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近年来，国内芯片行业的制造工艺环节的落后人尽皆知。即使是芯片设计的部分国内龙头，也才刚刚冒头。而笔者恰好看到有一家公司被多位券商分析师冠以“唯一拥有芯片设计和制造工艺能力的上市公司”，顿时两眼放光，似乎看到了国产芯片全产业链崛起的萌芽。
今天，与非网通过分析这家公司——敏芯股份的主要产品结构及相关技术和数据，来还原这家MEMS传感器领域国产领头羊的全貌。
敏芯股份在2020年8月登陆科创板，主营业务为MEMS传感器产品的研发与销售。目前主要产品包括MEMS声学传感器、MEMS压力传感器、MEMS惯性传感器。敏芯股份公告显示，公司致力于成为行业领先的MEMS芯片平台企业。经过多年的技术积累和研发投入，公司在现有MEMS传感器芯片设计、晶圆制造、封装和测试等各环节都拥有了自主研发能力和核心技术。同时能够自主设计为MEMS传感器提供信号转化、处理或驱动功能的ASIC芯片，并实现了MEMS传感器全生产环节的国产化。
图1、图2显示，敏芯股份2018-2020年MEMS麦克风/声学传感器销量占比最大，且稳定增长，从2018年的2.3亿元增长至2020年的2.91亿元人民币，始终占据总营收的90%左右。同期，MEMS压力传感器增长可观，从2018年的1263万元增长至2020年的2988万元，营收占比也逐步提升，从2018年的5%到2020年的9%。而MEMS惯性传感器的销量在三年间几乎没有增长，甚至还略有下滑。直到2021销量突然激增，上半年的销量几乎达到之前一整年的销量。
图1 敏芯股份2018-2021上半年营业收入构成（单位：万元） 来源：与非网整理
图2 敏芯股份2018-2021上半年营业收入构成（单位：%） 来源：与非网整理
具体分析三大主要产品
一、支柱收入的声学传感器境况
图1显示，目前敏芯股份的产品中，仍然以MEMS声学传感器为主，占比近84%。 在MEMS声学传感器领域，该公司意在继续开发高信噪比、AOP更高的产品以适应智能手机、TWS耳机、智能家电应用等需求。在2020年敏芯股份完成了低应力SiN公益平台的搭建，有助于实现芯片的更高信噪比、更高可靠性以及更小面积。并且在该平台的支持下，后续芯片的研发周期也有望缩短一半。
表1 敏芯股份MEMS麦克风产品概述及应用领域 来源：来源：招股说明书
在提高芯片可靠性方面，敏芯股份通过完成对颗粒不敏感的前进音MEMS芯片的研发，将公司芯片的失效率由300ppm大幅降低至50ppm以下。另外，还推出了最小面积达0.6mm×0.6mm的MEMS芯片，模拟High-AOP和High-SNR芯片、SNR>65.5dB和AOP>127dB的数字芯片，ANC主动降噪应用芯片、超小型及侧进音、以及信噪比达到70dB的MEMS芯片。这些成果的展示表明了敏芯股份在提高性能、可靠性方向和优化成本的方向都做出了不懈努力。
另外，值得一提的是敏芯股份根据TWS耳机发展趋势，进行了基于自身技术基础的骨传导麦克风的研发，该方案与国外已有骨传导麦克风方案相比具有突出的优势。并且，相关的新开发骨传导传感器-MSB102S荣获“2021年中国IC设计成就奖之年度最佳传感器”。
根据Omdia《 MEMS 麦克风板块市场份额 2020》报告显示，2019年敏芯股份硅麦克风芯片的出货量已位列全球第三，成为仅次于英飞凌和楼氏的芯片厂商，但公司硅麦克风芯片的市场占有率（ 5.9%）相较于英飞凌（ 43.5%）和楼氏（ 39.8%）的市场占有率仍有较大增长空间。
图3 Omdia2019年MEMS声学传感器芯片出货量排行榜 来源：公司年报
图4显示，敏芯股份的声学传感器在销量逐年升高的同时，利润率却在持续下降，面临挑战。毛利率从2018年的45.33%，持续下降至2021年上半年的33.61%。这也印证了前两年TWS耳机火爆以后，整个市场逐渐趋于竞争白热化。尤其是中低端产品，率先进入价格战。多数产品为了销量而不断压价，导致利润率持续降低。敏芯股份的利润率下降或许也是源自于下游终端产品的激烈竞争。
图4 敏芯股份2018-2021上半年各产品品类毛利率（单位：%） 来源：与非网整理
二、压力传感器的境况
在MEMS压力传感器领域，敏芯股份开发了适合消费类SOI以及工控类的Si-Glass压力传感器工艺平台。在该平台基础上开发了尺寸1.0×1.0mm的全新血压计芯片，同时提高了良率指标，并在此工艺平台基础上还开发了适合工业应用的更高量程（1~3MPa压力）的压力芯片，后续还将在此平台基础上继续开发更多量程的压力芯片以满足不同应用需求。目前已完成了测试小于500Pa压力的微差压传感器的开发工作，该产品已应用于电子烟产品。
目前电子烟是通过气流传感器来感知使用者的抽吸动作。目前主流的产品方案为电容式咪头。因其工艺成熟、成本较低，而为大部分电子烟厂商的选择方案。但随着产品的发展其弊端也逐步显现。
图5 电子烟结构 来源：麦姆斯咨询
主要表现在以下几个方面：1、一致性——多零件组装，存在装配公差，不能保证出发压力的一致性；2、防油性——烟油或水汽进入电容膜片间隙，造成性能降低，严重情况甚至失效；3、SMT兼容性——需要手动焊接，影响效率。
而敏芯股份通过MEMS压力传感器来替代原有方案——1、通过单芯片进行差压检测，使得整机设计更加紧凑；2、采用背面式进气方式来达到防水防油效果；3、MEMS的微米级加工工艺使得期间差异性小，一致性得到加强，并且在出厂前还会进行校准测试来保证触发压力一致。目前，敏芯股份已在全球范围开发了包括流量计和流量开关在内的芯片，实现对高、中、低品牌电子烟市场的立体覆盖。
有分析师认为，该流量开关芯片在电子烟中的应用是颠覆性的，类似于在麦克风领域中，MEMS声学传感器大范围取代传统的主流驻极体麦克风。而电子烟市场近五年有超过20%的复合增长率，有望成为敏芯股份新的销量增长点，从而成为企业新的营收支柱。
根据图1可知，敏芯股份压力传感器的销量从2018到2020年销量大增，三年复合增速高达68%。2021年上半年销售额已达2080万元，从趋势来看2021全年大概率也有不错的增速。同时，除2019年外，压力传感器的毛利率近两年也在逐渐回升，从43.53%增长至48.47%。说明压力传感器在起量的同时，也有不错的利润空间，值得持续关注。
三、惯性传感器的境况
敏芯股份惯性传感器芯片的晶圆代工平台于2020年发生变化，当年完成了新的惯性传感器芯片工艺平台的导入工作，并持还处在续优化工艺和提升良率的过程中，计划在2021年全面建立并稳定惯性传感器芯片的工艺平台。同时，公司仍然完成了1mm×1mm加速度计传感器芯片的研发工作，并已开始陀螺仪的前道研发，未来将开展车用惯导模组的研发。
惯性传感器在2018至2020年度销量一直在900万上下波动，甚至略有下降。而至2021上半年已完成836万元的销量，出现跳跃式增长。同时，惯性传感器的毛利率持续攀升，从2018年的-4.47%（亏损）提升至2021年中的22.46%。虽然仍低于同期MEMS声学传感器的33.61%和MEMS压力传感器的48.47%，但随着工艺和良率的持续优化，以及产量的持续扩大，其毛利率也有望进一步提高。
表2 敏芯股份MEMS惯性传感器部分产品概述及应用领域 来源：招股说明书
四、其他传感器芯片
压感传感器芯片——敏芯股份是全球最早开发压感传感器芯片的企业之一。在Airpods带动压感传感器的应用之后，公司也顺势对原有压感传感器芯片进行了优化，并在TWS耳机上的产品应用进行定义。2021年上半年持续优化产品性能并配合客户进行验证。
流量传感器芯片及模组——敏芯股份建立了流量传感器芯片工艺平台，并在此基础上成功开发了大流量传感器芯片。目前已获得客户认可，并开始小批量出货，后续大批量量产可期。同时，小流量传感器及模组的研发也将逐步开启。
热电堆传感器芯片及阵列——敏芯股份预期热电堆传感器芯片在消费电子领域会产生新的应用场景，因此搭建了热电堆芯片工艺平台，目前已小批量出货。
以上是关于敏芯股份各主要产品及近期即将量产产品的境况简述。同时，公司在MEMS微流控芯片及MEMS光学传感器方向还有一些技术储备及预研工作。其中MEMS微流控芯片主要涉及喷墨打印头、医药相关市场国产替代的需求及IOT领域的一些应用场景。MEMS光学传感器则在MEMS微振镜及激光雷达系统产品方面或有理想的应用场景。
纵观MEMS各大国际龙头，博世、意法半导体、英飞凌等均采用IDM模式。而在敏芯股份看来，国内MEMS芯片企业由于在发展初期普遍受限于资金，多采用Fabless模式。但由于中国是消费电子、汽车、工业制造的主要集中地，因此中国MEMS芯片企业可以与下游市场建立更为紧密的联系。从而使得中国MEMS芯片企业在紧贴下游的服务意识和服务半径方面存在一定优势，对新市场需求的响应也会更快些。
图6 MEMS传感器产业链 来源：招股说明书
公司公告显示，敏芯股份采取了专注于MEMS传感器芯片设计和部分封测环节，而晶圆制造和封装环节主要由第三方半导体制造厂商完成。公司2019年新设子公司德斯倍，自建封装产线，该生产基地主要包括封装和测试生产线。至2021上半年，子公司开始贡献封测产能，但晶圆制造和部分封装等主要生产环节仍由专业的晶圆制造和封装厂商完成。公司与中芯国际、华润上华和华天科技等行业内主要的晶圆制造厂和封装厂均建立了长期合作关系。公司经过十余年的研发和积累，在各条MEMS产品线的芯片设计、晶圆制造、封装和测试等环节都拥有了自己的核心技术。
由于MEMS传感器的应用场景多样性，以及MEMS本身属于极微小型的机械系统，因此公司需要定制化开发晶圆和传感器成品的专业测试设备系统和测试流程。除了将部分测试环节在对设备进行加密后外协至测试供应商以外，公司保留了部分较为关键的测试环节和测试项在内部完成。这也是公司自建封测产线的原因之一。
结语
在产品结构上，敏芯股份营收最主要的部分——MEMS声学传感器在销量增长的同时，面临利润率下降的挑战；MEMS压力传感器和MEMS惯性传感器则在销量增长的同时，利润率不断改善，有较大上升空间；另外还有部分产品即将起量或有较深的技术布局。在国产MEMS传感器领域，敏芯股份确实是为数不多的掌握多元MEMS传感器技术全环节的公司。
在生产模式上，根据敏芯股份公告所述，公司还是Fabless模式而非IDM。号称拥有相关环节的工艺能力，但并未事事躬亲。除了制造和封测环节投入大以外，早期产品销量规模受限也是原因之一。目前除了新建的封测产线已经满产以外，在晶圆制造环节已经和中芯国际、华润上华等业内主要的代工厂深度合作。虽然离真正的IDM还有不少路要走，但已经是不折不扣的“准IDM”。或许在不久的将来，就可以看到敏芯股份补上晶圆制造这一环节，成为真正的IDM厂商。
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