国产MEMS品牌正崛起 西人马凭何立足MEMS传感器市场？

如今的MEMS芯片及传感器市场，除了历史悠久的国际品牌，许多中国初创芯片公司也进入了大家的视野，这其中就包括2015年成立的西人马公司。

作者｜Arden    校对｜范蓉

集微网消息，如今的MEMS芯片及传感器市场，除了历史悠久的国际品牌，许多中国初创芯片公司也进入了大家的视野，这其中就包括2015年成立的西人马公司。虽然西人马在MEMS芯片及传感器领域起步较晚，但却走出了一条不同于其他企业的自主创新之路。

自创立以来，西人马始终立足于感知与人工智能的核心技术的研发，通过持续、大幅度的投入，每年以几百项专利的速度快速递增。持续的研发投入也带来了丰硕的成果，目前西人马在MEMS芯片与高端传感器领域已拥有先进的自主研发技术、检测设备和生产制造基地，具有强大的生产能力以及满足客户个性化需求的订制能力。
近日，集微网记者有幸受到西人马公司的邀请，得以探秘其先进的芯片及传感器生产车间，该车间不仅拥有芯片的加工能力，还具备全套规范的传感器性能与可靠性检测能力，可为客户提供高品质、高良率、高效率的服务。
智造驱动企业高质量运行
据介绍，西人马公司MEMS芯片及传感器生产线车间，配备8英寸向下兼容6英寸的MEMS智能传感器芯片产线和中国先进的MEMS器件加工平台，拥有6000平方米的高等级洁净车间，具备深硅刻蚀、键合、光刻、原子力显微镜、扫描电镜等先进的制造、封装与检测设备，具备一体化的量产能力。
集微网记者走进西人马MEMS芯片无尘车间，看到一台台高科技设备开足马力运转，设备上闪烁的灯光提醒着人们，生产线正忙碌着。
在工作人员的带领下，首先来到刻蚀车间，在MEMS芯片制程中，刻蚀就是用化学的、物理的或同时使用化学和物理的方法，在光刻的基础上有选择地进行图形的转移，其工艺水平将直接影响到最终产品质量及生产技术的先进性。“这台PT-4设备使用ICP（电感耦合等离子体）来实现刻蚀，钝化沉积和刻蚀交替进行，快速形成一个垂直的侧壁，具有高选择比和高刻蚀速率，广泛运用于我们的MEMS芯片上。”工作人员对记者表示。
刻蚀机

紧接着来到薄膜车间，薄膜指通过电子束蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积等工艺将所需物质铺盖在基片的表层，根据过程的气相变化特性，可分为PVD与CVD两大类。
其中，PVD（物理气相沉积）是当前国际上广泛应用的一种先进的表面处理技术，其工作原理就是在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。而化学气相沉积(CVD)是指化学气体或蒸汽在基质表面反应合成涂层或纳米材料的方法，是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料、大多数金属材料和金属合金材料。
PVD机台电子束蒸镀

据现场工程师介绍，PVD设备可以在硅片表面沉积金属膜层，经过光刻和刻蚀后形成金属线路。该设备的优点主要是成膜速率快、成膜质量好、人机交互非常便捷、工艺便于控制等，可沉积包括金、钛、铝、镍、铜和铬等常用半导体材料。
PECVD（化学气相沉积）设备

而PECVD（化学气相沉积）设备是通过腔体的气体在射频电源的作用下获得足够的能量，被激发成等离子体，等离子体在腔体中经过一系列的碰撞反应生成新的材料，该设备可以沉积氧化硅、氮化硅等材料，具有成膜均匀性好、工艺便于控制、设备的人机交互便捷等优势。
左：ASML光刻机 右：涂胶机

接下来，记者跟随工作人员来到黄光车间，该车间完全采用黄色光源，以减少照明对光刻生产的影响。光刻是平面型晶体管和集成电路生产中的核心工艺，可以将芯片设计的图形转移到衬底表面。光刻机的解析度直接决定了芯片可以做到的尺寸，是整条工艺线的重要指标，这与晶圆的集成度大小直接关联。
相较于国内其他MEMS企业，西人马的光刻技术处于较先进的水平。据了解，西人马公司近期引进了ASML光刻机以及日本的自动涂胶机和显影机。自动涂胶机的作用是将光刻胶均匀涂到晶圆表面上，以方便后面的曝光显影。而光刻机是将涂完胶的晶圆通过曝光将掩模版上的图形转移到WAFER表面。最后经过显影，在Wafer表面形成最后的图形。
键合机

而键合作为MEMS芯片工艺中的一项重要封装技术，是实现芯片与环境之间的有机交互与隔离，从而在保证芯片功能实现的情况下，起到保护芯片、提高可靠性的作用。目前西人马车间内主要用到两种技术，一种是阳极键合，另一种是硅硅键合。阳极键合是把玻璃跟硅结合在一起的一种技术，而硅硅键合技术即在高温条件下将硅与硅直接结合在一起的一种技术。压力芯片依据使用的温度条件或压力要求会选用合适的键合方式。
扫描电子显微镜（SEM）

此外，西人马还加强了对产品质量的管控。西人马利用扫描电子显微镜(SEM)对MEMS器件关键工艺的微观形态进行测试、分析，实现SEM对MEMS的有效测量和工艺验证。在质量车间，扫描电子显微镜（SEM）通过高电压释放电子束去扫描物体表面的形态，检测膜层形貌、厚度和表面高度，其放大倍率可以达到百万级别，然后通过连接EDS可以检测物体表面的元素成分及含量。
原子力显微镜（AFM）
而原子力显微镜（AFM）是利用微悬臂系统和放大臂上面的细小探针与被测物体之间的原子相互作用来进行检测，它的分辨率可以达到原子级别。
除了先进的MEMS芯片制造工艺外，芯片产能也有大幅度提升。据西人马芯片车间负责人介绍：“芯片共有光刻、薄膜、扩散、刻蚀和封装5个车间，一天的产能可以达到20万个传感器芯片。”
通过参观了解，西人马公司具备完善的芯片制造设备、检测设备和完整的传感器封装及测试设备，拥有芯片的加工能力以及传感器性能与可靠性检测能力，可以为全球客户提供OEM和ODM服务。
严守产品质量关
西人马作为一家具备芯片和传感器材料合成、芯片设计、制造、封装和测试全方位能力的公司，其研发人员90%以上为硕博士。高层次的人才、先进的设备、严谨的工艺流程和严苛的生产标准保证了西人马公司产品的优异性能。采访现场的产品测试也验证了西人马公司自主研发产品的可靠性。
西人马品质总监Dr.Xu

据西人马品质总监Dr.Xu介绍，西人马引进了GE高精度压力源设备以保证传感器的出货品质。以压阻式压力传感器为例，通过高精度压力源，再通过高精度的DC Power，可以测量到在不同的压力源下产品的各种特性，包括传感器的灵敏度、零位输出、满量程输出。另外，还可以计算出传感器的线性、迟滞、重复性，最后可以得到传感器的综合精度。
DC Power

根据现场工程师的测试，记者看到，西人马的压力传感器是经过一系列不同压力测试之下得到的综合精度结果。目前西人马压力传感器的综合精度可以达到±0.1%，已经达到国际水准。
现场测试

为了保证产品的可靠性，传感器需经过不同温度的高低温循环箱，来模拟传感器在不同温度下的特性，这也是西人马最重要的传感器产品品质把关环节。可以看出，西人马公司的传感器产品不仅具有非常优异的性能，同时其生产工艺品控标准都能够达到业内一流水准。
同时，全方位的检测手段也是保障西人马传感器产品质量的最坚强后盾，使每个产品真正面向市场之前，都确保质量完全达标，这也是西人马传感器产品受到客户青睐的重要原因。
践行工匠精神，为用户创造价值
生产设备先进与否能够影响产品品质，但是决定产品品质最关键的因素还是人。自成立以来，聂泳忠博士与西人马团队一直坚持着一丝不苟、精益求精的工匠精神。而这样的工匠精神，也体现在西人马日常生产和管理的方方面面，包括对产品设计独具匠心、对质量精益求精、对技艺不断改进、对制造一丝不苟、对产品追求极致、对产业专注坚持的精神。
今年疫情期间，红外体温检测仪—额温枪在市场上“一枪难求”，而作为额温枪的“大脑”——热电堆芯片，更是出现了供不应求的局面。为了缓解这一现象，西人马研发团队全力以赴，夜以继日地研发生产红外热电堆芯片。
在研发期间，聂泳忠博士是在生产车间度过的，每天睡两个小时，只为优质芯片尽快投入到抗疫前线。不过，令他颇感意外的是，产品交付不久，就收到一位来自深圳客户的反馈：“当西人马产品装配到额温枪上，在几乎没做调试的情况下，测温分辨率达到±0.1℃。”
即便是国外进口的产品，也会存在0.3℃的误差，可西人马却做到了0.1℃，远优于进口水准。这个消息流出不久，业界炸锅了，西人马瞬间成为额温枪市场上的“黑马”。
爆红背后，是聂泳忠博士与西人马团队始终坚持自主研发、精益求精、用工匠精神不断打磨的结果。
而在生产制造环节，西人马的每一位员工也秉承着工匠精神，不断提高自身的业务水平，为企业把好品质关。无论是产品生产还是产品质量把控，只要有疑问就会查找问题并逐一解决。可见，打造高品质传感器产品并非只是个人的事情，需要团队精诚协作才能做到最好，目前西人马每个员工都非常重视产品品质，并且落实到了工作中的每一个细节当中。
优异的产品品质是西人马高速前进的基石，而先进的MEMS芯片生产制造技术、领先的质量运营体系以及融化在员工血液中的工匠精神则是构成这块基石的基本元素。西人马通过对产品品质的坚守和传承也赢得了客户的认可，并推动了企业的高质量发展。
除了生产和品控环节，研发也是西人马立足行业的根本。自主研发是西人马一直以来坚持的原则。长期的技术积累带来的优势不仅为西人马给客户提供高质价廉的产品带来了可能性，也让西人马有更充裕的精力积极进行研发投入，这是一个良性的循环。
目前，西人马的研发团队正在快速扩充，2019年研发投入占总营收比超过30%，预计2020年的研发仍将保持高比例投入，研发成本给西人马带来了一定的压力，但也因为持续高额的研发投入，才让西人马拥有比竞争对手更好的产品。
另外，在市场方面，西人马也充分了解用户的需求。目前，西人马的压力传感器在国内行业客户群体中，主要以民用航空、轨道交通、船舶、科研计量、精密加工为主，占比近70%~80%。随着西人马不断进行产品线经纬度的延伸，各种产品在新行业的应用场景也会越来越多。
西人马所有新产品在开发时均会针对行业应用场景进行深度挖掘及效率提升，从而为客户带来更大的价值，这也是客户最核心的诉求。