奏响国产替代主旋律，压电MEMS驶入发展“快车道”
2022-01-16 15:20:41   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

近年来，在市场需求与技术迭代的双重驱动下，压电MEMS产业迅猛发展。尤其随着压电技术与MEMS/CMOS等工艺集成的不断升级创新，射频滤波器、压电超声波换能器、压电麦克风和MEMS微镜等小型化器件开始逐渐成为5G通信、智能语音、消费类电子设备、汽车和医疗等应用的新宠，且增长势头不断看涨。纵观全球格局，在中美科技竞争大环境和全球疫情的叠加影响下，国内各大厂商也开始发力，积极在高端压电器件领域强化布局，不断提升自主研发能力和全产业链综合实力，希望在国产替代的主旋律下，脱颖而出，快速崛起！

2021年12月9日，麦姆斯咨询联合上海科技会展有限公司，特别策划举办了『第三十二届“微言大义”研讨会：压电MEMS和传感器』，本届研讨会因为新冠疫情影响，改为线上直播形式与众多业内人士“见面”。

来自中科院上海微系统所、芯云纳米、武汉敏声、诺思微系统、信唐智芯、上海微技术工研院、知芯传感、西安电子科技大学、奥飞声学、上海交通大学、茂丞科技、美题隆（Materion）和奥迪威的嘉宾在本次线上直播研讨会中发表了精彩演讲。

公开版演讲报告下载地址：https://www.memseminar.com/32/

1. 中科院上海微系统所《基于单晶压电异质衬底技术的5G射频滤波器》

中科院上海微系统所研究员欧欣演讲内容概览

目前，在5G移动通信系统中一个亟待解决的关键环节是高频率、大带宽、低损耗、小温漂系数、大功率容量以及高集成度的高性能射频元器件。欧欣研究员认为，除了在射频器件结构设计和工艺优化以外，衬底材料的创新是至关重要的一环，通过单晶压电薄膜异质集成技术，可有效实现声波传输能量的局域化，避免高频的能量损耗问题。目前，欧欣研究员领导的团队正在积极探索，利用异质集成技术，将LiNbO₃/LiTaO₃单晶压电薄膜与高声速、高导热衬底结合，进一步提高射频声表面波（SAW）滤波器的工作频率和综合性能，为5G、6G通信高性能滤波器开辟一条全新的技术路线。

2. 芯云纳米《薄膜型声学滤波器最新进展及技术展望》

芯云纳米技术总监陈涛演讲内容概览

薄膜型声学滤波器是借助MEMS技术和薄膜技术制造而成，可与RFIC和MMIC集成，在成本与性能方面具有显著优势。陈涛博士对比分析了SAW、TE-SAW、BAW-SMR、FBAR的特点与性能优势，从POI衬底、POS衬底、SiC衬底外延AlN-Sc、铁电FBAR、LT基FBAR等方面分享了薄膜型声学滤波器的最新进展，并针对典型TF-SAW滤波器和FBAR滤波器的设计、制造及关键工艺做了详细介绍。陈涛博士认为，若想在薄膜型声学滤波器技术及工艺方面更上一层楼，需要重点关注两方面：一是高质量薄膜淀积，通过调控薄膜厚度、界面层等，获得不同压电性能的PZT薄膜；二是选择合适的膜层结构，综合考虑不同膜层的应力梯度和热应力，通过应力匹配实现空腔型滤波器结构的稳定与可靠性。

3. 武汉敏声《射频谐振器和滤波器研究现状与进展》

武汉敏声副总经理兼首席技术官孙博文演讲内容概览

作为国内射频滤波器领域新崛起的IDM公司，武汉敏声在滤波器结构设计、工艺制程、电子封装、单片集成等方面拥有多项自主核心技术。在本次报告中，孙博文博士重点分析了射频压电薄膜材料、器件制备的关键工艺，以及射频谐振器与滤波器的的设计方法。谈及新技术项目的进展，孙博文博士表示，武汉敏声正在加速正向开发IP技术能力，以提升其IDM竞争优势。另外，在核心技术研发方面，武汉敏声已完成无寄生模态和高填充率谐振器和滤波器结构设计，突破了薄膜体声波滤波器的技术壁垒，依托该技术的多款首发5G滤波器也满足了小型化、高性能的应用需求。下一步，武汉敏声将加快高端滤波器研发生产步伐，为抢占5G、6G无线通讯赛道打好基础。

4. 诺思微系统《5G射频前端中的声学射频滤波器BAW的开发与应用》

诺思微系统市场技术经理翟国祥演讲内容概览

翟国祥经理介绍了诺思微系统在声波射频滤波器领域内的积累和前沿探索，经过近10年的潜心研发，诺思微系统已建立一条拥有自主知识产权的BAW滤波芯片专用生产线，并在BAW领域开创了全新的ICBAR技术路线。翟国祥经理介绍到，其公司开发的IDM模式具有独特的技术优势，产品种类丰富，可全面覆盖4G、5G频率，实测比肩美、日一线竞品的产品性能。目前，诺思微系统已研发完成下一代更低成本、更高性能、更小尺寸的BAW滤波器解决方案，并规划进一步扩充全链条产能。遵循创新的ICBAR高端技术路线，诺思微系统将为5G时代提供更佳的射频滤波解决方案。

5. 信唐智芯《5G n77、n79射频滤波器及其解决方案》

信唐智芯联合创始人兼首席技术官高安明演讲内容概览

5G网络建设对5G n77、n79射频滤器提出了严峻的挑战，特别是挖掘5G高数据速率应用方面，高性能5G n77、n79滤波器将对于缓解4G、WiFi及其三者自身之间的相互干扰发挥至关重要的作用。针对当前的技术壁垒，高安明博士分析了迄今已有的五种性能提升解决方案，包括基于集成无源器件（IPD）、铌酸锂薄膜的XBAR、LTCC、LTCC+FBAR/BAW、Laminate PCB+FBAR/BAW、IPD+FBAR/BAW滤波器技术。高安波博士认为，借助LTCC、IPD、Laminated PCB、SMD、BAW等技术组合，将能够有效实现更成熟的掺杂技术（Sc=20% now or新型掺杂材料），更高的Q值IPD（Q=40~50@5GHz now），以及新型滤波电路结构和新型谐振器技术，进而推动高性能5G n77、n79滤波器方案落地实施。

6. 上海微技术工研院《压电MEMS流速与水听传感芯片的产业化》

上海微技术工研院先进声学组总监娄亮演讲内容概览

娄亮博士介绍了上海微技术工业研究院（SITRI）在智慧水务方向的相关传感器开发和布局，以及面向管道检漏的压电MEMS流速与水听传感芯片的产业化进展方面。目前，上海微技术工研院依托氮化铝（AlN）工艺平台，已研发出成熟稳定的加工艺，其研发的水听器芯片具备低成本、高灵敏度、小型化、便于阵列等优势，可提供完整的物联网解决方案，该产品已实现月产十万级别，可满足量产需要。其研发的流速芯片也已进入中试阶段，可轻松满足百万台超声水表芯片生产需求。娄亮博士称，未来，上海微技术工研院将与系统方案商和需求方达成更广泛的合作，共同实现智慧水务相关芯片国产替代和超越的目标。

7. 知芯传感《PZT压电驱动MEMS微镜》

知芯传感总经理陈巧演讲内容概览

目前，市场上实现激光雷达系统技术的解决方案众多，不过各种方案都有优缺点，如何在成本、性能方面完全满足多种应用是最大的难点。陈巧博士称，知芯传感的方案是利用MEMS微镜扫描替代传统机械旋转式扫描，基于PZT压电薄膜驱动制作工艺，解决了传统MEMS微镜响应速度慢，以及镜面尺寸和转角等问题。为了解决压电材料制备的工艺难点，知芯传感专门设计了一种对称折叠梁结构（Bimorph），采用新结构的芯片，驱动效率显著提高，可实现更大扫描角度>90°，且芯片占空比高、谐振频率>1500Hz，与市场上同类MEMS微镜相比，知芯传感的产品在良率和稳定性方面都略胜一筹，能够有效满足激光雷达的多样化需求。

8. 西安电子科技大学《高品质晶圆级铁电薄膜的溶胶凝胶法批量化制备及其MEMS器件应用》

西安电子科技大学教授彭彪林演讲内容概览

铁电薄膜作为重要的功能材料，是近年来高新技术研究的前沿和热点之一。相比于磁控溅射、脉冲激光沉积、原子层沉积等制备方法，利用溶胶凝胶法制备的铁电薄膜在成本、重复性、均匀性、制备效率、量产化、应用潜力等方面都具备空前的优势。彭彪林教授介绍说，在过去十年时间，其研究团队专注铁电薄膜研发制备，经历了超过六千万次试验，投入超五千万，实现了高品质晶圆级铁电/压电薄膜的溶胶凝胶批量化制备技术，其产品具备超高的击穿电场与绝缘性，薄膜晶圆径向厚度差小于2%，且可根据客户要求进行成分、结构以及性能定制，目前已实现小批量生产。谈及未来发展，彭彪林教授表示，他们将比肩福耀玻璃的创业理念，“一辈子只追求做好一块铁电薄膜”，为铁电薄膜事业倾尽毕生精力！

9. 奥飞声学《高频超声换能器及超声显微镜应用》

奥飞声学联合创始人兼产品总监安志武演讲内容概览

高频超声换能器是超声显微镜的核心器件，在无损检测、生物医学等领域有广泛的应用。安志武博士以水浸式聚焦超声换能器为例，展示了超声波的传播、反射、散射等现象，并从薄膜制备、MEMS工艺、压电材料等方面对高频超声换能器进行了分析。接着，安志武博士分享了超声无损检测和成像的原理，以及超声显微镜在IC芯片检测等领域的应用案例。作为一家成立不到5年的MEMS初创公司，奥飞声学在声学MEMS传感器、芯片设计技术以及多材料、多规格、高性能压电薄膜制备技术方面已实现了多项创新突破，并于2021年下半年获得了数千万元Pre-A轮融资。未来，奥飞声学将在高性能压电薄膜芯片和声学MEMS器件领域，继续拓展，加快研发技术迭代和产品产业化落地。

10. 上海交通大学《面向医学成像的MEMS压电超声换能器（PMUT）》

上海交通大学博士后王续博演讲内容概览

MEMS压电超声波换能器依托其小型化、低成本和高集成度等优势，正在以惊人的速度成长，并且有望在所有压电薄膜器件中，成为继射频滤波器之后的第二大市场霸主。目前，王续博博士所在的研究团队汇集了上海交通大学、复旦大学等专家，正在积极开展基于MEMS压电超声换能器技术的超声探头的探究与开发工作。他介绍了其团队在高频MEMS压电超声换能器工艺设计开发、芯片封装与测试电路搭建、器件性能表征等方面所开展的工作与成果。后续王续博先生所在的科研团队将依托复旦大学MEMS加工与测试平台，并在地方政府的资金扶持下，继续全力推动高分辨率导管式超声成像探头的产业化。

11. 茂丞科技《氮化铝（AlN）超声波ToF传感器及系统的商业化应用》

茂丞科技总经理邱奕翔演讲内容概览

2021年7月份，茂丞科技发布了全球首款JMS812阵列式氮化铝（AIN）超声波芯片，该款超声波模块体积为15mm x 13mm，可以实现50cm的测距范围和1mm的精度，目前产品已实现量产销售。邱奕翔博士称，相较于市场上其它超声波传感器商用解决方案，茂丞科技的超声波传感器尺寸更小且易于安装、识别准确率高、接口简单，具有广阔的市场前景。眼下，茂丞科技将努力抓住扫地机器人传感器的快速增长机遇，与传感器模组厂合作，构建软、硬件相结合的完整解决方案，不断颠覆扫地机器人相关核心技术，为客户带来更好的性能体验。未来，茂丞科技还将积极向电子烟、手机/TWS耳机/智能眼镜、触控、手势滑动等创新应用市场拓展。

12. 《Materion先进材料在MEMS和传感器领域的应用》

美题隆（Materion）中国区材料应用开发负责人言智演讲内容概览

美题隆（Materion）是一家有百年历史的全球制造公司，在MEMS和传感器新兴材料、合金靶材及客户定制材料等方面，拥有丰富的开发和应用经验。言智博士在报告中重点介绍了射频滤波器和压电器件的核心材料——铝钪溅射靶材，分析了该靶材在压电MEMS市场的应用，以及该材料属性对器件性能的改善，并分析了磁性材料在下一代磁性器件的应用及前景。此外，言智博士分享了微电子封装材料在传感器中的应用，以及Materion在新兴材料开发方面的经验。目前，Materion的铝钪溅射靶材已经实现商业化，随着AlScN压电薄膜技术的发展，高Sc含量的AlScN压电薄膜将应用于更多新型功能器件，并实现更广泛的商业化拓展。

13. 奥迪威《无人智能车一站式避障解决方案——超声波雷达》

奥迪威产品经理李泊霖演讲内容概览

随着仓储、环卫、运输等领域人力成本的不断提升，智能无人车（AGV）以其作业时间长、作业频次高、维护成本低等优势成为备受瞩目的焦点。针对智能无人车的避障策略，李泊霖经理分享了奥迪威以超声波雷达为核心硬件，所打造出的360°全方位、24小时全时段作业的解决方案。李泊霖经理称，奥迪威无人智能车一站式避障解决方案的先进性在于，其研发的超声波传感器信号能够直接接入域控制器，无需传统独立PDC主机，既能降低成本，又能延拓搭载激光雷达、视觉传感器等多传感器，其数据融合集成度更高，能够为无人车的智能控制提供了更全面、更准确的决策基础。

结束语

展望未来，在新材料、新技术、新市场的推动下，压电技术与MEMS的融合必将为MEMS产业带来新的革命性的变化。随着高性能压电材料及压电器件国产替代号角的吹响，国内创新创业公司也将在这个充满机遇、活力四射的市场中，呈现旺盛的生命力，为我们带来更多惊喜的突破。未来可期！