SOI/SiGe微波芯片专家陆建华:以芯片为核心和基础,以模块和系统切入市场

发布者:孙威发布时间:2018-09-07浏览次数:877

本期采访嘉宾陆建华 博士

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陆建华,东南大学无线电系1998届本科和2001届硕士, 加州大学洛杉矶分校(UCLA)电子工程系博士。2004年开始,在攻读博士学位的同时, 先后在业界知名的美国上市公司科胜讯(Conexant),恩智浦(NXP)和派更半导体(Peregrine)担任设计工程师和技术主管。2015年回国,创办了安其威微电子科技有限公司。他在射频和微波集成电路、模拟混合电路、半导体器件及工艺, EDA 软件等领域有着丰富的经验。曾主持和参与设计的项目包括L波段,S波段,V波段(60GHz)宽带接收机和多款高性能元器件产品的开发。

陆建华博士在国际上极具影响力的期刊如Journal of Solid-State Circuits和学术会议上发表了多篇论文,有多项美国已授权发明专利。

作为我国本土微波芯片设计初创公司安其威微电子(Archiwave)的CEO,陆建华一针见血地指出了半导体产业,特别是我国市场存在的问题,即很多半导体公司只做芯片,产品交到客户手中,客户根本就不知道怎么用,要想解决这一问题,就必须提供Turn-key方案,这就需要在芯片的基础上,开发面向客户的模块和系统方案。另一方面,很多零部件和系统集成厂商只做模块,这样的弊端是缺乏自身的核心竞争力,比较容易被别人抄袭、替换。因此,基于我国半导体市场的实际情况,陆建华提出了一个发展口号,即以芯片为核心和基础,以模块和系统切入市场。

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微波芯片的机遇与挑战

全球半导体产业已经发展到了很成熟的阶段,但中国还处在上升期,多个领域都存在着空白,微波芯片尤为突出。欧美发达国家对我国的半导体元器件设置了层层的禁运限制,客观上限制了我国半导体产业的发展,但这同时也给国内的芯片设计、制造、封测企业提供了难得的发展机遇,再加上政府这几年在政策和资金方面的大力扶持,使半导体人看到了未来5~10年的美好前景。

在这样的背景下,安其威微电子应运而生。该公司的产品主要面对的不只是手机等消费类市场,更多是用于更高端、需要高性能的工业领域,我国在这一块存在巨大的空白, 芯片自给率非常低,特别是集成度高的微波毫米波芯片,由于芯片尺寸已经和波长在同一量级,必须进行电磁场的仿真和设计,而这些在低频RF芯片设计当中基本不用考虑。另一方面,高频的应用也给电路设计提供了新的思路,可以实现无源器件的更高程度的集成,因为电感、电容、变压器、传输线等无源结构在高频应用中所需面积更小,易于集成。

微波电路系统发展至今已有将近百年的时间。如二战时期的军用雷达,就是微波系统,但当时还没有集成电路,用的都是高功率的真空管。后来,随着集成电路的出现和发展,特别是半导体器件截止频率的不断提升,使其越来越适合微波应用。起初的微波芯片都是用GaAs等化合物工艺实现,但随着硅工艺的不断发展和成熟,以硅为基础的半导体工艺越来越适合低功率的高频微波集成电路,其在消费类电子领域也应用的越来越多, 而我国在硅基微波芯片设计方面还处于空白或初始发展期,这正是安其威微电子瞄准的方向。

在消费类电子应用领域,由于低频(3GHz以下)频谱利用率已经很高,非常拥挤,随着5G、VR等的应用发展,无线数据传输量巨大,对无线传输速度和带宽提出了更高的要求,通信标准必须向高频段的微波甚至毫米波频谱拓展,这些给原本只有很窄市场空间的微波集成电路提供了巨大的发展机遇。

安其威致力于SOI/SiGe硅工艺微波芯片开发

安其威微电子在2015年7月份注册成立,9月份开始运营,主要做的事情就是用硅工艺实现微波集成电路产品。该公司的愿景是做“中国硅工艺微波集成电路专家”。目前,公司有两个研发部门,分别位于上海张江和南京,团队规模15人左右,预计在今后1年时间内,发展到30人。安其威有两条主要产品线:一是通用的微波毫米波元器件,如开关、衰减器、混频器、放大器、移相器以及频率源等等,主要采用SiGe和SOI(绝缘衬底硅工艺)实现; 另外一条是定制化产品线,为客户量身定制比较复杂的、系统级产品。

从历史发展来看,微波集成电路采用的工艺主要有GaAs、SiGe BiCMOS、CMOS和SOI。传统采用的是GaAs,其优点是RF性能好、击穿电压高,但缺点是成本高、无法集成数字电路。目前,业界越来越多的公司都看重SiGe BiCMOS、CMOS和SOI的发展,并不断加大研发投入,这3种硅基工艺在成本、易于集成方面具有先天优势,但在击穿电压方面还有挑战,如何提升它们的击穿电压,以实现好的线性度和大信号处理能力,是摆在研发工程师面前的首要问题。

射频微波半导体工艺比较

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SOI是CMOS工艺的特殊版本,二者最大的不同在于衬底,CMOS的衬底是导电的,而SOI采用绝缘衬底,不导电,而且导热性又比较好,可以与GaAs工艺媲美,因此,可以利用这一特性,通过特殊设计方法,可以弥补其在击穿电压特性上的不足,从而也可以实现相对较高功率的电路。基于这些优点,世界上很多半导体公司在加大SOI设计和工艺的投入,相信SOI将会在今后成为小功率微波集成电路的主流工艺。

陆建华的硅工艺之路

陆建华在东南大学无线电系先后获得本科和硕士学位,2002年,去了加州大学洛杉矶分校(UCLA),师从Frank Chang教授,学习CMOS微波集成电路设计,2011年取得加州大学电子工程系集成电路与系统专业博士学位。从2004年开始,在攻读博士学位的同时,先后在科胜讯(Conexant)、恩智浦(NXP)和派更半导体(Peregrine,是蓝宝石衬底硅工艺(SOS)的先锋和SOI的主要领导者)任职,2015年回国创业。

职业生涯的前期,陆建华主要从事CMOS和SiGe BiCMOS系统级RF芯片设计,随着技术的不断发展和工作的不断深入,他逐渐意识到,硅工艺信号处理频率的不断提升,低频的传统射频系统的结构很快将被CMOS全数字化的结构替代实现。陆建华不断进行着思考,最后他得出结论,以后的趋势必将是硅工艺向更高频率领域发展。一来可以创造出低成本高集成度的微波系统芯片,二来也能充分体现出硅工艺射频芯片设计工程师的价值。因此,他从2011年开始,由原来的系统级RF-SoC研发,转向了器件级的微波毫米波芯片设计,开启了新的职业生涯。带着新的梦想,陆建华加入了派更半导体(Peregrine)公司。这家公司由从美国海军研究所离职的两位高级技术主管创立,可以说是RF-SOI工艺的先锋和鼻祖,它推广并坚持了20多年,终于把该工艺技术发展到商用阶段。

上世纪80年代,业界就有人提出了SOI工艺设想,当时,伯克利的胡正明教授也指出,当摩尔定律走到极限的时候,能够推动半导体产业继续向前发展的器件结构有两种,一是FinFET,另外一个就是SOI。上世纪90年代,包括Intel和IBM在内的多家公司都曾经尝试过SOI,但都在材料,特别是衬底工艺方面遇到了难以逾越的技术问题,因此没有在后续加大投入力度。而当时的Peregrine公司创始人一直坚信,SOI在射频方面的优势注定其必将是一个很有发展前途的工艺技术,眼前的困难和问题只是暂时的,今后肯定有办法解决。

20年后的今天,RF-SOI的工艺技术取得了突破,同时,它也找到了可以大展拳脚的杀手级应用,即智能手机的射频开关,其很好地解决了手机在2G、3G、4G多种不同蜂窝网络制式和不同频率下,不同的射频收发机与各个频道的天线通信时的模式切换问题。 在它出现之前,手机的射频开关都是采用GaAs工艺,而在面市后3年的时间内,市场上所有的GaAs手机射频开关都被SOI产品替换掉了,并且达到了几十亿美元的市场规模。目前,有很多模拟芯片公司,如Skyworks,Qorvo,以及现在的ADI都加入开发RF-SOI产品的大军。

Peregrine公司的产品线虽然比较窄,但它在SOI方面为业界做出了很大贡献。陆建华在加入该公司后,在SOI方面不断积累,有着深刻的认识和丰富的经验,对后来的创业有着巨大的推动作用。 他开发的PE42524是业界第一款毫米波SOI开关。他主持开发的PE42820承受功率达到了30W. 他认为SOI工艺的潜力还没有被完全开发出来,他在Peregrine公司工作的时候, 除了做射频开关之外,还开发了多种SOI产品,如放大器、振荡器、混频器,最为重要的,陆建华发明了一种基于SOI工艺的限幅器,打破了长期以来只有PIN二极管一种实现方案的局面,实现了限幅器的可集成性。这项发明被列为Peregrine公司的重大基础发明, 其中一款产品PE45450在2015年获得美国电子元器件行业评出的ECN Impact Award(最有影响力奖)。

除了技术层面的厚积薄发,陆建华在Peregrine期间还不断积累着市场拓展方面的经验,他经常和同事拜访各种各样的中国客户,在这个过程当中,他认识到,中国市场在微波芯片领域空白很多,对进口的依赖度很高,有巨大的市场需求和开发潜力。看到机会后,虽然Peregrine高层多次挽留,陆建华还是毅然选择了回国创业。公司创始人Ron Reedy曾在一封公开信中表示,“陆建华是技艺超群的青年领袖和杰出的工程师”。 而公司总裁Jim Cable博士在一封信中表示“他的离开是公司巨大的损失”。

UCLA:充实而美好的回忆

在UCLA学习的几年,是陆建华终身难忘的美好回忆,紧张的学习节奏、巨大的压力、课题攻克、答辩通过后的喜悦等等,一切都交织在了一起。在那期间,他积累了大量的理论和实践知识,为今后的工作和创业打下了坚实的基础。

对于学习模拟和射频集成电路设计的人来说,UCLA可以说是殿堂级的学府了。当年在东南大学无线电系学习时,陆建华看了很多由UCLA教授编写的教材和专业论文,受益匪浅,从那时就开始憧憬,能去UCLA学习的话,将是多么美好的事啊!后来,UCLA的Frank Chang教授来中国访问教学,陆建华有幸与他见面并交流,表达出了想去UCLA学习、深造的愿望。后来他如愿申请到了奖学金,实现了师从Frank Chang学习的梦想。

在集成电路专业,陆建华是UCLA第一个来自中国东南大学的学生,荣誉和压力并存。在这里的学习非常辛苦,强度极大,经常是早上8点钟到学校,晚上10点回家,在学校的时间起码要14个小时, 长的时候要16个小时, 而且功课经常来不及做。UCLA集成电路专业方向对所有博士生要求几近苛刻,如果连续两个学期的课程平均成绩达不到B+的话,或者两次不能通过博士预选考试就要被退学,这是一个非常高的要求,而且去那边学习的学生都是来自于全球各地精英中的精英,大家在这里的竞争非常激烈,都要尽量将自己的成绩排在靠前一些的位置,防止被淘汰,即使是这样,每年还是会有人被迫退学或者转专业。

在UCLA学习,陆建华不仅积累了丰富的集成电路知识和实践经验,更重要的是学会了沟通,特别是真正用英语来思考和交流,同时增强了自身的抗压能力。在毕业后的工作和学习经历当中,他再也没有体验过比那段博士学习经历更大的压力。目前,陆建华依然与Frank Chang等国际级的集成电路专业导师保持着沟通,不断吸取半导体技术、教育和市场的信息和经验。

在压力下前行

作为一家初创公司,安其威微电子要面对非常具有挑战性的竞争环境。公司创建初期,首先要解决的就是团队建设问题,国内从事硅基微波集成电路设计的人才很少,需要慢慢培养。除了招收国内的人才之外,陆建华表示,非常希望能够吸纳希望回国发展的资深微波电路设计工程师,待遇优厚,虚位以待。预计在两年之后,安其威能够建设一支具有一定规模、有很强战斗力的团队。此外,目前国内对硅工艺微波芯片的需求还比较有限,相关的信任度还要逐步建立,打开市场需要一段过程。

作为一个海归创业者,陆建华对自己充满信心,他在技术积累方面已经达到了很成熟的阶段,在过去的十几年里,一直在进行产品开发,团队管理工作,而且经常和市场部的同事一起出去跑客户,因此,从客户需求、产品定义/设计,到后端的加工、封装、测试、销售这一套流程他都非常熟悉, 基于此,陆建华认为自己不只是一个设计工程师,更是一位具有专家水平的工程主管。此外,陆建华把家、妻子和两个孩子都带回到国内,要一心一意地在中国扎根,打拼出一片天地。

对于国内的产业环境,陆建华表示:“我们国家为集成电路创业建造了一个比较好的环境,国内需要我们这样的产品,在性能与国外芯片基本相当的情况下,国内企业都会优先考虑本土企业的集成电路产品。这就是我们的优势。政府“大基金”的推出,就是要打造产业链,构建完整的半导体产业生态系统,一旦大企业和大环境成型,对于本土的小企业也是福音,5年之后会在产品研发、销售,融资,以及资源的优化组合方面看到更多的机会。”

目前,安其威的产品线,主要面向两个应用方向,一个是针对很快就要实用的5G通信系统做了一些研发储备,另外一个是安检、安防、气象和卫星通信等应用, 这一部分的定制产品居多,也可以做相应的微波分立器件。在卫星通信方面,目前我国正在大力推广“动中通”系统,高铁,救火车,游船,巡逻车等交通工具在颠簸前进的过程中,利用相控阵可以保持和卫星的高速通信连接,属于前沿应用领域,安其威在这方面的产品开发上投入了很多精力。

5G和物联网市场可期

在未来的5G通信系统当中,频率越来越高,通信环境更加复杂,各种反射、干扰会给微波通信造成很多困扰,为了应对这些挑战,业界的普遍共识是采用相控阵技术,可全方位的实时收发信号,以保证通信的实时性和准确度。这给硅基微波芯片提供了巨大的发展空间。

面对物联网的发展机遇,陆建华认为各种微波毫米波传感器将会大展拳脚。例如,在安防领域,对于类似无人机等“小、慢、低”空中目标的探测识别系统。在机场和地铁等安检用的成像系统,其最大的优势就是安全,几乎没有放射性。在室内定位方面,,这种系统的成本低、精度高,可以发展出各种各样的应用,如老人、小孩的监测看护,泊车等。在工业、民用和航空领域,各种防撞雷达也将是微波传感器的用武之地。未来,如果能实现微波成像系统的小型化、低成本化,实现人手一个,那么它可实现的应用空间将非常广阔,可以无线测量和重现各种形体,可以传输各种数据,存在着巨大应用市场的产业机遇。

安其威的未来谋划

融资方面,安其威第一轮拿到了500万美元的私人投资。目前,该公司的一款无线接收机已经实现小批量的量产,希望在2017年初有订单。同时,在2016年底,会有4个产品形成出样,2017年初推向市场,并希望明年底有订单。安其威在2017年的营收目标是2500万元人民币,2018年以后,希望每年都能推出5~10款产品,其中3~4款完成大批量生产,尽早实现规模效应,从而让客户认可安其威低成本、高集成度的硅基微波芯片。

“我们目前以研发为主,有足够的项目填满团队的工作,但还没有建立起市场和技术服务团队,这也是我们下一步的重要工作目标,公司要想发展壮大,必须多出去贴近和了解客户,切实掌握实际需求实在是太重要了!”陆建华说。

面对半导体处于整个产业链上游,距离最终消费者比较远,而且已经进入成熟期,盈利空间被逐步压缩,而巨额利润又被苹果、三星、华为这样位于产业链下游、直接面对普通消费者的厂商赚走这一局面,陆建华给出了他的观点:一,如果你离最终用户很远, 就要做到绝对的专业,做到在领域内独一无二的竞争力,这样才能获得定价权;二. 要充分了解和满足国内客户的需求,比如做芯片的公司,除了保持芯片级的核心技术竞争力之外,还要设计开发易于客户使用的模块和系统级产品,这就对芯片公司提出了更高的要求,必须跳出传统的思维模式,这也是社会和商业模式发展的必然趋势,我们必须要去顺应这种发展态势。

创业感悟

安其威微电子公司创立已有一年,陆建华感受良多,他希望通过经历创业过程,使自己变得更加稳健成熟,站得更高,看得更远,使自己变成一个更好的自己。他说:“从这个角度讲,我自己的创业过程非常快乐,收获非常多。创业对个人的要求实在是太高了,为人处世、团队建设、经营管理,商业谈判、沟通技巧、坚持原则与灵活掌握的权衡,以及个人的脾气性格等等,都是极大的考验。在创业过程中,个人的优点和缺点都会充分地体现出来,甚至是被无限放大。作为一个团队带头人,必须要不断地审视自己,调整思路,改善自身的不足,克服缺点,这样才能把事业更好地进行下去,才能对得起自己的事业、团队,以及关心你的家人、朋友和投资人。我非常享受这种状态,也很喜欢现在的自己,相信我会更加喜欢一年以后的自己。且不论事业发展成什么样,我个人一直在进步。”

“我越来越意识到,要想做好一家公司,不只是靠技术。技术是亮点和基础,但是必须要对市场、客户需求、国家产业政策和环境,以及投融资等各方面有较为深刻的认识和把控,必须对企业在整个经济环境中的定位有一个清楚的认识,能够跟各种各样的资源进行对接。”陆建华表示,他越来越看重市场、管理等方面的人才,也渴望结交各种朋友,进行交流,不断充实自己。他说:“总的来讲,创业的感受是喜悦占六成,压力占四成,更多的是要鞭策自己,不断前进。”

创业初期,工作千头万绪,时间管理很难把握。陆建华说自己做得也不是很好,需要尽量分清事情的轻重缓急,解决问题的时候要分步走。在时间利用方面,工作占用了非常多的比例,家人只能做出牺牲,在美国做工程师的时候,会有比较多的时间陪家人聊天、做饭、出去旅游、逛街等,现在几乎都成了奢望。他说:“不过再忙,我周日一天也尽量不工作,把时间留给家人。我有两个小孩,我尽量坚持早上给他们准备早餐,然后送大儿子上学。工作和事业虽然很重要,毕竟不是人生的全部,家人才是人一生最重要的陪伴,在平时忙工作的时候,虽然不在家人身边,我会利用各种碎片时间和亲人通电话,这也是一种很好的沟通和情感交流方式。”

关于个人爱好,陆建华目前只能是忍痛割爱了,但还保持着一定量的锻炼,如工作时间久了,就在办公室做些简单运动,晚上或清晨在家附近溜溜狗,放松一下自己。在有时间的时候,他会尽量多读书,特别是一些经济、金融、管理等非半导体专业的书籍,希望能够不断开阔眼界、充实自己。

陆建华说:“创业艰难,不要轻易尝试,但一旦开始,就要全身心的投入。”陆建华并不觉得创业是件苦事,也并不觉得做出了很大的牺牲,他感受更多的是创业的喜悦和成就感。

珍惜自己的事业,珍惜身边的人,珍惜自己的人生。

安其威微电子有限公司

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安其威微电子(Archiwave Microelectonics)于2015年7月注册成立,9月开始正式运营。在上海浦东以及南京鼓楼各设有芯片和模块设计研发部门,目前团队有将近15个工程师,还在不断扩展。安其威选择瞄准国内高速增长的专用高性能电子设备和通信系统等细分市场,专注开发以锗硅SiGe BiCMOS和绝缘衬底硅SOI为基础的高性能模拟、射频、微波和毫米波集成电路,模块以及宽带收发机等定制产品,立足国内市场,贴近国内客户,满足国内需求,“做中国硅工艺微波集成电路专家”。