方寸之間寫乾坤
——中國電子科技集團中科芯集成電路有限公司副總經理明雪飛

蔡巧玉 戶 萬

明雪飛

2020年，美國發(fā)布對華為禁令，規(guī)定自當年9月15日以后，包括臺積電、高通、三星及S K海力士、美光等企業(yè)將不再供應芯片給華為。

一石激起千層浪！這讓自2018年開始的中美貿易爭端進入了白熱化階段，而其間暴露的我國半導體產業(yè)的短板問題，也在這次禁令中被推至頂點。這不是一家企業(yè)、一個產業(yè)的危機，而是整個國家高端制造業(yè)面臨的重大危機！

一時間，光刻機、晶圓等半導體核心設備和材料成為搜索引擎上的熱詞，然而半導體產業(yè)中的一個重要環(huán)節(jié)卻在這波關注熱潮中被忽視了——封裝。所謂“封裝技術”是一種將集成電路用絕緣的塑料或陶瓷材料打包的技術。以CPU（中央處理器）為例，我們實際看到的體積和外觀并不是真正的CPU內核的大小和面貌，而是CPU內核等元件經過封裝后的產品。封裝起著安放、固定、密封、保護芯片和增強導熱性能的作用，同時還是溝通芯片內部世界與外部電路的橋梁。封裝技術的好壞直接影響著集成電路產品自身性能的發(fā)揮和與之連接的PCB（印制電路板）的設計和制造，因此是至關重要的一環(huán)。

隨著芯片制程達到物理極限，摩爾定律開始失效，光刻工藝進展緩慢，半導體制造技術的進步正逐漸將重心移至后段的封裝領域，各種先進封裝制程、高精密封裝制程應運而生，甚至有人預測，未來十年集成電路發(fā)展重心在于封裝。

然而就是在這樣重要的領域，我國卻缺乏自主創(chuàng)新的能力，甚至在關注度上也不如光刻機等熱門領域。好在已經有人深耕于此。“事情總要有人去做?！敝袊娮涌萍技瘓F中科芯集成電路有限公司副總經理明雪飛還未至不惑之年，卻已經是一名有著12年封裝技術經驗的“老兵”了。從一線工程師，到后來的技術負責人、如今的企業(yè)管理者，他始終置身于行業(yè)或蓬勃、或坎坷的發(fā)展洪流之中，逐漸辨明并開始全力邁向中國封裝技術要走的那條道路。

關鍵問題不能“打折”

2019年11月29日，無錫瑞廷西郊酒店，一場簡約卻不乏隆重的發(fā)布會正在這里召開。作為中國電科旗下重點打造的集成電路專業(yè)化企業(yè)，中科芯集成電路有限公司的“12英寸晶圓級微系統(tǒng)封裝集成PDK”在發(fā)布會上宣告上線。

當天，時任封裝事業(yè)部總經理明雪飛在發(fā)布會現場，向客戶的長期關注和支持，以及與事業(yè)部的共同發(fā)展表示了感謝。明雪飛克制的語氣中難掩激動，一幕幕攻關畫面在他腦海中如膠片般逐一閃過，把他從這熱鬧的現場拉回到5年前。

2014年，明雪飛所在的先進封裝研究室面臨著一個新的課題。隨著電子系統(tǒng)集成度越來越高，當時的封裝技術已經無法滿足產品與裝備的要求。這時，微系統(tǒng)概念逐漸火了起來。所謂微系統(tǒng)，就是用更先進的制造手段，把電子系統(tǒng)小型化、微型化，同時實現多功能，使其可以在更多裝備中發(fā)揮更先進的作用。建立一條適應新需求的先進封裝PDK（工藝設計套件）生產線迫在眉睫。

當時行業(yè)內比較主流的路線是采用3D-TSV（硅通孔）封裝技術?！斑^去芯片是平著放在一些載板上面的，3D封裝技術就是把芯片堆疊起來，然后在中間穿孔，使芯片之間實現互聯，通過這種三維集成的手段使芯片小型化。”這項技術在業(yè)內被認為是未來封裝技術的發(fā)展趨勢。一開始，明雪飛跟大多數人一樣，看好這一技術方向。但在一次又一次的論證中，他逐漸發(fā)現這種主流方向未必符合當時企業(yè)的實際需求。

“核心問題是設備和原材料不受控，其次是投入大、研發(fā)周期長。”明雪飛一如當年的明白了當，一針見血地指出癥結所在。事實也的確如此，3D封裝技術最早由臺積電和英特爾研發(fā)，關鍵技術材料和設備都受控于人。2019年，我國開始自主研制這項技術時投入了大量資金，也遭遇了很多困難。而在中科芯開始著手先進封裝PDK生產線研發(fā)的2014年，更可以想見其條件之不成熟。

“客戶和產品的需求不等人，我們面對的最大需求就是能盡快應用。我們的研究必須以實際的工程需求出發(fā)，要能真真正正落地?！泵鎸夹g條件不成熟、資金不足的現狀，充分分析了技術路線并進行了大量論證后，年輕的明雪飛大膽地提出了與主流聲音不同的觀點。

“那是一段非常艱難的經歷。”選擇勇敢發(fā)聲就要用同樣的勇氣去承受隨之而來的質疑?！安豢赡軟]有壓力，那應該是壓力最大的一段時期了。”明雪飛用“年輕氣盛”來形容當時的自己，“換成現在我可能不會說那么直接的話，但當時確實跟很多人爭執(zhí)過技術路線?！泵餮╋w堅守的底線始終是這條工藝線能不能結合實際工程應用?！坝⑻貭柡团_積電搞3D封裝技術，那是投入了多少資金、人力、物力？每年甚至以數十億美金的規(guī)模來計算。另外在產業(yè)鏈掌控能力，以及人才聚集程度上，我們的條件都不夠成熟。這是我們必須正視的現實。我有信心，將來我們國家一定會在這項技術上迎頭趕上，但同時我們也必須承認這不是一蹴而就的事情。如果純粹為了追求一個主流的概念，卻囿于條件所限，在很多關鍵問題上‘打折’，那么這種‘打折’就會以犧牲我們整個技術發(fā)展為代價，偏離我們原本的目標。”

明雪飛在向用戶介紹封裝產品

明雪飛不僅提出了反對意見，也提出了他的解決方案——12英寸晶圓級扇出工藝就是這樣誕生的。

如果說TSV技術是將芯片像積木一樣摞起來，那么扇出工藝就如同拼拼圖——將很多芯片平面拼成一個更大的芯片，其強調的是二維空間上的高密度的互聯技術。這兩種技術并沒有好壞之分，但二維技術顯然比三維技術更簡單，因為三維技術需要在芯片上穿孔，這就需要提前根據不同的芯片預留打孔位置，但對于大部分芯片還來源于進口的我國來說，根據不同芯片的情況預留位置顯然是不現實的。

既然自己提出了一條不同的路線，那就必須把這條路走通，才能證明自己的觀點?！半S大流是很容易的，因為即便走錯了也不會有人說什么，大家都這樣認為。但提出不同的觀點卻很難，一旦行不通，那就百分之百是自己的問題了?！表斨薮蟮男睦韷毫?，明雪飛開始了技術攻關。接下來，他要面對的是從傳統(tǒng)封裝到先進封裝技術需要跨越的巨大的技術鴻溝。

相對于傳統(tǒng)封裝來說，先進封裝技術采用或借鑒了半導體工藝制造技術中的一些設備和思想，其工藝會用到光刻機、真空鍍膜等芯片生產才會使用的設備和材料。也因此，從傳統(tǒng)封裝到先進封裝，并非簡單的技術升級，而是技術的跨越。

那時為了攻克技術難題，明雪飛聯系了國內很多技術先進的企業(yè)，利用周末時間親自前往咨詢，請教一些技術上的問題，同時想了不少辦法引進人才。這份堅持加上符合實際產業(yè)情況的技術方案，讓這條12英寸晶圓級扇出P D K終于成功上線。目前，這條被明雪飛描述為“接地氣”的工藝線已經為上百家國內單位和企業(yè)提供了加工服務，在集成度方面至今仍位列國內前茅。

從一線走來

如今再回頭看當年的選擇，明雪飛不好意思地說自己當時太年輕了，說話不懂得“迂回”，但對于自己做出的選擇，他從不后悔。這種“以工程應用為本”的研究思想其實與明雪飛的成長經歷有著很大的關系。

明雪飛本科時就讀于西南交通大學材料成型與控制專業(yè)，他幽默地解釋自己的專業(yè)：“通俗一點講就是‘鐵軌焊接’?！奔磳厴I(yè)時，他認為材料專業(yè)在集成電路領域的發(fā)展空間會更大，于是讀研時，他選擇了集成電路的材料方向，“說白了就是從焊鐵軌變成了焊集成電路”。這次，他的落腳點是香港科技大學機械工程系。在這里，材料專業(yè)和機械專業(yè)不再被區(qū)分，而是合并在一起，明雪飛于此完成了專業(yè)的轉向。

畢業(yè)后，在繼續(xù)深造還是參加工作的兩種選擇中，明雪飛選擇了后者。他的想法很簡單，“當時不想走純學術的路線，有一些實際經驗后再做后續(xù)打算可能會更好”。回到內地后，明雪飛沒有選擇繁華的一線城市，也沒有回到家鄉(xiāng)青島，而是來到了位于無錫的中科芯集成電路有限公司。在國內的封裝領域，中科芯一直位于頭部。對于明雪飛來說，這里是能學習、能做事的地方，也是他實現自己報國情懷最好的地方。

在中科芯，明雪飛的崗位是一線工程師。很多年過去了，他還記得自己接觸的第一項工作是給集成電路打標，“就是在一些做好集成封裝的電路上，用油墨或激光去做一些標記，讓人家知道這個電路是誰家的產品、什么型號”。當時，這道工序采用的是由人工進行油墨打標的老辦法，“相當于手動去蓋一個印章”。但因為人工“蓋章”力度無法統(tǒng)一，使標記會產生一些孔洞或其他缺陷，這些缺陷就會導致標記在后續(xù)發(fā)生脫落。

無論從生產效率還是從可靠性角度考慮，人工打標的方式都應該做出改變。在明雪飛到來以前，公司也曾經嘗試用自動化手段來解決這個問題，但因為種種原因沒有成功，設備也被扔進了倉庫落灰。

10年后，明雪飛的到來讓這些設備得以“重見天日”。經過兩三個月的不斷調試，明雪飛終于“啃”下了自動打標這塊硬骨頭。機器上線后，生產工序簡化了，生產效率提高了，標記質量也得到了保證，為此，所在部門還得到了公司的表揚。

“結果很好，我也很高興，但過程其實充斥著各種絕望?！被貞浧疬@短短兩三個月，明雪飛用輕松的語氣描述了當時自己并不輕松的心路歷程。周而復始的調試，無法預期的結果，以及剛剛從香港高校讀研歸來卻干起了“技術工人”工作的心理落差……明雪飛笑著回憶，自己當時也有過動搖，但好在隨著這臺機器的完美運轉，他內心的一切懷疑也都隨之煙消云散了。

經過這件事之后，明雪飛越發(fā)地“接地氣”了，設備研發(fā)出來還需要人來操作，他被委任班組長，俗稱“班頭兒”，親自去寫操作和檢驗規(guī)范，手把手地教會工人，再根據生產任務節(jié)奏去排班——儼然拋下了高材生的架子。

“我經常被下面的工人質疑，而且他們質疑得很有道理，因為他們很有經驗。有一些我考慮不周的地方，他們會考慮到，所以我也很習慣于接受別人的意見?！痹谝痪€摸爬滾打培養(yǎng)起來的實事求是、兼容并包的工作習慣被明雪飛保留至今，也因此在先進封裝技術項目上馬的時候，他敢于堅持以實際工程需求為出發(fā)點和最終目標，既虛心求教、聽取意見，也大膽質疑，做到這一切他靠的不是感覺，而是多年沉浸一線的實戰(zhàn)經驗。

2014年，明雪飛從一線來到中科芯先進封裝技術研究室之后，他開始參與、負責科研項目，逐步完成了自己的技術積累。除了前述的12英寸晶圓級封裝生產線，作為技術研發(fā)團隊帶頭人，明雪飛還研制出國內首款1500Pin/2000Pin氣密性陶瓷封裝電路、國內首款通過7400N級考核的基板型塑封電路、國內首款40G H Z頻段硅基M M I C與G a A s扇出集成微系統(tǒng)、國內首款處理器+存儲器+A D+I P D一體化晶圓級扇出微系統(tǒng)、國內首款DSP×4＋DDR×16一體化集成微系統(tǒng)、國內首款低成本瓦片式K u波段相控陣天線組件，先后在多個技術領域取得多項技術突破，申請專利10項，實現企業(yè)化生產轉化年產值達數千萬元。

從“2字頭”的年紀跨過而立之年的門檻，明雪飛以工程師的自覺高速成長著?！皯脼楸尽背蔀樗淘诠ぷ餍艞l上的第一句話，直到與華中科技大學劉勝教授的一次合作后，他的工作思想開始發(fā)生重要的變化。

發(fā)現工程理論的“黑匣子”

2021年，“高密度高可靠電子封裝關鍵技術及成套工藝”項目榮獲2020年度國家科技進步獎一等獎。這一項目正是由劉勝教授團隊領銜、聯合多家單位完成的，而明雪飛作為技術團隊成員共同分享了這一榮譽。

針對高密度芯片封裝翹曲和異質界面開裂導致的低成品率問題，這一項目提出了芯片-封裝結構及工藝多場多尺度協同設計方法和系列驗證方法，應用于5G通信等領域自主可控芯片的研制，攻克了晶圓級扇出封裝新工藝，突破了7nm CPU芯片封裝核心技術?？梢哉f，項目解決了電子封裝行業(yè)知識產權“空心化”和“卡脖子”難題，占領了行業(yè)技術制高點，實現了高密度高可靠電子封裝從無到有、由傳統(tǒng)封裝向先進封裝的轉變。

也正是在參與這項研究的過程中，明雪飛對于科研和工程的理解有了轉變。作為從一線成長起來的工程師，以前他更強調工程化的應用，強調“應用為本”，然而在參與這一“卡脖子”技術的攻關過程中，他切切實實地感受到我國和西方國家的差距在哪里——差距就在原始創(chuàng)新上。也因為這次契機，明雪飛開始帶著成熟的眼光，重新審視這個行業(yè)。

集成電路行業(yè)自誕生以來一直維持著高速的發(fā)展，與此伴生的是資本的持續(xù)投入。“地球上可能再沒有另外一個行業(yè)像集成電路這樣，保持著長達70年的資金投入?！苯陙?，受中美貿易爭端影響，中國加快了在集成電路領域的發(fā)展腳步。然而在追趕的同時，很多問題也浮出水面，許多科學層面的問題并沒有真正意義上得到解決，成為制約集成電路行業(yè)工程創(chuàng)新的最大瓶頸。

2021年，團隊榮獲國家科技進步獎一等獎后合影

“以前我們只要把別人的技術有選擇地引進來，進行技術改進就可以了。但當這些技術再也沒辦法引進的時候怎么辦？這就需要我們做原始創(chuàng)新，而原始創(chuàng)新來源于科學理論的建立和指導?！睅е胍蜷_那些基礎理論問題“黑匣子”的心態(tài)，明雪飛邁入了職業(yè)生涯的全新階段。

“高密度高可靠電子封裝關鍵技術及成套工藝”僅僅是一個開始，對于未來，明雪飛已經在思考布局以工程單位積攢的大量試驗數據，結合人工智能、大數據算法等先進數學方法，聯合高校，共同發(fā)現工程應用中的基礎原理，再以基礎研究成果反哺工程研發(fā)，形成一個良性循環(huán)?！拔覀儾荒芤恢敝挥脦装倌昵暗臄祵W定理來解決現在的工程問題，科技創(chuàng)新已經進入了深水區(qū)，需要科研界和產業(yè)界共同努力，突出重圍?！泵餮╋w堅信，“向著科學走，未來我們的集成電路行業(yè)一定會產生質的飛躍?！?/p>

管理之道在于理解

如今作為中科芯的副總經理，明雪飛已經完成了從技術工程師到企業(yè)管理者的轉身。以前，他必須站在前面沖鋒陷陣；現在，他明白了傳承的意義，開始更多地鼓勵團隊里的年輕人去探索、嘗試。尊重技術人員的意見，充分理解他們的需求和狀態(tài)，為他們解決問題，是明雪飛在管理上總結與摸索出來的路徑?！芭c其說是管理，更不如說是為大家提供幫助和服務。”

這樣的事例有很多。

2020年，在明雪飛的促成下，中科芯一支平均年齡30歲左右的年輕團隊攻克了一項新技術——高密度基板的制備。這是封裝領域一項既基礎又關鍵的技術，主要服務于高性能芯片以及先進微系統(tǒng)的集成。這一技術此前一直被日本壟斷，在中美關系日趨緊張的過程中，這項技術也被納入了西方國家實施進出口管制的《瓦森納協定》。

“嚴格來講，我們以前是不做這項技術的，只從日本進口這種高端原材料。但后來我們想，不能就這么被‘卡脖子’，于是就決心自己來做，自己聯系國內企業(yè)?！崩硐牒苊篮?，現實卻是殘酷的。這種高密度基板需要達到6層以上的層密度，層數越多，性能也就越好。當時日本已經能做到20層密度，而國內企業(yè)做到6層就已經封頂了。技術上巨大的差距讓團隊里的年輕人頓時沒了信心。

這時，作為團隊里“年紀最長”的人，明雪飛很快捕捉到團隊里低迷的氛圍，立刻站出來幫大家梳理思路、樹立信心。他向團隊成員提出了三個關鍵問題：一是這項技術在科學原理上能否論證成功？答案是可以；二是目前的工藝設備是不是足夠，制造手段是不是充分，有沒有什么加工步驟是這些設備做不了的？答案是都能想辦法解決；最后他問，一些關鍵原料能否采購到位？答案是當時還能進口，團隊也同步找了一家國內企業(yè)在進行自主開發(fā)。

“既然科學原理上說得通，制造手段上行得通，原材料也能找到，我們?yōu)槭裁床蝗ピ囈辉嚹?？如果錯了也沒什么，有時候能證明這條路走不通也是件好事，這樣以后其他人就可以少走彎路了?！币幌捵屵@支年輕的隊伍茅塞頓開，卸下了思想包袱。這群年輕人也發(fā)揮出了他們的優(yōu)勢，敢想敢做敢拼搏。終于，在2020年年底，這支團隊做出了國內首個20層高密度基板，樣品指標達到國內領先水平。2021年，他們研發(fā)的基板樣品開始陸續(xù)為客戶提供服務，并得到了客戶的高度認可。

現在回憶起來，明雪飛說整個研發(fā)過程，大家都很開心。也許這算不上什么意義十分重大的科技攻關，但卻是國內從來沒有人做的事。他質樸地說道：“事情總要有人去做，無論多么小的一件事，我們都不能被它卡住咽喉。年輕人只要有了明確的目標和方向，那股拼勁兒是很大的。我要做的就是幫他們找到努力的方向?！?/p>

明雪飛作技術交流發(fā)言

硬骨頭就是用來“啃”的

進入集成電路封裝領域12年，時間在明雪飛身上留下了許多痕跡——他變得更加成熟、睿智了，遇事也不再橫沖直撞；然而也有些東西是時間也改變不了的——樂觀、豁達的性格，以及性格里的一絲堅韌。

“我的性格可能更多的還是受母親的影響?！泵餮╋w1986年出生于一個由軍人與醫(yī)生組合的家庭，他笑著說，“這也是那個年代標配的組合了吧?！蹦赣H在醫(yī)院救死扶傷，經歷了太多生命無常后，看問題變得十分豁達，她總是教育明雪飛，“男孩子什么事都要想得開，做事情要拿得起放得下——拿要拿得起來，關鍵時刻必須能頂上去；但該放下的時候也要放得下”。父親在部隊保家衛(wèi)國，做事追求嚴謹，總是教育他“要腳踏實地，實事求是”。這些言傳身教讓明雪飛后來的種種選擇都變得有跡可尋。

而在科研歷程中，無論是無條件支持他勇敢去闖的老領導劉岱，還是后來引導他走上理論與實踐結合道路的劉勝教授，以及如今讓他擁有了更廣闊視野的蔡樹軍所長，明雪飛說要感謝的人太多了，他始終謙虛地認為，如果說自己的工作還算是有了一些“顯示度”的話，那也是因為自己屬實是幸運的——

他入行時，集成電路行業(yè)正愈來愈受到國家的重視，這是天時；進入五十八所這個國家重點骨干研究所，有機會站在潮頭感受發(fā)展風向，這是地利；有一群無條件信任自己的領導、伙伴，陪他搏擊風浪，這是人和。

可以預見的是，中國集成電路行業(yè)的發(fā)展在未來十年或二十年仍面臨著諸多艱巨的挑戰(zhàn)，完成這些挑戰(zhàn)，是屬于明雪飛這代集成電路人的使命。對于這個宏大的命題，明雪飛并沒有直接給出自己的答案，而是話鋒一轉，把話題又拉回到他剛剛參加工作時調試的那臺打標設備上：“那時每天日復一日地調試設備，我也不知道到底能不能把它調試成功，一定會有猶豫和動搖的時候。這時候就咬著牙做下去嘛，做好眼下的事。這么多年來，不就是一塊接一塊地啃硬骨頭嘛，硬骨頭不就是用來‘啃’的嗎？！”說完，明雪飛爽朗地笑了起來，恣意飛揚，一如當年。