什么是MEMS（微機電系統(tǒng)）傳感器？記者在蘇州敏芯微電子技術股份有限公司（以下簡稱“敏芯股份”）里感受到了它的神奇。在一間混合著各類噪聲的房間里，僅需說一句口令，“沉睡”的智能音箱就會立刻被“喚醒”，發(fā)出接受指令提示。
“MEMS聲學傳感器的出現(xiàn)，讓音箱不再只能單純播放音樂，而是成為可以與人互動的智能終端?！泵粜竟煞輨?chuàng)始人、總裁李剛介紹，MEMS傳感器是利用半導體制造技術，在硅片上制造能夠采集外界信號的微電子機械系統(tǒng)，憑借微型化、低功耗、高可靠性等特性，廣泛應用于消費電子、汽車電子、醫(yī)療等領域。
敏芯股份MEMS封裝車間（左）和敏芯股份研發(fā)人員在實驗室對產品進行檢測（右）
在敏芯股份掛滿專利證書的產品展廳，記者看到，適用于無線藍牙耳機的MEMS麥克風傳感器只有芝麻粒大小。
“我們的MEMS傳感器芯片累計出貨量達10億顆?！崩顒傉f，作為國內最早的MEMS企業(yè)之一，敏芯股份通過15年持續(xù)研發(fā)投入，完成了MEMS產品芯片設計、晶圓制造、封測封裝環(huán)節(jié)的基礎研發(fā)和核心技術積累，實現(xiàn)了MEMS傳感器全生產環(huán)節(jié)自主可控。
拓展細分市場
MEMS聲學傳感器誕生于20世紀初期，當時正在北京大學微電子專業(yè)學習MEMS技術的李剛對此產生了極大興趣。2007年，李剛帶領創(chuàng)業(yè)團隊開發(fā)的MEMS傳感器創(chuàng)業(yè)項目獲評蘇州工業(yè)園區(qū)第一屆科技領軍人才項目，同年籌備成立敏芯公司。
李剛說，那時候，智能手機興起，人們對手機功能的要求逐漸增多，除了能清晰通話，還要能錄音、攝像等，傳統(tǒng)的麥克風已不能滿足用戶需求，MEMS傳感器成為市場“新寵”。敏芯股份敏銳地覺察到這一市場前景，決定進行產品開發(fā)。
但敏芯股份的啟航之路并不順暢?！爱斘覀儙еO計思路尋找產品研發(fā)平臺和產業(yè)供應鏈時，卻連吃閉門羹?！崩顒傉f，因為MEMS傳感器在三維空間里設計和構架芯片，產量不大、工藝特殊，因此當時國內綜合型半導體企業(yè)不愿意投入生產。
敏芯股份一邊在行業(yè)內挨家上門推介研發(fā)理念，一邊靠設計芯片維持生存。2008年，敏芯股份研發(fā)團隊獲得了中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所的幫助，在其研發(fā)平臺上生產出第一批MEMS聲學傳感器芯片。
李剛坦言，實驗室樣品與量產工業(yè)品之間的差距不僅是數(shù)量，還有產品的質量和穩(wěn)定的性能。
“我們最初的產品良品率只有30%，亟需通過量產進行工藝修正。”李剛說，當時正逢國家把新型電子元器件列入高技術產業(yè)發(fā)展項目，在政策和資金上給予大力支持，國內一些半導體生產企業(yè)才把目光轉向MEMS傳感器的生產上。
隨后，華潤上華科技有限公司投資建設了MEMS傳感器生產線，與敏芯股份合作。“2家企業(yè)都組建了精銳團隊，研發(fā)人員幾乎天天泡在生產線上，看測試結果、修正工藝和參數(shù)，以不服輸?shù)膭蓬^攻克了難關。”敏芯股份研發(fā)總監(jiān)孫愷說，2012年，公司第一款使用自主研發(fā)芯片的MEMS聲學傳感器實現(xiàn)量產，因為質量過硬，很快在市場上占據(jù)了一席之地。
目前，敏芯股份已成為多家知名品牌MEMS聲學傳感器供應商，產品應用于智能手機、平板電腦、可穿戴設備和智能家居等消費電子產品領域，并不斷拓展到汽車、醫(yī)療等領域。
加大研發(fā)投入
走進敏芯股份聲學實驗室，孫愷和研發(fā)團隊成員們正對著仿真嘴，利用聲學分析儀做高信噪比產品的噪聲測試。
“快看，咱們傳感器的信噪比已經達到70dB（分貝），AOP（最大聲壓級）達到135，處于行業(yè)領先水平?！笨粗晫W分析儀上顯示的數(shù)值，孫愷興奮地說。
“信噪比是指信號與噪聲的比例，信噪比越高，混在信號里的噪聲就越小，聲音的音質就越好；聲壓級則是指麥克風在失真之前能處理聲音的最高聲級，聲壓級越高代表能處理的聲音越高?！睂O愷說，MEMS聲學傳感器在保障清晰音質的同時，想要實現(xiàn)更遠距離的語音控制及隨聲定位等功能，就必須提高信噪比和最大錄音聲壓。
為了推動研發(fā)速度，加快產品迭代，敏芯股份成立了多個研發(fā)小組，針對每項產品連續(xù)開展“頭腦風暴”，進行成千上萬次試驗，不斷攀登行業(yè)巔峰。李剛告訴記者，公司近年定制開發(fā)的高頻、寬頻、小型化的特殊MEMS聲學傳感器有80多種，滿足了市場各類需求。
敏芯股份大量的產品輸出源自于不計成本的研發(fā)投入。公司2019年研發(fā)投入3567.04萬元，2020年研發(fā)投入4204.34萬元，2021年研發(fā)投入7561.86萬元；研發(fā)技術人員占公司員工總數(shù)超33%；研發(fā)支出占營業(yè)收入比重超21%。
成立15年來，敏芯股份堅持創(chuàng)新研發(fā)，目前已擁有自主研發(fā)、自有知識產權的多品類產品線，逐步成長為國內為數(shù)不多的掌握多品類MEMS傳感器設計和制造工藝能力的企業(yè)。
“2021年，敏芯股份發(fā)明、實用新型專利數(shù)量較2020年分別增長150%、140%，研發(fā)人員數(shù)量同比增長40%；2022年上半年發(fā)明專利授權量是2021年全年的1.4倍?！痹诶顒偪磥?，企業(yè)要保持生命力，僅靠模仿走不長遠，必須通過研發(fā)創(chuàng)新，不斷突破自我、超越對手，才能贏得未來。
強化自主可控
一個MEMS傳感器的制造分為芯片設計、晶圓廠代工制造、封裝、測試等核心環(huán)節(jié)?！叭绻耆蕾囃獠慨a業(yè)鏈，初創(chuàng)容易上量難，成本、規(guī)模優(yōu)勢也難以發(fā)揮，還會失去核心競爭力，無法避免陷入‘同質化’競爭困境?！崩顒傉f，因為MEMS傳感器芯片的生產工藝具有較高的定制化特點，生產工藝要按需開發(fā)，制造、封裝、測試等環(huán)節(jié)尤為重要。
李剛對幾年前的一次封裝參數(shù)誤差事故記憶猶新。在外包的封測生產線上，因為參數(shù)誤差，導致已經安裝在手機上的麥克風面臨失效危險?！奥晫W傳感器不同于別的零部件，它一旦失效，手機就無法使用。如果麥克風出現(xiàn)問題，需要照價賠償手機價值，這對于一個初創(chuàng)公司來說難以承受。產品要設計好，更要制造好、封裝好、測試好。”李剛說。
幸運的是，這一批產品并沒有大面積發(fā)生故障。但這給公司敲響了警鐘，讓公司意識到，產業(yè)鏈必須自主可控。
2019年，敏芯股份投資建設了全資子公司，專注于MEMS封裝。“目前我們一期封裝測試工廠已經投入使用，MEMS傳感器封裝月產能達到4000萬只。明年上半年，二期工廠也將投入使用，單月封裝產能將有望提升到1億只?！崩顒傉f。
如今，敏芯股份成功邁入國內MEMS行業(yè)領軍企業(yè)梯隊，多種產品的應用場景已涵蓋消費電子、醫(yī)療、工業(yè)控制、汽車電子等領域?！斑@些年，公司以中低端應用為切入口，在激烈的市場競爭中存活了下來。目前，公司正在努力打入國際知名消費類電子品牌大客戶的供應鏈體系?！崩顒傉f，在研發(fā)創(chuàng)新上，敏芯股份正快馬加鞭不斷突破；在全產業(yè)鏈構建上，企業(yè)也在不斷完善、補齊短板，確保供貨能力跟上，發(fā)揮供應鏈優(yōu)勢。
