什么是MEMS（微機電系統）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”，發出接受指令提示。
“MEMS聲學傳感器的出現，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。”敏芯股份創始人、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，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、醫療等領域。
敏芯股份MEMS封裝車間（左）和敏芯股份研發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。”李剛說，作為國內最早的MEMS企業之一，敏芯股份通過15年持續研發投入，完成了MEMS產品芯片設計、晶圓制造、封測封裝環節的基礎研發和核心技術積累，實現了MEMS傳感器全生產環節自主可控。
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學習MEMS技術的李剛對此產生了極大興趣。2007年，李剛帶領創業團隊開發的MEMS傳感器創業項目獲評蘇州工業園區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。
但敏芯股份的啟航之路并不順暢。“當我們帶著設計思路尋找產品研發平臺和產業供應鏈時，卻連吃閉門羹。”李剛說，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不愿意投入生產。
敏芯股份一邊在行業內挨家上門推介研發理念，一邊靠設計芯片維持生存。2008年，敏芯股份研發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品之間的差距不僅是數量，還有產品的質量和穩定的性能。
“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發展項目，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家企業都組建了精銳團隊，研發人員幾乎天天泡在生產線上，看測試結果、修正工藝和參數，以不服輸的勁頭攻克了難關。”敏芯股份研發總監孫愷說，2012年，公司第一款使用自主研發芯片的MEMS聲學傳感器實現量產，因為質量過硬，很快在市場上占據了一席之地。
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、醫療等領域。
加大研發投入
走進敏芯股份聲學實驗室，孫愷和研發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，處于行業領先水平。”看著聲學分析儀上顯示的數值，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。”孫愷說，MEMS聲學傳感器在保障清晰音質的同時，想要實現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。
為了推動研發速度，加快產品迭代，敏芯股份成立了多個研發小組，針對每項產品連續開展“頭腦風暴”，進行成千上萬次試驗，不斷攀登行業巔峰。李剛告訴記者，公司近年定制開發的高頻、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投入。公司2019年研發投入3567.04萬元，2020年研發投入4204.34萬元，2021年研發投入7561.86萬元；研發技術人員占公司員工總數超33%；研發支出占營業收入比重超21%。
成立15年來，敏芯股份堅持創新研發，目前已擁有自主研發、自有知識產權的多品類產品線，逐步成長為國內為數不多的掌握多品類MEMS傳感器設計和制造工藝能力的企業。
“2021年，敏芯股份發明、實用新型專利數量較2020年分別增長150%、140%，研發人員數量同比增長40%；2022年上半年發明專利授權量是2021年全年的1.4倍。”在李剛看來，企業要保持生命力，僅靠模仿走不長遠，必須通過研發創新，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、測試等核心環節。“如果完全依賴外部產業鏈，初創容易上量難，成本、規模優勢也難以發揮，還會失去核心競爭力，無法避免陷入‘同質化’競爭困境。”李剛說，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，制造、封裝、測試等環節尤為重要。
李剛對幾年前的一次封裝參數誤差事故記憶猶新。在外包的封測生產線上，因為參數誤差，導致已經安裝在手機上的麥克風面臨失效危險。“聲學傳感器不同于別的零部件，它一旦失效，手機就無法使用。如果麥克風出現問題，需要照價賠償手機價值，這對于一個初創公司來說難以承受。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生故障。但這給公司敲響了警鐘，讓公司意識到，產業鏈必須自主可控。
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。”李剛說。
如今，敏芯股份成功邁入國內MEMS行業領軍企業梯隊，多種產品的應用場景已涵蓋消費電子、醫療、工業控制、汽車電子等領域。“這些年，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。”李剛說，在研發創新上，敏芯股份正快馬加鞭不斷突破；在全產業鏈構建上，企業也在不斷完善、補齊短板，確保供貨能力跟上，發揮供應鏈優勢。
