集微網消息 如今的MEMS晶片及傳感器市場，除了歷史悠久的國際品牌，許多中國初創晶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晶片及傳感器領域起步較晚，但卻走出了一條不同於其他企業的自主創新之路。
自創立以來，西人馬始終立足於感知與人工智慧的核心技術的研發，通過持續、大幅度的投入，每年以幾百項專利的速度快速遞增。持續的研發投入也帶來了豐碩的成果，目前西人馬在MEMS晶片與高端傳感器領域已擁有先進的自主研發技術、檢測設備和生產製造基地，具有強大的生產能力以及滿足客戶個性化需求的訂製能力。
近日，集微網記者有幸受到西人馬公司的邀請，得以探秘其先進的晶片及傳感器生產車間，該車間不僅擁有晶片的加工能力，還具備全套規範的傳感器性能與可靠性檢測能力，可為客戶提供高品質、高良率、高效率的服務。
智造驅動企業高質量運行
據介紹，西人馬公司MEMS晶片及傳感器生產線車間，配備8英寸向下兼容6英寸的MEMS智能傳感器晶片產線和中國先進的MEMS器件加工平臺，擁有6000平方米的高等級潔淨車間，具備深矽刻蝕、鍵合、光刻、原子力顯微鏡、掃描電鏡等先進的製造、封裝與檢測設備，具備一體化的量產能力。
集微網記者走進西人馬MEMS晶片無塵車間，看到一臺臺高科技設備開足馬力運轉，設備上閃爍的燈光提醒著人們，生產線正忙碌著。
在工作人員的帶領下，首先來到刻蝕車間，在MEMS晶片製程中，刻蝕就是用化學的、物理的或同時使用化學和物理的方法，在光刻的基礎上有選擇地進行圖形的轉移，其工藝水平將直接影響到最終產品質量及生產技術的先進性。「這臺PT-4設備使用ICP（電感耦合等離子體）來實現刻蝕，鈍化沉積和刻蝕交替進行，快速形成一個垂直的側壁，具有高選擇比和高刻蝕速率，廣泛運用於我們的MEMS晶片上。」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、化學氣相沉積等工藝將所需物質鋪蓋在基片的表層，根據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）是當前國際上廣泛應用的一種先進的表面處理技術，其工作原理就是在真空條件下，採用物理方法，將材料源——固體或液體表面氣化成氣態原子、分子或部分電離成離子，並通過低壓氣體（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。而化學氣相沉積(CVD)是指化學氣體或蒸汽在基質表面反應合成塗層或納米材料的方法，是半導體工業中應用最為廣泛的用來沉積多種材料的技術，包括大範圍的絕緣材料、大多數金屬材料和金屬合金材料。
PVD機臺電子束蒸鍍
據現場工程師介紹，PVD設備可以在矽片表面沉積金屬膜層，經過光刻和刻蝕後形成金屬線路。該設備的優點主要是成膜速率快、成膜質量好、人機互動非常便捷、工藝便於控制等，可沉積包括金、鈦、鋁、鎳、銅和鉻等常用半導體材料。
PECVD（化學氣相沉積）設備
而PECVD（化學氣相沉積）設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，被激發成等離子體，等離子體在腔體中經過一系列的碰撞反應生成新的材料，該設備可以沉積氧化矽、氮化矽等材料，具有成膜均勻性好、工藝便於控制、設備的人機互動便捷等優勢。
左：ASML光刻機 右：塗膠機
接下來，記者跟隨工作人員來到黃光車間，該車間完全採用黃色光源，以減少照明對光刻生產的影響。光刻是平面型電晶體和集成電路生產中的核心工藝，可以將晶片設計的圖形轉移到襯底表面。光刻機的解析度直接決定了晶片可以做到的尺寸，是整條工藝線的重要指標，這與晶圓的集成度大小直接關聯。
相較於國內其他MEMS企業，西人馬的光刻技術處於較先進的水平。據了解，西人馬公司近期引進了ASML光刻機以及日本的自動塗膠機和顯影機。自動塗膠機的作用是將光刻膠均勻塗到晶圓表面上，以方便後面的曝光顯影。而光刻機是將塗完膠的晶圓通過曝光將掩模版上的圖形轉移到WAFER表面。最後經過顯影，在Wafer表面形成最後的圖形。
鍵合機
而鍵合作為MEMS晶片工藝中的一項重要封裝技術，是實現晶片與環境之間的有機交互與隔離，從而在保證晶片功能實現的情況下，起到保護晶片、提高可靠性的作用。目前西人馬車間內主要用到兩種技術，一種是陽極鍵合，另一種是矽矽鍵合。陽極鍵合是把玻璃跟矽結合在一起的一種技術，而矽矽鍵合技術即在高溫條件下將矽與矽直接結合在一起的一種技術。壓力晶片依據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品質量的管控。西人馬利用掃描電子顯微鏡(SEM)對MEMS器件關鍵工藝的微觀形態進行測試、分析，實現SEM對MEMS的有效測量和工藝驗證。在質量車間，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，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，然後通過連接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，它的解析度可以達到原子級別。
除了先進的MEMS晶片製造工藝外，晶片產能也有大幅度提升。據西人馬晶片車間負責人介紹：「晶片共有光刻、薄膜、擴散、刻蝕和封裝5個車間，一天的產能可以達到20萬個傳感器晶片。」
通過參觀了解，西人馬公司具備完善的晶片製造設備、檢測設備和完整的傳感器封裝及測試設備，擁有晶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。
嚴守產品質量關
西人馬作為一家具備晶片和傳感器材料合成、晶片設計、製造、封裝和測試全方位能力的公司，其研發人員90%以上為碩博士。高層次的人才、先進的設備、嚴謹的工藝流程和嚴苛的生產標準保證了西人馬公司產品的優異性能。採訪現場的產品測試也驗證了西人馬公司自主研發產品的可靠性。
西人馬品質總監Dr.Xu
據西人馬品質總監Dr.Xu介紹，西人馬引進了GE高精度壓力源設備以保證傳感器的出貨品質。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、重複性，最後可以得到傳感器的綜合精度。
DC Power
根據現場工程師的測試，記者看到，西人馬的壓力傳感器是經過一系列不同壓力測試之下得到的綜合精度結果。目前西人馬壓力傳感器的綜合精度可以達到±0.1%，已經達到國際水準。
現場測試
為了保證產品的可靠性，傳感器需經過不同溫度的高低溫循環箱，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品品質把關環節。可以看出，西人馬公司的傳感器產品不僅具有非常優異的性能，同時其生產工藝品控標準都能夠達到業內一流水準。
同時，全方位的檢測手段也是保障西人馬傳感器產品質量的最堅強後盾，使每個產品真正面向市場之前，都確保質量完全達標，這也是西人馬傳感器產品受到客戶青睞的重要原因。
踐行工匠精神，為用戶創造價值
生產設備先進與否能夠影響產品品質，但是決定產品品質最關鍵的因素還是人。自成立以來，聶泳忠博士與西人馬團隊一直堅持著一絲不苟、精益求精的工匠精神。而這樣的工匠精神，也體現在西人馬日常生產和管理的方方面面，包括對產品設計獨具匠心、對質量精益求精、對技藝不斷改進、對製造一絲不苟、對產品追求極致、對產業專注堅持的精神。
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」——熱電堆晶片，更是出現了供不應求的局面。為了緩解這一現象，西人馬研發團隊全力以赴，夜以繼日地研發生產紅外熱電堆晶片。
在研發期間，聶泳忠博士是在生產車間度過的，每天睡兩個小時，只為優質晶片儘快投入到抗疫前線。不過，令他頗感意外的是，產品交付不久，就收到一位來自深圳客戶的反饋：「當西人馬產品裝配到額溫槍上，在幾乎沒做調試的情況下，測溫解析度達到±0.1℃。」
即便是國外進口的產品，也會存在0.3℃的誤差，可西人馬卻做到了0.1℃，遠優於進口水準。這個消息流出不久，業界炸鍋了，西人馬瞬間成為額溫槍市場上的「黑馬」。
爆紅背後，是聶泳忠博士與西人馬團隊始終堅持自主研發、精益求精、用工匠精神不斷打磨的結果。
而在生產製造環節，西人馬的每一位員工也秉承著工匠精神，不斷提高自身的業務水平，為企業把好品質關。無論是產品生產還是產品質量把控，只要有疑問就會查找問題並逐一解決。可見，打造高品質傳感器產品並非只是個人的事情，需要團隊精誠協作才能做到最好，目前西人馬每個員工都非常重視產品品質，並且落實到了工作中的每一個細節當中。
優異的產品品質是西人馬高速前進的基石，而先進的MEMS晶片生產製造技術、領先的質量運營體系以及融化在員工血液中的工匠精神則是構成這塊基石的基本元素。西人馬通過對產品品質的堅守和傳承也贏得了客戶的認可，並推動了企業的高質量發展。
除了生產和品控環節，研發也是西人馬立足行業的根本。自主研發是西人馬一直以來堅持的原則。長期的技術積累帶來的優勢不僅為西人馬給客戶提供高質價廉的產品帶來了可能性，也讓西人馬有更充裕的精力積極進行研發投入，這是一個良性的循環。
目前，西人馬的研發團隊正在快速擴充，2019年研發投入佔總營收比超過30%，預計2020年的研發仍將保持高比例投入，研發成本給西人馬帶來了一定的壓力，但也因為持續高額的研發投入，才讓西人馬擁有比競爭對手更好的產品。
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行業客戶群體中，主要以民用航空、軌道交通、船舶、科研計量、精密加工為主，佔比近70%~80%。隨著西人馬不斷進行產品線經緯度的延伸，各種產品在新行業的應用場景也會越來越多。
西人馬所有新產品在開發時均會針對行業應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。
（校對/範蓉）