为贯彻落实中国制造2025、制造业与互联网融合发展、大数据等国家战略,把握新一代信息技术深度调整战略机遇期,提升智能传感器产业核心竞争力,保障国家信息安全,2017年11月23日工业和信息化部按照《国家集成电路产业发展推进纲要》要求,结合《加快推进传感器及智能化仪器仪表产业发展行动计划》,制定了《智能传感器产业三年行动指南(2017-2019年)》。《行动指南》支持建设国家及省级智能传感器创新中心,依托基础条件较好的科研院所和骨干企业,以资金或知识产权入股形式合资设立独立的法人主体,形成一批具有知识产权和核心竞争力的关键技术成功,培养一批复合型新人才骨干,核心器件设计与制造技术达到国际水平。

 

作为中国三大传感器研发制造基地之一,蚌埠拥有中国兵器工业第二一四研究所、希磁科技、北方芯动联科等一批智能传感器研发设计制造企业,组建MEMS联合工程实验室等一批省级以上重大研发工程,成立了安徽省智能传感器产业创新联盟。

 

顺势而为,依托“安徽省智能传感器制造业创新中心”平台,2019年11月,由中国兵器工业第二一四研究所牵头,联合清华大学精密仪器系、上汽集团技术中心、中科院苏州生物医学工程技术研究院、安徽合力集团公司、安徽芯动联科微系统股份有限公司、合肥微纳传感技术有限公司、安徽奥弗医疗设备科技股份有限公司、安徽宏实自动化装备有限公司、杭州炽橙数字科技有限公司等单位共同组建“智能传感器制造业创新联盟(中心)”。

 

据智能传感器制造业创新联盟理事单位中国兵器工业第二一四研究所相关人士介绍,智能传感器产业是国民经济和社会发展的基础性产业,与集成电路产业相互支撑共同决定了国家的核心竞争力和国际地位。我国智能传感器的研发体系中,各个研发机构长期处于各自为政的情况,重复研究的情况屡见不鲜,不仅浪费了资源,也导致了新技术研发周期的延长,缩减了新技术能够产生的经济和社会效益。创新联盟的成立,可以汇聚各方资源,优化资源配置,建立研发快速响应机制,吸引国内外的高端人才,最大限度的利用有限的资源产出最大的效益,加强产学研合作,从技术根源上彻底打破西方国家对我国智能传感器领域的技术封锁,对我国传感器核心技术的发展起着巨大的推动作用,将进一步提升安徽省乃至国家的智能传感器创新能力,进一步提升我国核心技术的国际竞争力,实现智能传感器自主可控。

 

智能传感器制造业创新联盟成立一年多来,取得了哪些重大进展,芯思想研究院为此专程拜访了联盟,获取了第一手的信息。

 

创新联盟自2019年成立以来,以中国兵器工业第二一四研究所为核心,依托该所6英寸0.5μm半导体工艺线、6英寸MEMS工艺线、光电器件工艺平台、硅基太赫兹IMPATT(雪崩二极管)芯片工艺平台、电子模块及组件SMT(表面组装技术)工艺平台、H级厚膜混合集成电路军标线、8寸LTCC生产线七大工艺平台和工艺能力以及联盟相关企业的设计能力,结合联盟产业重心调整布局,将MEMS智能传感器产业作为战略性新兴产业发展推进,同时结合联盟技术特色,确定了以高性能惯性器件、光通讯器件、红外温度传感器气体传感器、微流量传感器压力传感器等各类智能传感器领域为重点产业发展方向。对标国际先进工艺,同时发挥自主创新能力,建立了四套特色MEMS体硅工艺体系,不断提升联盟MEMS研发能力以及产业化能力,着力打造国内先进的MEMS智能传感器产业基地。 

 

一年多来,创新联盟主要拓展五个领域应用:

一是人工智能领域、无人系统用高性能MEMS器件与组件:自主可控的MEMS惯性器件(陀螺仪加速度计)与组件,在国内高端MEMS惯性器件市场形成了绝对领先地位,可广泛应用于无人机、智能汽车领域;

 

二是5G通讯及物联网领域,包含MEMS光学元件、MEMS执行器、射频MEMS器件:现已开展了硅基滤波器、功分器、天线等产品开发,相关产品具备产业化能力,依托5G通讯领域具有巨大市场前景,结合目前联盟成熟的MEMS器件晶圆加工、封装测试为一体化的工艺平台,在提升我国光通信核心器件国产化水平的同时,抢先占领5G光通信领域战略制高点;

 

三是智能装备用MEMS传感器领域:主要应用在工业监控、智能移动终端、可穿戴设备等领域;

 

四是高端医疗装备领域:2020年新冠肺炎疫情突发,应对疫情的处置凸显了加快补齐高端医疗装备短板,加快核心技术攻关,突破技术瓶颈,实现医疗装备用核心器件自主可控;

 

五是智能家居用MEMS器件领域:随着物联网的高速发展,应用于智能家居领域的气体传感器、阵列红外温度传感器、压力传感器,联合开发已实现6个产品系列。

 

科技创新取得重大突破

创新联盟坚持产学研深度融合的技术创新体系,在智能传感器技术领域新增省级及国家级重大科研项目近十项,涉及MEMS、EMCCD、SOC、微波毫米波、数模转换、功率器件等多个技术领域,比如联盟成员中国兵器工业第二一四研究所先后拿下多项国家及省部级重大科研项目,其中国家发改委“智能与新能源汽车核心芯片研制与产业化”项目,不仅可以将联盟主要技术和产品向汽车领域拓展,同时将联盟纵向科研开拓至国家发改委重点项目领域;与清华大学共同申报的“核高基”重大专项从“十三五”延续至“十四五”;与中国科学院苏州生物医学工程技术研究所合作的“数字诊疗装备研发”专项,成功获批科技部重点研发计划。一年多来,联盟成员单位授权发明专利30余项,发表核心期刊论文15篇。

 

在关键技术方面,通过技术创新,培育核心技术,依托核高基国家重大科技专项课题,攻克了一系列困扰MEMS产业的关键技术:比如6英寸SOI体硅MEMS工艺线在MEMS微结构关键尺寸加工精度优于0.3μm、重复性优于0.5μm,加工垂直度优于90°±0.1°;在EMCCD方面,以自主EMCCD器件为核心,完成了全国产化的、具有完全自主知识产权的EMCCD搜索与跟踪系统研制,通过优化组件结构,提升组件视频图像采集传输和视频图像处理的能力,使得EMCCD工艺开发和产品工程化取得长足发展;在LTCC器件方面,已具备完整的LTCC生产线和组封装生产线,建立了多材料、多界面体系工艺、异形多空腔结构、高密度集成、LTCC射频器件、组件及微系统的制造工艺技术平台,处于国内领先水平。

 

在基础技术方面,陀螺仪、加速度抗过载能力达到18500g以上,达到国内领先水平;开发了高可靠硅硅直接键合、共晶键合、玻璃浆料键合、静电键合和热压键合技术,形成国内最完整的键合工艺技术,是国内唯一的拥有两次硅硅键合工艺的企业;开发了不等高梳齿刻蚀技术,达到国内领先水平;完成了部分微系统3D先进集成制造的单项工艺技术攻关,为微系统产品研制与开发奠定基础。

 

加快产业化发展脚步

联盟坚持“需求牵引、聚焦主业、解放思想、合作共赢”的方针,坚定不移对外合作,扩大合作资源,鼓励多渠道与联盟内以及联盟外高校、科研院所、企业建立科研与产业合作,建立紧密地产业合作生态链。紧紧围绕MEMS、传感器等产业,把推动MEMS器件产业化发展放到首要地位,力争到2022年底,MEMS专业技术实现国家层面有站位、前沿领域有跟踪、产业发展有作为,实现联盟快速高质量发展。

 

以中国兵器工业第二一四研究所的6英寸MEMS工艺平台、6英寸0.5μm半导体等工艺平台为基础,形成六大产品方向:

 

(1)MEMS惯性器件:与联盟成员单位芯动联科公司联合设计、共同研制,已形成9款MEMS陀螺,7款MEMS加速度计,5款微惯性测量模块等系列化货架产品,核心指标完成覆盖国外同类产品,可应用在无人机姿态测量,智能机器人辅助导航,桥梁健康检测诊断等领域。

 

(2)光MEMS器件:与联盟成员单位中科米微公司联合设计、共同研制了包括可调谐光衰减器、光开关、可调谐光滤波器在内的9款光MEMSM微镜系列产品,3款MEMS扫描镜,“十四五”期间将围绕光通讯,光传感,光显示,激光雷达等领域加大系列产品合作开发;

 

(3)MEMS红外温度传感器:通过与联盟成员单位合肥微纳公司和苏州容启公司间联合设计、共同研制,当前已形成单元式与阵列式两大类三种MEMS温度传感器产品,其中阵列式温度传感器具有灵活度高,同时具备测试移动目标的优点,“十四五”将重点围绕智能家居、医疗健康等行业加大产品迭代与产业化;

 

(4)MEMS气体传感器:与联盟成员单位合肥微纳公司联合设计、共同研制,突破了复合介质薄膜应力匹配、难熔金属高精度图形化工艺,实现了国产化,主要检测CO、VOC、NO等气体,“十四五”将突破三位立体加热台的成套批生产工艺,进一步降低传感器功耗,提升传感器性能;

 

(5)MEMS微流量传感器:联合相关企业研制攻关MEMS微流量传感器,用于喷墨打印机领域,目前国内还是瓶颈。该项技术的突破成功将以创新的MEMS技术引领喷墨打印产业的转型,将为纺织、封装、印刷电子等工业应用领域带来新的市场机遇。

 

(6)MEMS压力传感器:研制攻关6款压力传感器,产品通过SOI工艺制作MEMS压力传感器敏感芯片,将敏感芯片经金属隔离充液封装而成的压力芯体以及配合专用ASIC芯片调理完成的各类变送器产品,主要应用于航空航天、舰载船舶、石油化工等领域,在研的微压力传感器,将广泛应用于未来医用健康领域。

 

创新联盟工作要创新

“十四五”期间要建成创新能力国内领先的“智能传感器制造业创新联盟(中心)”,孵化一批产业链关键环节高新技术企业,部分技术和产品达到国际领先水平,引领安徽省成为集研发、制造、服务等于一体的具有国际竞争力、国内领先的智能传感器产业聚集区。

 

“十四五”期间将进一步加快联盟内科技成果转化和军民融合发展,发挥技术优势,推动科技与市场、资本的有效结合,借鉴微系统所探索成立基金管理平台公司的成功经验,联盟以中国兵器工业第二一四研究所为主联合省市地方政府、中兵投资以及产业链上下游企业共同发起成立产业基金。该基金围绕MEMS产业链上下游研发设计、原材料生产、设备制造、晶圆加工、封装测试等领域的投资,尤其关注联盟在MEMS主流产品方向具有技术优势的设计公司。

 

 “十四五”期间将由联盟牵头,整合各成员单位优势资源,联合申报包括发改委、工信部、科技部等在内的科技创新项目,提升联盟在行业内的影响力。

 

“十四五”期间将优先对联盟成员单位开放中国兵器工业第二一四研究所现有的七大工艺平台,组织制订联盟成员间落地项目成果转化优惠政策,为联盟产业化发展提供更优质的服务。