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中科米微技术总监:不抛弃不放弃,攻坚MEMS芯片“卡脖子”技术

2022年1月7日 11:28  爱集微  

如果说芯片创业难,那MEMS芯片创业更难,其中难度主要体现在研发成果难以转化。由于制造工艺和集成电路芯片完全不同,以及不同类型的MEMS芯片制造工艺也不相同,芯片研发公司在做出实验片后,往往难以找到流片厂商批量生产,而即便实现量产也难以在极为碎片化的市场中立足。因此,国内从事MEMS芯片研发和生产的企业长期寥寥无几。

为了在国际市场中打破这一被动局面乃至实现进口替代,2018年,中科米微电子技术有限公司应运而生。近年来,中科米微一路坚持不懈、矢志攻坚,成功解决了芯片设计、制造和封测等一系列核心关键技术问题,进而打通了光通信MEMS芯片完整产业链。其商用产品可完全实现同类产品的进口替代,而且在“成本”和“服务”上较国外同行还具备一定优势。

在成为光通信核心模块中关键芯片的全球第三、国内唯一供应商后,中科米微进一步开枝散叶,相继开发出可用于激光雷达和抬头显示器的MEMS扫描镜系列产品,以及MEMS传感器芯片等。基于此,中科米微目前已研发出多款MEMS芯片产品,其中部分产品已实现批量生产,供货近二十余家国内主要光器件公司,2021年实现营收达3200余万元。

创新之路虽然充满困难和挑战,但中科米微一直没有放弃,并凭借坚忍不拔的意志解决了MEMS芯片研发和量产的相关“卡脖子”技术,打破国外垄断,为MEMS芯片国产化贡献力量。那么,中科米微是如何攻克一个个堡垒的?实现了哪些关键技术突破?未来发展规划如何?为此,集微网采访了中科米微技术总监徐静及技术副总监李伟,进行逐一解答。

集微网:作为光通信核心模块关键芯片的国内唯一、全球第三的供应商,中科米微是如何做到的?

中科米微:中科米微能够取得今天的成绩,我认为关键还是在于坚持不放弃。我们的样品其实很早就做出来了,但因为面临量产条件不成熟、客户没有充分信任、供应链不完善等问题,走到量产这一步经历了很长时间。期间,即便面临很多困难,但我们并没有放弃目标,而是在各界支持下朝着拟定的方向一直努力,才会有现在的状态。

其次,前期技术积累也很重要。中科米微技术团队来自中科院上海微系统所,从2004年开始已经在做光通信和MEMS结合的相关课题,包括和国内光器件龙头企业一起合作项目。虽然那时产品不太成熟,但我们坚信MEMS技术在光通信智能控制方面有其绝对优势和用武之地。后来,上海微技术工业研究院也在流片验证和测试分析平台方面给予了我们大力支持。简单说,经过长期的技术积累,才有中科米微公司现在的开花结果。

另外,虽然发布产品的时间相对偏晚,但公司能根据客户使用痛点加以针对性解决,对国际同行的产品不足进行了升级改造,因而具备了一定的后发优势。

集微网:在攻坚光通信核心模块MEMS芯片过程中,中科米微实现了哪些关键技术或重要突破?

中科米微:在关键工艺方面,我们突破了多台阶刻蚀、硅-硅键合、台阶套刻对准以及光学镜面去胶处理等技术。但要真正把量产做起来,需要全面打通从流片、测试到划片、后道处理等生产流程。与IC 芯片Fabless公司有专门的芯片设计、流片、代工和封测完全不同,光学MEMS芯片生产流程的每个环节都没有现成的规范,比如如何测试、测哪些指标、用什么设备测试都没有相关标准。因此,每个环节上出现的问题我们都必须摸索着一一解决。

另外,对于光通信MEMS微镜芯片,不同客户可能采用不同的封装方式,因此无法像IC芯片一样可以采用标准封装来保护芯片本身,通常是采用裸Die交付。但裸Die交付的风险很大,需要克服灰尘、颗粒污染等关键问题。对此,中科米微逐步建立起整套完善的质量检验流程,确保微镜芯片质量满足客户要求。

集微网:国内厂商通常只聚焦半导体产业链某一环节,而中科米微打通了光通信MEMS芯片全产业链。当初为什么会有这样的规划?打通产业链花了多长时间?

中科米微:光通信MEMS芯片要真正实现产品商用,必须要打通产业链,无论哪个环节出问题都会导致最后走不到商用。基于前期积累以及“天时地利人和”,中科米微才到达目前比较好的状态。我们第一款打通整个流程的产品应该是从2013年开始,当时先在国内流片验证,然后到国外流片走到量产,最后又转回到国内量产。但真正的自主量产应该是在2019年,前后整体大约经历6年的漫长时间。

集微网:与国际同行竞争对手相比,中科米微的VOA(可调谐光衰减器)、OSW(光开关)、TOF(可调谐光滤波器)等光通信MEMS芯片有哪些突出优势?

中科米微整体来说,我觉得是水平是相当的,个别指标有可能我们占优。一是因为这类芯片的设计原理基本类似,二是因为我们会根据客户应用需求进行针对性优化。此外,在进口替代的产品基础之上,我们也可以根据客户需求开发新的产品型号。比如有些客户希望产品的角度斜率大一些,镜面大一些,我们会综合分析市场需求进行新品开发。相比而言,我们与国内客户联系更加紧密,能够提供更便捷更优质的定制服务。

集微网:中科米微的产品既有在做国产替代,也有对标国外的产品。那么,在客户的角度上,他们替换的动力更多体现在公司产品的灵活性还是成本上?

中科米微:客观上讲两者都有。一方面是国际形式大环境,现在国内客户都愿意去尝试国产芯片,否则就只能被国外供应商“卡脖子”。另一方面,因为中科米微的产品产业链全在国内,在成本上肯定有一定优势。总体而言,与其他行业不太一样,光通信相对更在意性能。有时候为了安全,客户不一定真的那么看重价格,而是将性能放在第一位。但是,如果想要占据更大的市场份额,那必须在成本方面体现出优势。

集微网:在扫描镜产品领域,比起传统机械雷达,中科米微的混合固态MEMS激光雷达扫描镜有什么优势?

中科米微首先,比起传统机械雷达需要马达、轴承等扫描部件,混合固态MEMS激光雷达扫描部件体积更小、重量更轻。其次,混合固态雷达能批量制造降低成本,同时寿命更长。正因如此,它才能从非常细分的测绘市场逐步走到比较庞大的消费市场。

传统机械雷达因为体积太大,在汽车上安装成为问题。混合固态MEMS激光雷达或纯固态式雷达,也许现在性能没有比肩传统机械雷达,但一直在开发升级。如果技术更加优化稳定,加上体积更小方便应用,未来将会成为主流的趋势。但在一些不受体积、寿命等限制的领域,传统机械雷达依然具备高精度优势,因而未来会与混合固态、纯固态雷达共存。

集微网:中科米微的MEMS扫描镜芯片开发进度如何?以后定位应用在什么领域?

中科米微:扫描镜面越大,设计和制作工艺越难,因此中科米微扫描镜芯片开发也是按照难度逐步推进。目前,我们开发的第一款产品——两毫米直径的MEMS扫描镜已经比较成熟,光束水平和垂直扫描角度可分别达到60度和30度。另外,四毫米直径的扫描镜产品已经完成第一版流片,基本能够达到某些指标,但还有需要改善的地方,优化完成后有望实现最终应用。简单概括是,中科米微的MEMS扫描镜产品,采用静电驱动方式,工艺成熟,易于批量制造,目前主要定位于汽车辅助驾驶、服务型机器人、智能交通等需求的激光雷达应用领域。

集微网:中科米微的光通信模块和激光雷达扫瞄镜都有用到MEMS。那它们在设计或工艺上面有什么相似性或差异性?

中科米微:光通信MEMS微镜一般都是准静态应用,就是在某个电压下微镜转角需要保持稳定不动,但扫描镜要一直处于扫描工作状态。因此,两种应用方式对芯片结构要求是不同的。具体而言,光通信MEMS微镜是直接电压控制转角,电压与转角一一对应,通常为开环控制。这对于生产工艺稳定性要求很高。然而,扫描镜通过谐振达到很大角度时,若要求幅值稳定则需要闭环控制,从而实现定时校准。

光通信MEMS芯片和扫描镜在设计上侧重点不同,工艺复杂性也有差异。由于中科米微的两维扫描镜结合了准静态和谐振态两种驱动方式,产品工艺上实际是更复杂了。与此同时,扫描镜也需要实现内部反馈,以及封装成扫描镜驱动模组,才能更方便客户使用。

集微网:对于可用于激光雷达和抬头显示仪的MEMS扫描镜产品,中科米微未来的发展规划是大力开拓还是小试牛刀?

中科米微:可用于激光雷达和抬头显示仪的MEMS扫描镜产品,具体指标要求是完全不同的。根据市场需求,如果需求比较明确或与客户达成战略合作,我们肯定会大力投入。目前中科米微规模还较小,近期研发重点仍然是在光通信MEMS芯片。但公司也会适时根据市场信号调整资源,加大对扫描镜产品的研发和量产的投入。

集微网:在规划上,中科米微的定位是做MEMS微镜系列产品线,包括之前的拳头产品光通信芯片,以及现在开发的MEMS扫描镜。但这两类产品的设计形态和客户合作方式等各有所不同,从长远角度来说,公司是否会有重心的偏向?

中科米微:中科米微的产品是从细分领域切入,逐步扩展,同时在技术能力范围内把优势全部发挥出来。比如我们最先做的是光通信MEMS芯片,然后扩展到MEMS扫描镜。因为它们的底层工艺类似,而且我们有足够的技术积累。总的来说,我们目前的思路仍然是致力于光通信MEMS芯片,逐步迭代升级,从小镜面小角度产品到大镜面大角度产品,从低端独立镜面产品向高端微镜阵列产品发展,为下游客户提供最优的定制服务。在对光学微镜产品种类由点到面进行扩展同时,公司将根据市场成熟度有条不紊地进行取舍和跟进。

编 辑:章芳
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