方法助力 智造“中国芯”

文/本刊记者 段永利

广东赛区

广州奥松电子股份有限公司

传感器是物联网、人工智能、5G等新一代信息技术的感知基础和数据来源，但目前国内90%的传感器芯片依赖进口，高端传感器芯片更是几乎全部依赖进口，严重制约了中国传感器产业的发展，也限制了尖端科技的发展。

广州奥松电子股份有限公司（以下简称“奥松电子”）是MEMS领域集芯片设计、芯片制造、封装测试、终端应用为一体的智能传感器全产业链（简称MEMS IDM）国家专精特新“小巨人”企业，拥有粤港澳大湾区先进制程传感器芯片制造和封装测试量产线，已研发的30多个系列产品在产品尺寸、性能、封装工艺等各方面达到了国外同类产品的技术水平，实现了国产替代，缓解了国内传感器严重缺“芯”的局面。

勇于担当 “啃”最难啃的硬骨头

奥松电子高度重视自主研发能力，成立伊始，公司便成立了研发中心，目前拥有一支近200名工程师的专职研发团队，近五年来年均研发经费投入占营业收入总额的20%以上，近三年累计研发出了30多项新产品。

然而，2020年突如其来的新冠肺炎疫情打乱了产业发展的步伐。疫情当下，美国、日本、德国等国家采取了严重的技术封锁，限制多项传感器相关技术的出口。而我国生产呼吸机、麻醉机的关键传感器长期全部依赖进口，面对来势汹汹的疫情，国内核心关键传感器一度短缺，严重限制了疫情期间必需品呼吸机、麻醉机的产能。

紧急关头，奥松电子集全公司之力成立了医用传感器攻关团队，在复工复产极为艰难的情况下，调配所有资源攻克新型医疗用微型差压传感器的研制。

创新不是一件容易的事，奥松电子遇到不止一道难关。

医疗用微型差压传感器作为方舱医院的核心，要保证方舱7天每天24小时产生负压效果，阻隔污染区与洁净区，牢牢锁住病毒不扩散，需要检50帕下的差压。而一只蝴蝶煽动翅膀就可以带来150帕的压力变动，这一研究在当时是世界级技术难题；关键传感部件需要MEMS特色半导体生产线作为支撑，而国内半导体制造产业基础薄弱，研发技术和制备工艺条件均受到国外的技术封锁与行政限制，组建智能传感器的核心芯片生产线在国内还是一片空白；在微型差压传感器的实际研发过程中，奥松电子研制出的首批差压传感器芯片在0至50帕小量程却无法满足6毫伏以上的电压变化量，灵敏度低，如何在不增加核心芯片尺寸的前提下能尽快投入到当时的医疗设备应用中，如何把项目研究及量产的成本控制在预期的范围内？

创新方法 攻克“卡脖子”难题

难题当前，方法为先。

面对项目中的难题，公司创新团队查询了发达国家的先进专利182项，均在125帕以上量程。在没有研究材料参考的情况下，如何快速突破技术研发出50帕以下的微差压传感器是首要攻克的难关？

公司董事长兼首席技术专家张宾亲自主持该项目的研发，邀请半导体芯片专家进行技术指导。经过多次开会讨论，最终借助“IFR最终理想解”的方法，将要实现的最终目标、理想结果、所需资源、存在的障碍一一列出，并分析避免障碍所需的条件，形成初步的概念方案。然后再利用功能分析法、因果链分析法，通过以往产品大量工艺验证数据，分析生产过程中添加材料的分量和顺序、刻蚀的方法等因素对产品结果的趋势分析，找到影响产品质量的关键问题：悬膜膜厚过厚、工艺制程深宽比不足、电阻间距大、电阻温度系数低、电阻镀膜不均匀、垂直刻蚀精度差，并将电阻间距大、悬膜厚度过厚、工艺制程深宽比不足三个问题定位为最核心的问题，为未来项目研究的重要评判标准。

至于MEMS工艺难题，奥松电子之前多次与国内外专家交流学习，建成了先进的MEMS半导体智能传感器特色芯片生产线，已涵盖晶圆清洗、宣图光刻胶、显影、干法刻蚀、晶圆抛光、晶圆切割、封装等工艺流程。随着研发产品类型的不断扩充，还在陆续购买不同的工艺设备，努力打造出国内领先的MEMS半导体传感器集成电路全产业链。这也为微型差压传感器项目的研发提供了必要的工艺实践条件。

为了解决工艺过程中悬膜厚度过厚、电阻间距大等工艺难点，创新团队先后利用九屏幕、资源分析、STC算子、物理矛盾等创新方法进行分析，得出27种理论解决方案，然后邀请集成电路半导体行业专家，对这些概念方案从可行性、可靠性、成本三个维度进行综合评价得到7个最终实施方案。

经过实际工艺过程的试验，形成了最终方案。团队采用DRIE深硅刻蚀工艺，优化光刻版图，增加复合基底，调整参数进行流片，由此得到的微型差压传感器在0至50帕量程内可精准检测出6毫伏以上电压的变化量，尺寸缩小40%以上，成本相比进口产品减少20%，彻底打破了国外对我国医用传感器的技术垄断。该产品经过两个月的不断改进研究，终于打破国外技术垄断，实现了量产，目前在国内多所医院的医用设备中已成功应用，解决了呼吸机等医疗设备中缺少关键零部件的问题。

通过创新方法的运用，奥松电子启动了8英寸MEMS特色芯片生产线的建设，多款MEMS智能传感器芯片均属于科技前沿的产品，可面向全国提供全方位服务的一站式MEMS特色芯片解决方案。其中，奥松电子研发的温湿度传感器、气体流量传感器、液体流量传感器、差压传感器、气体传感器、氧气传感器、水蒸气传感器、二氧化碳传感器、PM2.5传感器、X射线传感器均已成功进行成果转化，为粤港澳大湾区发展智慧医疗、新能源汽车、人工智能、物联网、智慧安防、智能家电等新一代信息技术领域提供了硬件技术支撑，实现国产替代进口，缓解我国智能传感器关键技术被“卡脖子”的现状，保障国家关键零部件供应链安全。

创新理念 构建全新管理模式

在当今复杂的国际环境下，集成电路技术进一步受到限制和封锁，作为智能传感器全产业链企业，奥松电子的创新步伐一刻没有松懈。

研发团队正在进行技术探讨

公司每年邀请创新方法专家对团队进行多次专题培训，通过创新方法培训，进一步增强了企业科研人员对TRIZ理论的深刻认识，助力公司不断增强自主创新能力，加快产业核心技术攻关，实现更大效率的创新和突破。为提高全体科研人员的创新意识和热情，公司还制订科研创新奖励制度，鼓励公司员工利用现有平台和技术资料，开展创新性研究并申请专利。2022年以来，公司已开发20多个研发项目，申请50多项专利，其中发明专利25项。通过奖励制度的实施，几年间，奥松电子的传感器研发速度得到快速增长，已有几十款新产品进入市场。

此外，奥松电子还非常重视高端人才的引进，目前已获批建立了“博士后科研工作站”，积极引进博士人才，为公司产品研究提供新的思路和方向。公司还组建了广东省科技专家工作站，通过产学研合作方式，以项目为纽带，聚集业界专家开展共同研发，开发出更多科技含量更高、市场前景更为广阔的智能传感器，促进更多理论研究成果的转化。

奥松电子以提供优质的产品与服务为己任，凭借产品性能可靠、测量精度高、抗干扰能力强的优势，先后荣获“国家专精特新小巨人”“高新技术企业”“广东省科技专家工作站”“广东省MEMS传感器工程技术研究中心”“物联之星”年度评选之最有影响力物联网传感企业奖等荣誉称号。2022年中国创新方法大赛全国总决赛期间，奥松电子的“基于TRIZ为主的多方法融合的一种新型医疗用微型差压传感器的研制”参赛项目荣获一等奖的殊荣。

奥松电子优质的产品质量，结束了我国温湿度测量核心元件完全依赖进口的历史。公司高性价比的产品赢得国内外广大客户的认可与信赖，客户群体涵盖国内外一线家电品牌，部分产品远销日韩、东南亚、南亚、欧美等国家和地区。