什么是MEMS（微机电系统）传感器？

什么是MEMS（微机电系统）传感器？记者在苏州敏芯微电子技术股份有限公司（以下简称“敏芯股份”）里感受到了它的神奇。在一间混合着各类噪声的房间里，仅需说一句口令，“沉睡”的智能音箱就会立刻被“唤醒”，发出接受指令提示。

“MEMS声学传感器的出现，让音箱不再只能单纯播放音乐，而是成为可以与人互动的智能终端。”敏芯股份创始人、总裁李刚介绍，MEMS传感器是利用半导体制造技术，在硅片上制造能够采集外界信号的微电子机械系统，凭借微型化、低功耗、高可靠性等特性，广泛应用于消费电子、汽车电子、医疗等领域。

在敏芯股份挂满专利证书的产品展厅，记者看到，适用于无线蓝牙耳机的MEMS麦克风传感器只有芝麻粒大小。

“我们的MEMS传感器芯片累计出货量达10亿颗。”李刚说，作为国内最早的MEMS企业之一，敏芯股份通过15年持续研发投入，完成了MEMS产品芯片设计、晶圆制造、封测封装环节的基础研发和核心技术积累，实现了MEMS传感器全生产环节自主可控。

拓展细分市场

MEMS声学传感器诞生于20世纪初期，当时正在北京大学微电子专业学习MEMS技术的李刚对此产生了极大兴趣。2007年，李刚带领创业团队开发的MEMS传感器创业项目获评苏州工业园区第一届科技领军人才项目，同年筹备成立敏芯公司。

李刚说，那时候，智能手机兴起，人们对手机功能的要求逐渐增多，除了能清晰通话，还要能录音、摄像等，传统的麦克风已不能满足用户需求，MEMS传感器成为市场“新宠”。敏芯股份敏锐地觉察到这一市场前景，决定进行产品开发。

但敏芯股份的启航之路并不顺畅。“当我们带着设计思路寻找产品研发平台和产业供应链时，却连吃闭门羹。”李刚说，因为MEMS传感器在三维空间里设计和构架芯片，产量不大、工艺特殊，因此当时国内综合型半导体企业不愿意投入生产。

敏芯股份一边在行业内挨家上门推介研发理念，一边靠设计芯片维持生存。2008年，敏芯股份研发团队获得了中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的帮助，在其研发平台上生产出第一批MEMS声学传感器芯片。

李刚坦言，实验室样品与量产工业品之间的差距不仅是数量，还有产品的质量和稳定的性能。

“我们最初的产品良品率只有30%，亟需通过量产进行工艺修正。”李刚说，当时正逢国家把新型电子元器件列入高技术产业发展项目，在政策和资金上给予大力支持，国内一些半导体生产企业才把目光转向MEMS传感器的生产上。

随后，华润上华科技有限公司投资建设了MEMS传感器生产线，与敏芯股份合作。“2家企业都组建了精锐团队，研发人员几乎天天泡在生产线上，看测试结果、修正工艺和参数，以不服输的劲头攻克了难关。”敏芯股份研发总监孙恺说，2012年，公司第一款使用自主研发芯片的MEMS声学传感器实现量产，因为质量过硬，很快在市场上占据了一席之地。

目前，敏芯股份已成为多家知名品牌MEMS声学传感器供应商，产品应用于智能手机、平板电脑、可穿戴设备和智能家居等消费电子产品领域，并不断拓展到汽车、医疗等领域。

加大研发投入

走进敏芯股份声学实验室，孙恺和研发团队成员们正对着仿真嘴，利用声学分析仪做高信噪比产品的噪声测试。

“快看，咱们传感器的信噪比已经达到70dB（分贝），AOP（最大声压级）达到135，处于行业领先水平。”看着声学分析仪上显示的数值，孙恺兴奋地说。

“信噪比是指信号与噪声的比例，信噪比越高，混在信号里的噪声就越小，声音的音质就越好；声压级则是指麦克风在失真之前能处理声音的最高声级，声压级越高代表能处理的声音越高。”孙恺说，MEMS声学传感器在保障清晰音质的同时，想要实现更远距离的语音控制及随声定位等功能，就必须提高信噪比和最大录音声压。

为了推动研发速度，加快产品迭代，敏芯股份成立了多个研发小组，针对每项产品连续开展“头脑风暴”，进行成千上万次试验，不断攀登行业巅峰。李刚告诉记者，公司近年定制开发的高频、宽频、小型化的特殊MEMS声学传感器有80多种，满足了市场各类需求。

敏芯股份大量的产品输出源自于不计成本的研发投入。公司2019年研发投入3567.04万元，2020年研发投入4204.34万元，2021年研发投入7561.86万元；研发技术人员占公司员工总数超33%；研发支出占营业收入比重超21%。

成立15年来，敏芯股份坚持创新研发，目前已拥有自主研发、自有知识产权的多品类产品线，逐步成长为国内为数不多的掌握多品类MEMS传感器设计和制造工艺能力的企业。

“2021年，敏芯股份发明、实用新型专利数量较2020年分别增长150%、140%，研发人员数量同比增长40%；2022年上半年发明专利授权量是2021年全年的1.4倍。”在李刚看来，企业要保持生命力，仅靠模仿走不长远，必须通过研发创新，不断突破自我、超越对手，才能赢得未来。

强化自主可控

一个MEMS传感器的制造分为芯片设计、晶圆厂代工制造、封装、测试等核心环节。“如果完全依赖外部产业链，初创容易上量难，成本、规模优势也难以发挥，还会失去核心竞争力，无法避免陷入‘同质化’竞争困境。”李刚说，因为MEMS传感器芯片的生产工艺具有较高的定制化特点，生产工艺要按需开发，制造、封装、测试等环节尤为重要。

李刚对几年前的一次封装参数误差事故记忆犹新。在外包的封测生产线上，因为参数误差，导致已经安装在手机上的麦克风面临失效危险。“声学传感器不同于别的零部件，它一旦失效，手机就无法使用。如果麦克风出现问题，需要照价赔偿手机价值，这对于一个初创公司来说难以承受。产品要设计好，更要制造好、封装好、测试好。”李刚说。

幸运的是，这一批产品并没有大面积发生故障。但这给公司敲响了警钟，让公司意识到，产业链必须自主可控。

2019年，敏芯股份投资建设了全资子公司，专注于MEMS封装。“目前我们一期封装测试工厂已经投入使用，MEMS传感器封装月产能达到4000万只。明年上半年，二期工厂也将投入使用，单月封装产能将有望提升到1亿只。”李刚说。

如今，敏芯股份成功迈入国内MEMS行业领军企业梯队，多种产品的应用场景已涵盖消费电子、医疗、工业控制、汽车电子等领域。“这些年，公司以中低端应用为切入口，在激烈的市场竞争中存活了下来。目前，公司正在努力打入国际知名消费类电子品牌大客户的供应链体系。”李刚说，在研发创新上，敏芯股份正快马加鞭不断突破；在全产业链构建上，企业也在不断完善、补齐短板，确保供货能力跟上，发挥供应链优势。

编辑：黄飞