、日本和一些欧洲国家，都是依靠大规模投资，开展技术项目研究，从而获取高水平产品。而且先进的技术也离不开政府相关政策的支持。所以，针对我国芯片现状，想要快速发展，打破垄断，也是有迹可循的。
（一）我国芯片产业革命先锋
我国台湾芯片产业技术发展飞速，短短几十年，已经从一个懵懵懂懂的“探路者”，发展成为位居世界前四位的先锋者，台积电、联华电子的技术实力和利润还行业内都名列前茅。其中，华为还成功涉入汽车电子领域――为德国某整车厂供应芯片模块等相关产品。而这项成就与华为对其技术开发所投入不菲的资金有关。华为在其芯片产业一直投入大量的人力、财力，“欧盟公布的2014年各行业研发资金五十强榜单显示，中国电信设备厂商华为以接近35亿欧元的研发支出位列第三十一位，甚至超过了电子巨头高通。”[4]
（二）芯片产业突破垄断对策
1.高端技术人才缺失是目前芯片产业面临的一大难题。通过开展学术交流等方式推动自主创新，提升专业技术。拥有人才就等于拥有技术，只有通过聚集专业型芯片技术人才，我国国内芯片产业技术才能得到提升，进而在业内赢得稳固地位。另外，好的企业管理者也是保持芯片产业活力的血液，我国应该积极培育相管管理者，促进产业发展。
2.政府政策的扶持也是相当重要的。在当今世界，许多国家都针对芯片产业制订了相应的税收政策，通过减少税收，刺激芯片产业发展。同时，各个国家用于芯片技术开发的资金，也都逐年递增，从而推动芯片产业发展。在企业发展的过程中，每个阶段基金的投入，都会极大地减轻了企业短期生存的风险，给芯片企业带来巨大的活力。因此我国应该重视起来，积极成立相关部门，借鉴国际经验，加大产业扶持力度，不光是从税收方面制定政策，更要发展产业投资基金，为民间投资者提供保障，对投资方向抱有信心，加大对芯片产业开发的融资力度，以实现对芯片技术的资金支持。
3.而对于芯片产业，政府应该认清并不是只有芯片技术这一项产业，而是由各类产业串起的一条产业链，如封装、产业应用、测试等领域。目前，我国企业在这些行业中，不乏领头的佼佼者，而当务之急是如何将这些企业整合在一起，形成纹丝合缝的产业链，是我国政府首要面对的问题。因此，我国相关部门应尽快总结基金运营的经验，将其糅合到一起，共同发展芯片产业领域，提高创收，并为其它领域的突破提供示范。
参考文献：
[1]孙永杰.4G时代：中国“芯”春天真的到来了吗？[J].通信世界， 2014（7）：5.
[2]本刊综合.中国芯片产业崛起[J].发明与创新（大科技），2015（2）：5.
直通的电梯更高效――半导体行业注意到了这一点，改用3D芯片设计的潮流蔚然成风。晶片堆叠起来，数据从一层传送到下一层（相当于通过电梯），而不是把晶片放入不同封装件中，焊到电路板上，通过输入/输出端口将数据传送到其他芯片上（相当于开车穿过郊区）。
Brian Cronquist是总部设在圣何塞的3D芯片技术新兴公司3D的副总裁，像他这样的芯片行业人士表示，3D设计使用了两块尺寸为22nm的堆叠晶片，得到的效果（包括减小导线长度、栅尺寸和器件功耗）与改用一块尺寸为15nm的晶片几乎一样。（据英特尔声称，22nm晶体管的栅非常小，4000多个栅的宽度才相当于人的一根头发那么细）。
此外，不用耗资约50亿美元改造芯片制造厂来生产尺寸更小的晶片，就能做到这一步。Cronquist估计，进行改造以便生产3D芯片所需的总资本和研发成本将接近2亿美元，他援引了总部设在加利福尼亚州米尔皮塔斯的GlobalFoundries的相关数据，GlobalFoundries以前是芯片生产商AMD的制造部门。
Cronquist表示，向上扩展（即堆叠硅片）“现在看起来与向下扩展（即改用尺寸更小的晶片）一样好。以前，我们通过增加更多的晶体管和更多的金属层来解决2D方面的问题，但长远来看这么做的成本非常高。”
英特尔的技术分析师Rob Willoner承认，这个想法可以追溯至几十年前。而在过去，3D设计通常涉及引线接合方法，即一个封装件放在另一个封装件上面，然后将引线接合起来。
另一种方法就是完全去除那些引线，让互连件直接透过顶层芯片――而不是沿着芯片走，通过硅衬底到达底层芯片，即采用穿透硅通道（TSV）技术。Willoner说：“这就是所谓的3D。”
走往上堆叠的路子
穿透硅通道实际上是布满铜线的微型通道，让电连接可以从圆晶底部一直往上通到顶层电路。加州洛斯阿尔托斯Eda2asic咨询公司的总裁Herbert Reiter指出，计算机行业希望穿透硅通道的直径不超过5微米，那样芯片上可以为许多穿透硅通道留出地方，不会致使纳米级晶体管小得带来连接问题。
采用标准的生产方法，微型通道的孔径比为10：1。所以若是5微米的穿透硅通道，硅圆晶就需要50微米厚。
Reiter补充说，类似的穿透硅通道已经应用于图像传感器的大规模生产，但是那些穿透硅通道的直径通常是20微米至50微米。他表示，自己见过直径仅为2微米的穿透硅通道，还听说有的实验室在研制直径仅1微米的穿透硅通道。
如果采用今天的技术，“我们能生产出50微米厚的圆晶来，”他强调。“如何处理这些圆晶是个挑战，但是它们具有的优点很吸引人。”
Reiter指出，由于晶体通过穿透硅通道相互直接连接，器件之间的互连件现在的长度是数微米，而不是数毫米，因而将信号延迟缩短了几个数量级，因为1微米是1/1000毫米。另外，不再需要用于芯片外输入/输出的缓冲器和中继器电路――这是个优点，因为这类电路的功耗常常占到芯片总功耗的20%至40%。
Reiter表示，研制功耗比2D芯片低50%的3D芯片是一个“绝对可以实现”的目标。
除此之外，借助3D芯片技术，“有望在最后一刻把模拟器件、动态随机存取存储器（DRAM）和逻辑器件组合起来，将不同的金属层混合搭配，在设计周期的后期阶段改变最终产品的功能，而成本相当低”Sitaram Arkalgud说，他是位于纽约州奥尔巴尼的半导体行业联盟Sematech的互连件部门主管。
业界广泛认为，这项技术的一项潜在用途就是将内存做在处理器上面。这有望加快访问内存的速度，并减小电路占用的面积。
Sesh Ramaswami是应用材料公司（Applied Materials）负责战略的高级主管，这家总部设在加州森尼韦尔的公司为半导体制造行业提供配套设备和服务。他表示，700微米的高度限制在移动设备市场很常见；加上塑料封装和焊接点的突起，这将为逻辑电路层和四个内存层留出地方。
在台式机方面，多核处理器访问芯片外面的内存时，面临严重的延迟问题。Reiter指出：“但如果内存堆叠在处理器上面，内存离处理器仅50微米之遥。”他补充说，同样很容易采用旧技术来生产内存，可以使用尺寸较大、但成本较低的尺寸，以降低生产成本。
由于种种潜在的优点，“在短短的近6至12个月间，我发现发展势头强劲，因为就中低产量而言，3D技术比改用更小的特征尺寸有望经济高效得多，”Reiter说。
2013年形势大好
展望未来，Sematech的Arkalgud预测，第一代量产的3D器件会在2013年推出。他表示，这将“引发扩展工艺和堆叠工艺的竞争，因为厂商在更多产品中使用这两种工艺。”扩展工艺是指添加更多更小的穿透硅通道，堆叠工艺则指添加更多的层。
他补充说：“四五年后，这场竞争才会分出胜负。展望未来，我们会采用堆叠工艺生产更多的器件，比如光学互连件、传感器和微机电系统。这项技术不是渐进性的，绝对是革命性的。”
应用材料公司的Ramaswami也预计会在2013年实现量产，不过他提醒：供应链方面有更多工作要做。说到业界的准备就绪程度，他给厚圆晶加工方面打了A，给薄圆晶加工方面打了B，给组装和测试方面打了B-。
Ramaswami解释，厚圆晶加工的关键是生产可靠的穿透硅通道。“你需要打好孔，然后添加氧化物衬垫，再添加金属晶种，最后还要填平补齐。为了做好填平补齐部分，前三个步骤必须很到位。我们花了两年半的时间让所有五个步骤都可靠、成本合理。”
他解释，要堆叠的圆晶必须是50微米薄，这就需要薄圆晶加工。厚圆晶必须焊接到载体上，削薄后再脱焊，必要的加工技术需要进一步完善。不过，他预计2012年春天之前就能准备到位。
至于组装和测试，已经开展了这方面的一些工作，“但除非更多的硅片在生产中，否则无法在后期阶段做许多工作。”
Ramaswami估计，额外的加工为圆晶的成本可能添加100至150美元，今天圆晶的总成本约3000至5000美元，但每块圆晶可以切割成几千块晶片。他指出：“成本增加不多，但厂家不想增加任何成本。”他表示，额外的成本限制了其在移动电子产品、高性能计算和图像传感器等市场之外的接受程度。
他表示，至于成品率，这方面还没有太多数据，因为产量还是很低。他预测：“与其他技术一样，成品率开始会很低，但会不断提高。”他补充说，成品率达到90%至95%后才被认为是成功的。
Arkalgud同意这个看法，说：“我们仍有好多工作要做，尤其是需要在芯片晶片布局、尺寸和引脚图等方面确定标准。现在有许多问题，但我不觉得哪个是不可逾越的障碍。”
另一种替代技术：2.5D
虽然3D支持者在倒计时迎接2013年，但是这项技术的一个变种已经投入生产，尤其是在圣何塞的半导体公司赛灵思（Xilinx）。这项技术名为2.5D，其原理是将一种名为中介层（interposer）的无源层堆叠到晶片上面。然后，像铺瓷砖那样将较小的晶片铺在中介层上面，而不是直接互相堆叠。中介层含有穿透硅通道以及将顶层晶片与底层晶片连接的线路。
据赛灵思的文档介绍，使用极小的“微突起”连接器，中介层可以在芯片内进行成千上万个短小的连接，因而允许千比特宽的输入/输出，提升吞吐量，不需要更高的时钟频率。
赛灵思副总裁Liam Madden指出：“甚至在一年前，2.5D技术还被认为是一项过渡技术；而现在，它被认为是一项成形技术。”
Madden表示，3D存在、但使2.5D更吸引人的问题包括：散热以及穿透硅通道里面的铜线引起的干扰。
Madden说：“这些问题可以克服――我认为，3D最终会成为很平常的技术。”他表示，一个不大明显的问题是，芯片制造厂之所以不想把穿透硅通道用到最新的技术中，是原因可能不兼容。“让原来的晶体管正常工作够难了，而引入继电器的缓动铜套（copper slug）带来了更大的难度。所以，如果你希望2.5D或3D堆叠结构中的底部晶片使用最先进技术，还得再等一两年”，让它们有时间添加穿透硅通道。
使用2.5D技术得以“制造出比我们平常用单单一块硅片所能制造的大得多的器件，”Madden说。“为了生产最大的器件，我们使用四块不同的晶片，它们用中介层互连起来。”他表示，使用四块独立晶片比使用一块大晶片更容易获得可以接受的成品率。
Madden说：“这项技术的第二种应用是，我们可以把几代不同的晶片集成到同一个中介层上，那样我们就能优化这项技术。”他解释，赛灵思 “不会把英特尔处理器”互相堆叠起来，补充说“这个问题是无法解决的”，因为需要成百上千个连接器引脚。但是赛灵思会把动态随机存取存储器做到处理器上。
菲尼克斯城半导体研究公司的分析师Rich Wawrzyniak也表示：“2.5D技术优点多多。”一个优点是，制造商制造的中介层没必要做到与系统中其他集式电路是同一技术层面。制造商可以制造20nm的有源硅和65nm的中介层，因而节省成本、获得更高的成品率。
Wawrzyniak 补充说：“2.5D技术会成功吗？这归结为成本和成品率。成品率应该不成问题；我觉得，只要没必要制造尺寸与有源硅一样大的中介层，成本不会是个重大因素。”
与此同时，自1965年以来，半导体行业一直通常遵循摩尔定律（以英特尔前高管戈登?摩尔命名）；该定律认为，芯片的性能每两年就预计会翻番。Madden表示，2.5D和3D并没有遵循摩尔定律，而是超越了它。
他说：“摩尔定律适用于单片硅，其发展曲线图呈现自己的曲线。现在我们可以跳到新的曲线，出现小步增长，然后梯度曲线更陡了。”
另外的3D
虽然2.5D和 3D技术是指对硅晶片采用新的封装技术，但是英特尔在5月宣布其芯片中的晶体管采用了名为三栅极（Tri-Gate）的3D技术。三栅极是指从硅衬底垂直竖起的薄薄的硅鳍状物，鳍状物两侧以及顶部都有栅。相比之下，传统晶体管只在上方有一个栅。
Willoner这样描述布局：“把一只手的五个手指转向一边，把另一只手的五个手指卷起来，然后把它们盖到第一只手的上面。”他解释，在这种布局中，“晶体管的切换速度更快，功耗更低。”
他表示，改变晶体管状态所需的功耗其实可以减少一半，甚至更多。他补充说，待机功耗（晶体管没有实际处理任务时损耗的功率）可以减少一个数量级。
Willoner强调：“性能的提升取决代晶体管的工作电压。”他表示，低电压晶体管可以将性能最多提升37%。这点很重要，因为低电压器件是更适合手持设备的器件；而对手持设备来说，低功耗很重要。在较高电压下，Willoner表示他们发现性能提升了18%。他定义的低功率是指0.7伏上下，较高功率是指1伏上下。
他补充说，使用3D晶体管使制造成本增加了2%至3%。
英特尔预计会在今年年底之前开始销售使用三栅极技术的器件。他指出，这些器件将采用即将推出的22nm尺寸，目前的英特尔器件采用32nm尺寸。
至于晶体管层面之外的3D，“我们英特尔在研究可行性，但还没有宣布任何产品，”Willoner补充说。“我们无疑有这个能力，但是所有新技术都有其优缺点，尤其是成本这个缺点。但是我赞同3D最终会成为很平常的技术这一观点。”
至于IBM，发言人表示该公司正在探究3D芯片技术，已开发出了所谓的赛道非易失性内存晶体管，采用垂直的U形纳米导线，这种晶体管预计会在五到七年内进入市场。他表示，IBM试验的水冷芯片同样用到了3D芯片布局。
海外战略投资者正觊觎着中芯国际，国内有眼光、有谋略的投资者更应该把握住这次机会，特别是在中芯与新加坡特许半导体将合而未合之际，注入资金
自2000年4月创立至今，中芯国际在经历了数次扩张之后，成功地让中国内地进入12英寸45纳米时代，赶上了国际一流水平。2007年，中芯国际以15.5亿美元的销售额领先新加坡特许半导体公司，排名Foundry（准工艺加工线）行业全球第三。然而，在资本市场上中芯国际的股票却沦为鸡肋。
资料显示，自2004年3月18日在香港联交所挂牌交易以来，中芯国际的业绩连年亏损。对于股票投资者而言，中芯国际虽有强大的实力和美好的前景，却无法让他们在短期内收获暴利。杀跌之下，中芯股价已从发行价2.69港元一路下跌至目前的0.36港元左右，市值缩水7倍之多。
快速扩张的负效应
成立8年来，中芯国际的一系列扩张为自己带来了巨大的产能，包括5座8英寸芯片厂，4座12英寸芯片厂;而且也带来了高额的回报，2007年15.5亿美金的销售额使中芯国际成为仅次于台积电和台湾联电的Foundry企业，也是中国内地规模最大、技术最先进的集成电路芯片制造企业。
但是，5座8英寸芯片厂、4座12英寸芯片厂的建设资金可称得上是一笔天文数字，摊销在每年的折旧费用高达7亿－8亿美元。因此，尽管在2007年，中芯国际的利润达到了7.3亿美元之多，但在巨额的设备折旧费用面前，亏损仍然在所难免。
然而，亏损只是暂时的。世界上没有几家半导体制造企业从一开始就能盈利。到今年年底，随着中芯国际的设备折旧逐步完成，其利润与市值必将同步上扬。
在技术上，中芯国际的工艺水平已经达到12英寸65纳米，并于2007年12月26日与IBM签订45纳米大批量CMOS（即互补金属氧化物半导体，是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料）技术授权合约，赶上了世界一流技术水平。
因此，对于海外的战略投资者而言，当前的股票价值严重低估,无疑制造了向中芯国际伸出魔爪的良机。中国半导体业内人士开始担忧,中国政府一心要扶持发展的芯片制造企业会不会被外国人以极其低廉的价格买走？中国半导体行业的发展会不会又陷入外国企业的掌控？事实证明,这种猜想决不是杞人忧天。
前不久，汇源果汁的H股从价格高位下跌2/3,至3港元。可口可乐瞄准了这个时机，提出以每股12.2 港元的价格全面收购汇源果汁，如果收购成功，这将使可口可乐一举占领中国非碳酸饮料市场的半壁江山。
这不禁让我们联想起了数年前，外国金融财团陆续进驻中国银行业，收购建行、中行、工行、华夏等国有银行的股权，购买价仅徘徊在净资产价格附近，完全无视这些国内银行的品牌、垄断优势、盈利能力和发展潜力。令人惋惜的是，国外财团凭借很低的成本价购入，轻轻松松地赚了个盆满钵满。
股市不断下行，中国资产的价值被非理性地低估，中国投资者早已失了信心，国外的跨国大企业却看好国内企业已有的市场优势。此种形势之下，中芯国际如何保住基业，提升市值？
合并重组提升企业价值
企业间的兼并重组是产业整合的重要方式，也是企业价值的一次提升，中芯国际向来注重与优质企业间的合作。因此，此次为提升公司市值，中芯国际仍应选择合作――重组――扩张的方式。
在半导体行业，规模经济至关重要，往往能决定公司利润率的高低。中芯国际与其他企业合作，生产规模大了，一方面能摊薄生产成本和技术研发成本，另一方面能提高公司在市场上的影响力及价格谈判能力，公司利润率也就自然而然地提高了。目前，世界上利润率最高的集成电路芯片代工企业是台积电，中芯国际若想赶上台积电，“强强合作”是最佳选择。
与以往略有不同的是，中芯国际现在已经是目前中国内地规模最大、技术最先进的代工企业，兼并或与内地的代工企业合作显得有些画蛇添足。这一次，中芯将目光投向了与它实力相差不远的代工企业――新加坡特许半导体（Chartered Semiconductor），下文从三个方面分析两者的合并前景。
销售收入。根据图、表分析可知（见图、表），台积电以98亿美元的销售收入遥遥领先于其他企业，占全球份额的44.3%;台湾联电以32亿美元的销售收入位列第二，占全球份额的14.7%;而中芯国际和新加坡特许半导体的销售收入则势均力敌，分别为15.5亿美元和14.45亿美元，占全球市场的比重分别为7%和6.5%;两者合并后与台湾联电大致相等，极有可能在2008年取代台湾联电，成为排名第二的Foundry企业。这一全球范围内的重新洗牌必将在很大程度上改变中芯国际的形象，中芯的实体经济强大了，它的虚拟经济――市值也必将强大起来。
产能。目前世界主流的技术是12英寸生产线，中芯国际拥有4条12英寸生产线，加上特许半导体的1条，共有5条生产线，而台湾联电只有4条。仅从12英寸生产线的产能来看，中芯国际与特许半导体的总和大于台湾联电。如果二者成功重组，则不仅能够迅速扩大生产规模，未来在销售收入上超越电，还能增强投资者信心，有效提升市值。
半导体行业是一个尖端技术行业，规模巨大、产值巨大，且对电子、信息、消费产业的带动作用巨大，因此，该产业的发展具有战略性意义。
中芯国际（下称中芯）能在不到8年时间内将触角伸到中国的六大城市，速度之快、范围之广在整个半导体行业算是一个奇迹。兴建一座又一座的芯片制造厂不比开一家又一家的麦当劳连锁店，它讲究的是巨额资金、尖端技术、顶级人才、市场订单四位一体，相互配合、缺一不可，但是中芯做到了。
八年迅速崛起
半导体行业是一个资金密集型产业，需要不断地追加投资才能跟上市场的需求。国家支持的项目通常在产业发展略有起色之时，就满足于已有的成果，止步不前，从政府“901”到“909”项目皆是如此。目前，“909”项目――华虹的生产线还停留在8英寸的水平。
半导体行业也是一个技术密集型产业，一些尖端的技术都掌握在美国的手里，且对其他国家，尤其是中国实行技术封锁，造成中国内地的技术要比欧美、日韩等落后几代。中芯的出现扭转了这一局面，中芯通过若干次的扩张行为成功地让中国内地进入12英寸45nm时代，赶上了国际一流水平。可以说，自中芯成立的那一天起，它扩张的步伐就从未停止过:
2000年4月，张汝京创立中芯国际（SMIC），并在总部上海兴建三座8英寸芯片厂，开始了他在芯片王国的征程。
2004年1月，中芯涉足天津，通过收购摩托罗拉、建设8英寸生产线迅速将地盘从华东地区延伸到了华北地区。
2004年6月，中芯位于北京的12英寸芯片生产线正式投产。
2006年3月，中芯在成都高新区的封装测试二厂开始投产。
2006年6月，中芯宣布在武汉东湖高新技术区建立它的第二条12英寸生产线，继华东、华北区之后，中芯国际终于在中西地区也插上了SMIC的旗帜。
2007年9月，上海建造的12英寸晶圆厂也开始投产。
2008年1月，中芯宣布在深圳投资8英寸、12英寸两条生产线。至此，中芯国际终于在内地最后一个重要市场――珠三角地区落下一颗棋子。
中芯形成了以上海为中心的华东区、以北京和天津为中心的华北区、成都和武汉为中心的中西区以及以深圳为中心的华南区的布局。2007年，中芯以15亿美元的销售额领先新加坡特许半导体公司，排名该行业全球第三，仅次于台积电和台湾联电。
资金管理:内部融资+外部融资
根据我们的调查研究，建一座8英寸厂需要约8亿美金，而建一座12英寸厂大概需要25亿美金。中芯已拥有五座8英寸芯片厂，四座12英寸芯片厂。也就是说，即使不包括配套设施和运营费用，中芯也需要投资约140亿美金。如此大手笔，中芯的资金从何而来？
内部融资。充分利用资金的流动效应，将每年的销售收入投入到下一轮的投资中去，让资金循环使用，达到“边生产、边扩张”的目的。
市场融资。在美国成功上市，走资本市场融资的道路，迅速且有效。
银行贷款。以上海和北京的芯片厂为例，中芯先后在2000年和2004年分两次共从中国建设银行、中国工商银行、交通银行、上海浦东发展银行获得联合贷款7.65亿美元。这在很大程度上缓解了资金压力。
风险资金。风险投资者的眼光最为毒辣，但上海实业、高盛、华登国际等机构均看好中芯的管理团队，并对中芯慷慨解囊。
政府支持。作为对国家具有重大战略意义的产业，中芯取得了政府的支持。以武汉107亿元的12英寸晶圆代工厂为例，在此项目前期，包括土地、厂房、生产线设备在内的所有投入，皆由武汉市政府支出，在工厂建设完毕之后再委托给中芯管理。根据协议，三到五年后，中芯有权以原价回购这条12英寸生产线，甚至连利息都不需要支付。
技术管理:外部引进+自主研发
半导体行业的竞争在一定程度上就是技术的竞争。一家年轻的Foundry(标准工艺加工线)公司要迅速地赶上目前国际上主流的45nm技术，对外寻求合作是一条捷径。
东芝、富士通、特许半导体、IMEC(欧洲半导体研发中心)、Elpida、英飞凌、Freescale等国际大厂都是中芯的技术合作伙伴。2005年，中芯与Saifun合作，获得NAND flash技术。 2006年，中芯与英飞凌签署协议，开始90nm标准的产品合作生产，在这一轮的合作中，英飞凌将自己最尖端的90nmDRAM沟槽技术和300毫米产品生产技术转让给中芯。2007年，在国内制造业还在努力从微米技术向纳米技术突破的时候，中芯已开始与IBM进行在45nm技术层面上的合作洽谈。
在进行技术引进的同时，中芯创始人张汝京强调，“自主与合作要两条腿走路”。目前，中芯已有800多人的技术团队，在研发能力上，中芯与代工界的龙头老大台积电实力相当。这批人才中，一部分来自德州仪器，其中有六七位是研究12英寸45nm生产线的“顶级高手”。现在，中芯的技术不仅在国内，即使在国际上也是一流的。
人才管理:海外引进+内部培养
张汝京曾在德州仪器从业20年，其中8年从事研发，12年从事工厂运营，拥有超过24年的代工厂运营、芯片加工和研发等半导体产业经验。离开德州仪器之后，张汝京在台湾创立了世大积体电路公司。
在中芯成立之初，公司员工多来源于原“世大”的资深员工和张汝京在德州仪器工作时的团队。中芯瞄准国外半导体人才加以引进，为他们提供个人发展和晋升的机会，授予公司的股票。同时，中芯替他们解决住房、子女教育等一系列问题，确保他们能在中芯全身心地服务。到目前为止，中芯已集聚了1000多名海外人才。
但是光靠从海外引进人才无法满足中芯的需求，而内地在这方面的人才属于稀缺资源。对此，中芯的策略是“引进”与“自陪”双管齐下。
张汝京认为，“内地的人才资源很丰富，复旦、交大培育出来的本科生基础扎实，只是缺少实战经验，但他们的学习能力强，只要经过前辈的点拨，不会比从国外请回来的人才差。”
张汝京提出了“以老带新”的构想，即让公司的技术骨干手把手带两到三个年轻的工程师，并在中芯的生产线上提升他们的实战经验。经过6-7年的磨练，这些年轻人便可为中芯效力，一位在2000年进入中芯的本科生如今已成为中芯的坚实力量了。
现在已有不少国外的企业表示要高价挖中芯培养的本土人才，这是对中芯人才战略的最大褒奖。
市场管理:低成本竞争+关系营销
市场风云变幻，2000年的灾难式下挫和2007年的市场低潮无不昭示着半导体行业的风险。如何控制成本、争取订单成为了规避风险的关键。
在制造成本上，内地的企业有着天然的优势。内地的电力、水、土地等价格低廉，占总成本约10%的人力成本也比欧美及台湾地区低。
张汝京透露，“尽管中芯的固定成本要比台积电高出少许，但在可变成本上，中芯比台积电低10%左右，比欧美国家更是低15%以上。”只待设备折旧完毕，中芯的成本优势便将体现出来。目前，中芯在国际上的报价比其他厂商低5%以上。国际客户倾向于将在中国接到的订单交给中芯代工，一方面是出于靠近市场的考虑，另一方面也是出于节省成本的考虑，目前中芯很大一部分的订单就属于此类。
中芯在2007年达到15亿美元销售额，与张汝京本身的市场关系也是密不可分的。张汝京在德州仪器从业20年，频繁接触国际大客户，为中芯能够争取到更多的国际大订单打下了基础。
