方法助力 智造“中國芯”

文/本刊記者 段永利

廣東賽區

廣州奧松電子股份有限公司

傳感器是物聯網、人工智能、5G等新一代信息技術的感知基礎和數據來源，但目前國內90%的傳感器芯片依賴進口，高端傳感器芯片更是幾乎全部依賴進口，嚴重制約了中國傳感器產業的發展，也限制了尖端科技的發展。

廣州奧松電子股份有限公司（以下簡稱“奧松電子”）是MEMS領域集芯片設計、芯片制造、封裝測試、終端應用為一體的智能傳感器全產業鏈（簡稱MEMS IDM）國家專精特新“小巨人”企業，擁有粵港澳大灣區先進制程傳感器芯片制造和封裝測試量產線，已研發的30多個系列產品在產品尺寸、性能、封裝工藝等各方面達到了國外同類產品的技術水平，實現了國產替代，緩解了國內傳感器嚴重缺“芯”的局面。

勇于擔當 “啃”最難啃的硬骨頭

奧松電子高度重視自主研發能力，成立伊始，公司便成立了研發中心，目前擁有一支近200名工程師的專職研發團隊，近五年來年均研發經費投入占營業收入總額的20%以上，近三年累計研發出了30多項新產品。

然而，2020年突如其來的新冠肺炎疫情打亂了產業發展的步伐。疫情當下，美國、日本、德國等國家采取了嚴重的技術封鎖，限制多項傳感器相關技術的出口。而我國生產呼吸機、麻醉機的關鍵傳感器長期全部依賴進口，面對來勢洶洶的疫情，國內核心關鍵傳感器一度短缺，嚴重限制了疫情期間必需品呼吸機、麻醉機的產能。

緊急關頭，奧松電子集全公司之力成立了醫用傳感器攻關團隊，在復工復產極為艱難的情況下，調配所有資源攻克新型醫療用微型差壓傳感器的研制。

創新不是一件容易的事，奧松電子遇到不止一道難關。

醫療用微型差壓傳感器作為方艙醫院的核心，要保證方艙7天每天24小時產生負壓效果，阻隔污染區與潔凈區，牢牢鎖住病毒不擴散，需要檢50帕下的差壓。而一只蝴蝶煽動翅膀就可以帶來150帕的壓力變動，這一研究在當時是世界級技術難題；關鍵傳感部件需要MEMS特色半導體生產線作為支撐，而國內半導體制造產業基礎薄弱，研發技術和制備工藝條件均受到國外的技術封鎖與行政限制，組建智能傳感器的核心芯片生產線在國內還是一片空白；在微型差壓傳感器的實際研發過程中，奧松電子研制出的首批差壓傳感器芯片在0至50帕小量程卻無法滿足6毫伏以上的電壓變化量，靈敏度低，如何在不增加核心芯片尺寸的前提下能盡快投入到當時的醫療設備應用中，如何把項目研究及量產的成本控制在預期的范圍內？

創新方法 攻克“卡脖子”難題

難題當前，方法為先。

面對項目中的難題，公司創新團隊查詢了發達國家的先進專利182項，均在125帕以上量程。在沒有研究材料參考的情況下，如何快速突破技術研發出50帕以下的微差壓傳感器是首要攻克的難關？

公司董事長兼首席技術專家張賓親自主持該項目的研發，邀請半導體芯片專家進行技術指導。經過多次開會討論，最終借助“IFR最終理想解”的方法，將要實現的最終目標、理想結果、所需資源、存在的障礙一一列出，并分析避免障礙所需的條件，形成初步的概念方案。然后再利用功能分析法、因果鏈分析法，通過以往產品大量工藝驗證數據，分析生產過程中添加材料的分量和順序、刻蝕的方法等因素對產品結果的趨勢分析，找到影響產品質量的關鍵問題：懸膜膜厚過厚、工藝制程深寬比不足、電阻間距大、電阻溫度系數低、電阻鍍膜不均勻、垂直刻蝕精度差，并將電阻間距大、懸膜厚度過厚、工藝制程深寬比不足三個問題定位為最核心的問題，為未來項目研究的重要評判標準。

至于MEMS工藝難題，奧松電子之前多次與國內外專家交流學習，建成了先進的MEMS半導體智能傳感器特色芯片生產線，已涵蓋晶圓清洗、宣圖光刻膠、顯影、干法刻蝕、晶圓拋光、晶圓切割、封裝等工藝流程。隨著研發產品類型的不斷擴充，還在陸續購買不同的工藝設備，努力打造出國內領先的MEMS半導體傳感器集成電路全產業鏈。這也為微型差壓傳感器項目的研發提供了必要的工藝實踐條件。

為了解決工藝過程中懸膜厚度過厚、電阻間距大等工藝難點，創新團隊先后利用九屏幕、資源分析、STC算子、物理矛盾等創新方法進行分析，得出27種理論解決方案，然后邀請集成電路半導體行業專家，對這些概念方案從可行性、可靠性、成本三個維度進行綜合評價得到7個最終實施方案。

經過實際工藝過程的試驗，形成了最終方案。團隊采用DRIE深硅刻蝕工藝，優化光刻版圖，增加復合基底，調整參數進行流片，由此得到的微型差壓傳感器在0至50帕量程內可精準檢測出6毫伏以上電壓的變化量，尺寸縮小40%以上，成本相比進口產品減少20%，徹底打破了國外對我國醫用傳感器的技術壟斷。該產品經過兩個月的不斷改進研究，終于打破國外技術壟斷，實現了量產，目前在國內多所醫院的醫用設備中已成功應用，解決了呼吸機等醫療設備中缺少關鍵零部件的問題。

通過創新方法的運用，奧松電子啟動了8英寸MEMS特色芯片生產線的建設，多款MEMS智能傳感器芯片均屬于科技前沿的產品，可面向全國提供全方位服務的一站式MEMS特色芯片解決方案。其中，奧松電子研發的溫濕度傳感器、氣體流量傳感器、液體流量傳感器、差壓傳感器、氣體傳感器、氧氣傳感器、水蒸氣傳感器、二氧化碳傳感器、PM2.5傳感器、X射線傳感器均已成功進行成果轉化，為粵港澳大灣區發展智慧醫療、新能源汽車、人工智能、物聯網、智慧安防、智能家電等新一代信息技術領域提供了硬件技術支撐，實現國產替代進口，緩解我國智能傳感器關鍵技術被“卡脖子”的現狀，保障國家關鍵零部件供應鏈安全。

創新理念 構建全新管理模式

在當今復雜的國際環境下，集成電路技術進一步受到限制和封鎖，作為智能傳感器全產業鏈企業，奧松電子的創新步伐一刻沒有松懈。

研發團隊正在進行技術探討

公司每年邀請創新方法專家對團隊進行多次專題培訓，通過創新方法培訓，進一步增強了企業科研人員對TRIZ理論的深刻認識，助力公司不斷增強自主創新能力，加快產業核心技術攻關，實現更大效率的創新和突破。為提高全體科研人員的創新意識和熱情，公司還制訂科研創新獎勵制度，鼓勵公司員工利用現有平臺和技術資料，開展創新性研究并申請專利。2022年以來，公司已開發20多個研發項目，申請50多項專利，其中發明專利25項。通過獎勵制度的實施，幾年間，奧松電子的傳感器研發速度得到快速增長，已有幾十款新產品進入市場。

此外，奧松電子還非常重視高端人才的引進，目前已獲批建立了“博士后科研工作站”，積極引進博士人才，為公司產品研究提供新的思路和方向。公司還組建了廣東省科技專家工作站，通過產學研合作方式，以項目為紐帶，聚集業界專家開展共同研發，開發出更多科技含量更高、市場前景更為廣闊的智能傳感器，促進更多理論研究成果的轉化。

奧松電子以提供優質的產品與服務為己任，憑借產品性能可靠、測量精度高、抗干擾能力強的優勢，先后榮獲“國家專精特新小巨人”“高新技術企業”“廣東省科技專家工作站”“廣東省MEMS傳感器工程技術研究中心”“物聯之星”年度評選之最有影響力物聯網傳感企業獎等榮譽稱號。2022年中國創新方法大賽全國總決賽期間，奧松電子的“基于TRIZ為主的多方法融合的一種新型醫療用微型差壓傳感器的研制”參賽項目榮獲一等獎的殊榮。

奧松電子優質的產品質量，結束了我國溫濕度測量核心元件完全依賴進口的歷史。公司高性價比的產品贏得國內外廣大客戶的認可與信賴，客戶群體涵蓋國內外一線家電品牌，部分產品遠銷日韓、東南亞、南亞、歐美等國家和地區。