國產(chǎn)MEMS品牌正崛起 西人馬憑何立足MEMS傳感器市場？

　　如今的MEMS芯片及傳感器市場，除了歷史悠久的國際品牌，許多中國初創(chuàng)芯片公司也進入了大家的視野，這其中就包括2015年成立的西人馬公司。雖然西人馬在MEMS芯片及傳感器領(lǐng)域起步較晚，但卻走出了一條不同于其他企業(yè)的自主創(chuàng)新之路。

　　自創(chuàng)立以來，西人馬始終立足于感知與人工智能的核心技術(shù)的研發(fā)，通過持續(xù)、大幅度的投入，每年以幾百項專利的速度快速遞增。持續(xù)的研發(fā)投入也帶來了豐碩的成果，目前西人馬在MEMS芯片與高端傳感器領(lǐng)域已擁有先進的自主研發(fā)技術(shù)、檢測設(shè)備和生產(chǎn)制造基地，具有強大的生產(chǎn)能力以及滿足客戶個性化需求的訂制能力。

　　近日，集微網(wǎng)記者有幸受到西人馬公司的邀請，得以探秘其先進的芯片及傳感器生產(chǎn)車間，該車間不僅擁有芯片的加工能力，還具備全套規(guī)范的傳感器性能與可靠性檢測能力，可為客戶提供高品質(zhì)、高良率、高效率的服務(wù)。

　　智造驅(qū)動企業(yè)高質(zhì)量運行

　　據(jù)介紹，西人馬公司MEMS芯片及傳感器生產(chǎn)線車間，配備8英寸向下兼容6英寸的MEMS智能傳感器芯片產(chǎn)線和中國先進的MEMS器件加工平臺，擁有6000平方米的高等級潔凈車間，具備深硅刻蝕、鍵合、光刻、原子力顯微鏡、掃描電鏡等先進的制造、封裝與檢測設(shè)備，具備一體化的量產(chǎn)能力。

　　集微網(wǎng)記者走進西人馬MEMS芯片無塵車間，看到一臺臺高科技設(shè)備開足馬力運轉(zhuǎn)，設(shè)備上閃爍的燈光提醒著人們，生產(chǎn)線正忙碌著。

　　在工作人員的帶領(lǐng)下，首先來到刻蝕車間，在MEMS芯片制程中，刻蝕就是用化學(xué)的、物理的或同時使用化學(xué)和物理的方法，在光刻的基礎(chǔ)上有選擇地進行圖形的轉(zhuǎn)移，其工藝水平將直接影響到最終產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)技術(shù)的先進性。“這臺PT-4設(shè)備使用ICP(電感耦合等離子體)來實現(xiàn)刻蝕，鈍化沉積和刻蝕交替進行，快速形成一個垂直的側(cè)壁，具有高選擇比和高刻蝕速率，廣泛運用于我們的MEMS芯片上。”工作人員對記者表示。

　　刻蝕機

　　緊接著來到薄膜車間，薄膜指通過電子束蒸鍍、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積等工藝將所需物質(zhì)鋪蓋在基片的表層，根據(jù)過程的氣相變化特性，可分為PVD與CVD兩大類。

　　其中，PVD(物理氣相沉積)是當(dāng)前國際上廣泛應(yīng)用的一種先進的表面處理技術(shù)，其工作原理就是在真空條件下，采用物理方法，將材料源——固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體(或等離子體)過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。而化學(xué)氣相沉積(CVD)是指化學(xué)氣體或蒸汽在基質(zhì)表面反應(yīng)合成涂層或納米材料的方法，是半導(dǎo)體工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術(shù)，包括大范圍的絕緣材料、大多數(shù)金屬材料和金屬合金材料。

　　PVD機臺電子束蒸鍍

　　據(jù)現(xiàn)場工程師介紹，PVD設(shè)備可以在硅片表面沉積金屬膜層，經(jīng)過光刻和刻蝕后形成金屬線路。該設(shè)備的優(yōu)點主要是成膜速率快、成膜質(zhì)量好、人機交互非常便捷、工藝便于控制等，可沉積包括金、鈦、鋁、鎳、銅和鉻等常用半導(dǎo)體材料。

　　PECVD(化學(xué)氣相沉積)設(shè)備

　　而PECVD(化學(xué)氣相沉積)設(shè)備是通過腔體的氣體在射頻電源的作用下獲得足夠的能量，被激發(fā)成等離子體，等離子體在腔體中經(jīng)過一系列的碰撞反應(yīng)生成新的材料，該設(shè)備可以沉積氧化硅、氮化硅等材料，具有成膜均勻性好、工藝便于控制、設(shè)備的人機交互便捷等優(yōu)勢。

　　左：ASML光刻機 右：涂膠機

　　接下來，記者跟隨工作人員來到黃光車間，該車間完全采用黃色光源，以減少照明對光刻生產(chǎn)的影響。光刻是平面型晶體管和集成電路生產(chǎn)中的核心工藝，可以將芯片設(shè)計的圖形轉(zhuǎn)移到襯底表面。光刻機的解析度直接決定了芯片可以做到的尺寸，是整條工藝線的重要指標(biāo)，這與晶圓的集成度大小直接關(guān)聯(lián)。

　　相較于國內(nèi)其他MEMS企業(yè)，西人馬的光刻技術(shù)處于較先進的水平。據(jù)了解，西人馬公司近期引進了ASML光刻機以及日本的自動涂膠機和顯影機。自動涂膠機的作用是將光刻膠均勻涂到晶圓表面上，以方便后面的曝光顯影。而光刻機是將涂完膠的晶圓通過曝光將掩模版上的圖形轉(zhuǎn)移到WAFER表面。最后經(jīng)過顯影，在Wafer表面形成最后的圖形。

　　鍵合機

　　而鍵合作為MEMS芯片工藝中的一項重要封裝技術(shù)，是實現(xiàn)芯片與環(huán)境之間的有機交互與隔離，從而在保證芯片功能實現(xiàn)的情況下，起到保護芯片、提高可靠性的作用。目前西人馬車間內(nèi)主要用到兩種技術(shù)，一種是陽極鍵合，另一種是硅硅鍵合。陽極鍵合是把玻璃跟硅結(jié)合在一起的一種技術(shù)，而硅硅鍵合技術(shù)即在高溫條件下將硅與硅直接結(jié)合在一起的一種技術(shù)。壓力芯片依據(jù)使用的溫度條件或壓力要求會選用合適的鍵合方式。

　　掃描電子顯微鏡(SEM)

　　此外，西人馬還加強了對產(chǎn)品質(zhì)量的管控。西人馬利用掃描電子顯微鏡(SEM)對MEMS器件關(guān)鍵工藝的微觀形態(tài)進行測試、分析，實現(xiàn)SEM對MEMS的有效測量和工藝驗證。在質(zhì)量車間，掃描電子顯微鏡(SEM)通過高電壓釋放電子束去掃描物體表面的形態(tài)，檢測膜層形貌、厚度和表面高度，其放大倍率可以達到百萬級別，然后通過連接EDS可以檢測物體表面的元素成分及含量。

　　原子力顯微鏡(AFM)

　　而原子力顯微鏡(AFM)是利用微懸臂系統(tǒng)和放大臂上面的細小探針與被測物體之間的原子相互作用來進行檢測，它的分辨率可以達到原子級別。

　　除了先進的MEMS芯片制造工藝外，芯片產(chǎn)能也有大幅度提升。據(jù)西人馬芯片車間負責(zé)人介紹：“芯片共有光刻、薄膜、擴散、刻蝕和封裝5個車間，一天的產(chǎn)能可以達到20萬個傳感器芯片。”

　　通過參觀了解，西人馬公司具備完善的芯片制造設(shè)備、檢測設(shè)備和完整的傳感器封裝及測試設(shè)備，擁有芯片的加工能力以及傳感器性能與可靠性檢測能力，可以為全球客戶提供OEM和ODM服務(wù)。

　　嚴(yán)守產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)

　　西人馬作為一家具備芯片和傳感器材料合成、芯片設(shè)計、制造、封裝和測試全方位能力的公司，其研發(fā)人員90%以上為碩博士。高層次的人才、先進的設(shè)備、嚴(yán)謹?shù)墓に嚵鞒毯蛧?yán)苛的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)保證了西人馬公司產(chǎn)品的優(yōu)異性能。采訪現(xiàn)場的產(chǎn)品測試也驗證了西人馬公司自主研發(fā)產(chǎn)品的可靠性。

　　西人馬品質(zhì)總監(jiān)Dr.Xu

　　據(jù)西人馬品質(zhì)總監(jiān)Dr.Xu介紹，西人馬引進了GE高精度壓力源設(shè)備以保證傳感器的出貨品質(zhì)。以壓阻式壓力傳感器為例，通過高精度壓力源，再通過高精度的DC Power，可以測量到在不同的壓力源下產(chǎn)品的各種特性，包括傳感器的靈敏度、零位輸出、滿量程輸出。另外，還可以計算出傳感器的線性、遲滯、重復(fù)性，最后可以得到傳感器的綜合精度。

　　DC Power

　　根據(jù)現(xiàn)場工程師的測試，記者看到，西人馬的壓力傳感器是經(jīng)過一系列不同壓力測試之下得到的綜合精度結(jié)果。目前西人馬壓力傳感器的綜合精度可以達到±0.1%，已經(jīng)達到國際水準(zhǔn)。

　　現(xiàn)場測試

　　為了保證產(chǎn)品的可靠性，傳感器需經(jīng)過不同溫度的高低溫循環(huán)箱，來模擬傳感器在不同溫度下的特性，這也是西人馬最重要的傳感器產(chǎn)品品質(zhì)把關(guān)環(huán)節(jié)。可以看出，西人馬公司的傳感器產(chǎn)品不僅具有非常優(yōu)異的性能，同時其生產(chǎn)工藝品控標(biāo)準(zhǔn)都能夠達到業(yè)內(nèi)一流水準(zhǔn)。

　　同時，全方位的檢測手段也是保障西人馬傳感器產(chǎn)品質(zhì)量的最堅強后盾，使每個產(chǎn)品真正面向市場之前，都確保質(zhì)量完全達標(biāo)，這也是西人馬傳感器產(chǎn)品受到客戶青睞的重要原因。

　　踐行工匠精神，為用戶創(chuàng)造價值

　　生產(chǎn)設(shè)備先進與否能夠影響產(chǎn)品品質(zhì)，但是決定產(chǎn)品品質(zhì)最關(guān)鍵的因素還是人。自成立以來，聶泳忠博士與西人馬團隊一直堅持著一絲不茍、精益求精的工匠精神。而這樣的工匠精神，也體現(xiàn)在西人馬日常生產(chǎn)和管理的方方面面，包括對產(chǎn)品設(shè)計獨具匠心、對質(zhì)量精益求精、對技藝不斷改進、對制造一絲不茍、對產(chǎn)品追求極致、對產(chǎn)業(yè)專注堅持的精神。

　　今年疫情期間，紅外體溫檢測儀—額溫槍在市場上“一槍難求”，而作為額溫槍的“大腦”——熱電堆芯片，更是出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面。為了緩解這一現(xiàn)象，西人馬研發(fā)團隊全力以赴，夜以繼日地研發(fā)生產(chǎn)紅外熱電堆芯片。

　　在研發(fā)期間，聶泳忠博士是在生產(chǎn)車間度過的，每天睡兩個小時，只為優(yōu)質(zhì)芯片盡快投入到抗疫前線。不過，令他頗感意外的是，產(chǎn)品交付不久，就收到一位來自深圳客戶的反饋：“當(dāng)西人馬產(chǎn)品裝配到額溫槍上，在幾乎沒做調(diào)試的情況下，測溫分辨率達到±0.1℃。”

　　即便是國外進口的產(chǎn)品，也會存在0.3℃的誤差，可西人馬卻做到了0.1℃，遠優(yōu)于進口水準(zhǔn)。這個消息流出不久，業(yè)界炸鍋了，西人馬瞬間成為額溫槍市場上的“黑馬”。

　　爆紅背后，是聶泳忠博士與西人馬團隊始終堅持自主研發(fā)、精益求精、用工匠精神不斷打磨的結(jié)果。

　　而在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，西人馬的每一位員工也秉承著工匠精神，不斷提高自身的業(yè)務(wù)水平，為企業(yè)把好品質(zhì)關(guān)。無論是產(chǎn)品生產(chǎn)還是產(chǎn)品質(zhì)量把控，只要有疑問就會查找問題并逐一解決�？梢�，打造高品質(zhì)傳感器產(chǎn)品并非只是個人的事情，需要團隊精誠協(xié)作才能做到最好，目前西人馬每個員工都非常重視產(chǎn)品品質(zhì)，并且落實到了工作中的每一個細節(jié)當(dāng)中。

　　優(yōu)異的產(chǎn)品品質(zhì)是西人馬高速前進的基石，而先進的MEMS芯片生產(chǎn)制造技術(shù)、領(lǐng)先的質(zhì)量運營體系以及融化在員工血液中的工匠精神則是構(gòu)成這塊基石的基本元素。西人馬通過對產(chǎn)品品質(zhì)的堅守和傳承也贏得了客戶的認可，并推動了企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

　　除了生產(chǎn)和品控環(huán)節(jié)，研發(fā)也是西人馬立足行業(yè)的根本。自主研發(fā)是西人馬一直以來堅持的原則。長期的技術(shù)積累帶來的優(yōu)勢不僅為西人馬給客戶提供高質(zhì)價廉的產(chǎn)品帶來了可能性，也讓西人馬有更充裕的精力積極進行研發(fā)投入，這是一個良性的循環(huán)。

　　目前，西人馬的研發(fā)團隊正在快速擴充，2019年研發(fā)投入占總營收比超過30%，預(yù)計2020年的研發(fā)仍將保持高比例投入，研發(fā)成本給西人馬帶來了一定的壓力，但也因為持續(xù)高額的研發(fā)投入，才讓西人馬擁有比競爭對手更好的產(chǎn)品。

　　另外，在市場方面，西人馬也充分了解用戶的需求。目前，西人馬的壓力傳感器在國內(nèi)行業(yè)客戶群體中，主要以民用航空、軌道交通、船舶、科研計量、精密加工為主，占比近70%~80%。隨著西人馬不斷進行產(chǎn)品線經(jīng)緯度的延伸，各種產(chǎn)品在新行業(yè)的應(yīng)用場景也會越來越多。

　　西人馬所有新產(chǎn)品在開發(fā)時均會針對行業(yè)應(yīng)用場景進行深度挖掘及效率提升，從而為客戶帶來更大的價值，這也是客戶最核心的訴求。

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