敏芯微电子:中国MEMS产业“拓荒者”的突围之路
“没有其他任何一个行业能在纳米级和微米级做微型机械产品。MEMS水平代表了国家核心工业实力。”中科院电子所研究员、传感器技术国家重点实验室主任刘昶曾这样评价MEMS。
所谓MEMS传感器(全称“Micro-Electro Mechanical System”),即微机电系统,是微电路和微机械系统按功能要求在芯片上的集成,能够为智能终端设备采集声学、 压力、惯性、光学、温度、湿度等信息。它是物联网的重要组成部分,MEMS已经渗透到生活的方方面面。
苹果手机语音助手Siri的存在是基于麦克风传感器;微信运动靠加速度传感器进行步数统计;智能手环之所以能监测心率,是因为其内置的光学心率传感器,借用LED发光照射皮肤和血液,然后通过光线产生的波动来判断我们的心率水平;就连新冠疫情之下,危重症患者赖以生存的呼吸机都是靠空气和氧气流量传感器生成的信号帮助微处理器调节电机,从而调整或维持病人吸气和呼气所需的气压,也即压力传感器时刻监测病人呼吸信号来控制呼吸器的动作,使患者呼吸自然顺畅... ...5G时代到来意味着MEMS芯片应用场景还将进一步扩大。
在国内有一家低调的企业,苏州敏芯微电子技术股份有限公司(以下简称“敏芯微电子”),从2007年起就深耕于MEMS传感芯片这一领域。其MEMS 麦克风出货量一度跃居全球第四,成绩斐然。这家年轻的中国企业,是如何在博世、意法半导体、惠普等等强敌环伺的MEMS市场中实现突围的?
-“MEMS拓荒者”:坐得了冷板凳,啃得下硬骨头-
敏芯微电子在研发上有得天独厚的优势,这与初创人李刚硬核的学术背景有关。
“MEMS行业对人才颇为挑剔,单一型的人才注定是不行的,唯有精通各个方面的复合型人才方能高奏凯歌。”2018年在接受媒体采访时,敏芯微电子实控人如此说道。
上世纪80、90年代,美国的半导体产业发展如火如荼,而国内的半导体产业相对冷门且滞后,就业前景也相对糟糕。
还在念高中的李刚偶然间读到一篇关于微电子技术的科普文章,了解到国民经济的65%都与微电子产业相关。那时开始,他就对微电子产业无限憧憬。
中学时的梦想支撑着他,在国内为数不多的开设半导体专业的大学中,毅然选择了成电。随后,李刚在硕士和博士阶段选择的研究方向一直都是MEMS研发。学院派出身的李刚不浮不躁,坐得了冷板凳,啃得下研发难的硬骨头,耐心蛰伏,等待属于MEMS崛起的契机。
2004年,李刚在博士毕业时,他的很多同学都走了‘套路’——去美国公司上班,大公司、小公司来回跳,收入高,生活肯定是不用愁的。“我是属于比较笨的,我觉得MEMS有前途,这不是一个产品机会,这是一个产业机会,中国有这个机会。”因为这份执着,家人也跟着他吃了不少苦。
“集成电路产业本身就是一步生一步死,MEMS更是其中最难的一个分支,十几年前哪能想到这个细分产业能达到500亿美元的年销售额。能活下来的都有理由为自己自豪,敏芯现在已经排在全球第四位,这跟李刚的坚持、执着是密不可分的。”中芯集成电路制造(绍兴)有限公司的执行副总裁刘煊杰这样评价李刚对敏芯微电子的影响。
“创业者能力至关重要,你必须掌控全局拿捏分寸,在最恰当的时间做最恰当的事。创业既要顺势而为,也要有永不言弃的信念。既然选择了远方,便只顾风雨兼程。”踏出学园,李刚准备靠创业圆梦。
-两次创业,从0到1再到TOP1-
然而创业之路远没有想象中的容易。李刚首战就遭遇了滑铁卢。
“我当时觉得自己有技术,创业不是难事。”李刚用“有点天真”来形容自己最初的想法。
李刚的第一次创业仅仅历时8个月就以失败草草收尾。其代价是辛苦积攒的奖学金一大半都打了水漂。
但“世上没有白走的路”,首次创业失败的经历让他意识到,要从MEMS产业链入手,把产业链掌握在自己手里,才能走通创业之路。事实证明,李刚的这个简单的思路是保证自身安全发展的不二道路,在十多年后的贸易战里,在代工厂大行其道,快速获利,而自主研发容易夭折的当时,李刚的选择无疑是“小众”的、“另类”的。这一决策很大程度影响了敏芯微电子之后的发展道路。
2年后,厚积薄发的李刚再次抓住了机遇。
2007年左右,消费电子产品如手机、移动互联网设备等要求体积更小且功耗更低的MEMS传感器产品,MEMS产业的第二次浪潮开始了。地方政府谋求转型发展,提供了大量优惠政策。李刚靠在简陋的实验室里研发出的MEMS传感器评上了苏州工业园区的第一届科技领军人才。100万美金奖金成了他真正意义上的‘第一桶金’。其后,他还带领研发团队先后参与国家 863 计划、江苏省省级科技创新与成果转化专项和苏州市科技发展计划等政府项目。他的参与领导公司为公司建立完整的产品线布局起到关键作用。
筚路褴褛,以启山林。2007年,天时、地利、人和,敏芯微电子成立之初,三位创始人用自制的简陋的试验设备进行MEMS器件的腐蚀工艺。之后,敏芯微电子的蓝图慢慢铺就。
2008年,敏芯微电子打通“4寸代工厂-自有的微细加工平台-小规模封装代工厂”的小产业链;2009年,经过半年市场推广,发现作坊式的小产业链达不到量产标准,于是开始与中芯国际(SMIC)合作,将整个MEMS产业链升级到8寸;2010年实现8寸晶圆的量产,敏芯微电子是当时SMIC三个MEMS产品量产客户之一,而且是国内唯一的MEMS量产客户。可是随着SIMC成都厂被德州仪器收购,敏芯微电子不得不重新踏上整合MEMS产业链之路;2011年,敏芯微电子在华润上华(CSMC)实现第一代的6寸产品的量产,并提交客户验证;2012年,由于与国内传统麦克风厂商的合作一直打不开局面,此时国内MEMS麦克风市场已逐渐扩大,因此公司决定改变商业模式:从出MEMS套片转为出MEMS麦克风成品,从而直接面对消费市场客户。
根据赛迪顾问发布的《2019 年中国 MEMS 传感器潜力市场暨细分领域本土 优秀企业》白皮书,敏芯微电子是国内唯一一家在压力传感器和 MEMS 麦克风领域均 入选国内 MEMS 细分领域优秀企业名单的企业。其生产的 MEMS 麦克风出货量位列世界前列:根据 IHS Markit 的数据统计,2018年公司 MEMS 麦克风出货量全球排名第四。
-平洋之后是险滩,加大研发主动转型-
“我们用了5、6年的时间来交学费。”李刚如是说。年轻的敏芯微电子一直在以惊人的速度成长。
MEMS传感器需要一个较长的技术沉淀期,那这段时期敏芯微电子是靠什么实现原始积累的?
“我们是有过一段好日子的”,在国内山寨机大行其道的那段时间,敏芯微电子的产品在耳机、高仿等产品里狠赚了一笔,帮助敏芯整合了产业链、完善了产品。
“我们要感谢山寨市场。”2014年李刚接受媒体采访时说,“山寨市场对芯片产品的性能要求不高,给了我们技术积累和产品完善的时间。”
但随着行业出清、自查,山寨市场的洗牌、淘汰、消亡,要想长久、可持续地生存下去,企业不得不开始向品牌化升级和转型。
不少企业选择采购国外MEMS芯片公司的晶圆进行封装,生产MEMS成品,成功打入包括Apple在内的一系列国内外顶尖客户。但这种“购买+封装”的模式依附性强,存在较大风险。要想彻底实现我国MEMS产业的自主可控,最关键的还是要加大自主研发能力,突破MEMS芯片的设计和生产制造环节,把产业链的抓在自己手里。
“供应链的稳定很重要。敏芯在MEMS芯片设计方面的能力很强,并且最为重要的是,敏芯把MEMS设计制造的整个产业链串起来了,具备了出产品的能力。这在国内的MEMS产业里是很少见的。”中芯集成电路制造(绍兴)有限公司的执行副总裁刘煊杰认为对产业链的整体把握正是敏芯微电子独到之处。
2012年对敏芯微电子意义重大,2012年是“求变”的一年。2012年以前,敏芯微电子就一直在做扎根工作,夯实基础,厚积薄发。MEMS不是一个快速成长的暴利行业,唯有静水才能流深。敏芯微电子重视技术的更新迭代,技术创新才能保持活力。李刚也始终相信,技术与资本结合,未来一定会爆发出惊人的力量,“在我们这代人的手里,一定能拥有属于我们自己的中国芯!”
经过多年的技术积累和技术研发投入,敏芯微电子在MEMS传感器芯片设计、晶圆制造、封装和测试等各个环节都拥有自主研发能力和核心技术,同时能够自主设计为MEMS传感器芯片提供信号转化、处理或驱动功能的ASIC芯片。
十二年遍历风雨,敏芯微电子实现了MEMS全生产环节的国产化,终于实现了李刚一直以来关于“中国芯”的心愿。
2018 年中国 MEMS 市场规模已经达到 504.3 亿元,同比增速 17%。招股书显示,预计到 2021 年市场规模将突 破 850 亿元,2018-2021 年复合增长率为 19%。中国已经成为全球 MEMS 市场中发展最快的地区,MEMS 技术生产相关器件正在成为趋势,新的器件品类不断涌现,应用场景的丰富也使得 MEMS 产品出货量保持较快增速。在不远的未来,随着5G 商用化、物联网对智能终端设备格局的改变,MEMS还面临着更加广阔的市场空间。
敏芯微电子的下一个10年,值得期待。
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