芯耀
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近年來，國內芯片行業(yè)的制造工藝環(huán)節(jié)的落后人盡皆知。即使是芯片設計的部分國內龍頭，也才剛剛冒頭。而筆者恰好看到有一家公司被多位券商分析師冠以“唯一擁有芯片設計和制造工藝能力的上市公司”，頓時兩眼放光，似乎看到了國產(chǎn)芯片全產(chǎn)業(yè)鏈崛起的萌芽。
今天，與非網(wǎng)通過分析這家公司——敏芯股份的主要產(chǎn)品結構及相關技術和數(shù)據(jù)，來還原這家MEMS傳感器領域國產(chǎn)領頭羊的全貌。
敏芯股份在2020年8月登陸科創(chuàng)板，主營業(yè)務為MEMS傳感器產(chǎn)品的研發(fā)與銷售。目前主要產(chǎn)品包括MEMS聲學傳感器、MEMS壓力傳感器、MEMS慣性傳感器。敏芯股份公告顯示，公司致力于成為行業(yè)領先的MEMS芯片平臺企業(yè)。經(jīng)過多年的技術積累和研發(fā)投入，公司在現(xiàn)有MEMS傳感器芯片設計、晶圓制造、封裝和測試等各環(huán)節(jié)都擁有了自主研發(fā)能力和核心技術。同時能夠自主設計為MEMS傳感器提供信號轉化、處理或驅動功能的ASIC芯片，并實現(xiàn)了MEMS傳感器全生產(chǎn)環(huán)節(jié)的國產(chǎn)化。
圖1、圖2顯示，敏芯股份2018-2020年MEMS麥克風/聲學傳感器銷量占比最大，且穩(wěn)定增長，從2018年的2.3億元增長至2020年的2.91億元人民幣，始終占據(jù)總營收的90%左右。同期，MEMS壓力傳感器增長可觀，從2018年的1263萬元增長至2020年的2988萬元，營收占比也逐步提升，從2018年的5%到2020年的9%。而MEMS慣性傳感器的銷量在三年間幾乎沒有增長，甚至還略有下滑。直到2021銷量突然激增，上半年的銷量幾乎達到之前一整年的銷量。
圖1 敏芯股份2018-2021上半年營業(yè)收入構成（單位：萬元） ?來源：與非網(wǎng)整理
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圖2 敏芯股份2018-2021上半年營業(yè)收入構成（單位：%） ?來源：與非網(wǎng)整理
具體分析三大主要產(chǎn)品
一、支柱收入的聲學傳感器境況
圖1顯示，目前敏芯股份的產(chǎn)品中，仍然以MEMS聲學傳感器為主，占比近84%。 在MEMS聲學傳感器領域，該公司意在繼續(xù)開發(fā)高信噪比、AOP更高的產(chǎn)品以適應智能手機、TWS耳機、智能家電應用等需求。在2020年敏芯股份完成了低應力SiN公益平臺的搭建，有助于實現(xiàn)芯片的更高信噪比、更高可靠性以及更小面積。并且在該平臺的支持下，后續(xù)芯片的研發(fā)周期也有望縮短一半。
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表1 敏芯股份MEMS麥克風產(chǎn)品概述及應用領域 ?來源：來源：招股說明書
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在提高芯片可靠性方面，敏芯股份通過完成對顆粒不敏感的前進音MEMS芯片的研發(fā)，將公司芯片的失效率由300ppm大幅降低至50ppm以下。另外，還推出了最小面積達0.6mm×0.6mm的MEMS芯片，模擬High-AOP和High-SNR芯片、SNR>65.5dB和AOP>127dB的數(shù)字芯片，ANC主動降噪應用芯片、超小型及側進音、以及信噪比達到70dB的MEMS芯片。這些成果的展示表明了敏芯股份在提高性能、可靠性方向和優(yōu)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據(jù)TWS耳機發(fā)展趨勢，進行了基于自身技術基礎的骨傳導麥克風的研發(fā)，該方案與國外已有骨傳導麥克風方案相比具有突出的優(yōu)勢。并且，相關的新開發(fā)骨傳導傳感器-MSB102S榮獲“2021年中國IC設計成就獎之年度最佳傳感器”。
根據(jù)Omdia《 MEMS 麥克風板塊市場份額 2020》報告顯示，2019年敏芯股份硅麥克風芯片的出貨量已位列全球第三，成為僅次于英飛凌和樓氏的芯片廠商，但公司硅麥克風芯片的市場占有率（ 5.9%）相較于英飛凌（ 43.5%）和樓氏（ 39.8%）的市場占有率仍有較大增長空間。
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圖3 Omdia2019年MEMS聲學傳感器芯片出貨量排行榜 ?來源：公司年報
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圖4顯示，敏芯股份的聲學傳感器在銷量逐年升高的同時，利潤率卻在持續(xù)下降，面臨挑戰(zhàn)。毛利率從2018年的45.33%，持續(xù)下降至2021年上半年的33.61%。這也印證了前兩年TWS耳機火爆以后，整個市場逐漸趨于競爭白熱化。尤其是中低端產(chǎn)品，率先進入價格戰(zhàn)。多數(shù)產(chǎn)品為了銷量而不斷壓價，導致利潤率持續(xù)降低。敏芯股份的利潤率下降或許也是源自于下游終端產(chǎn)品的激烈競爭。
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圖4 敏芯股份2018-2021上半年各產(chǎn)品品類毛利率（單位：%） ?來源：與非網(wǎng)整理
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二、壓力傳感器的境況
在MEMS壓力傳感器領域，敏芯股份開發(fā)了適合消費類SOI以及工控類的Si-Glass壓力傳感器工藝平臺。在該平臺基礎上開發(fā)了尺寸1.0×1.0mm的全新血壓計芯片，同時提高了良率指標，并在此工藝平臺基礎上還開發(fā)了適合工業(yè)應用的更高量程（1~3MPa壓力）的壓力芯片，后續(xù)還將在此平臺基礎上繼續(xù)開發(fā)更多量程的壓力芯片以滿足不同應用需求。目前已完成了測試小于500Pa壓力的微差壓傳感器的開發(fā)工作，該產(chǎn)品已應用于電子煙產(chǎn)品。
目前電子煙是通過氣流傳感器來感知使用者的抽吸動作。目前主流的產(chǎn)品方案為電容式咪頭。因其工藝成熟、成本較低，而為大部分電子煙廠商的選擇方案。但隨著產(chǎn)品的發(fā)展其弊端也逐步顯現(xiàn)。
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圖5 電子煙結構 ?來源：麥姆斯咨詢
主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1、一致性——多零件組裝，存在裝配公差，不能保證出發(fā)壓力的一致性；2、防油性——煙油或水汽進入電容膜片間隙，造成性能降低，嚴重情況甚至失效；3、SMT兼容性——需要手動焊接，影響效率。
而敏芯股份通過MEMS壓力傳感器來替代原有方案——1、通過單芯片進行差壓檢測，使得整機設計更加緊湊；2、采用背面式進氣方式來達到防水防油效果；3、MEMS的微米級加工工藝使得期間差異性小，一致性得到加強，并且在出廠前還會進行校準測試來保證觸發(fā)壓力一致。目前，敏芯股份已在全球范圍開發(fā)了包括流量計和流量開關在內的芯片，實現(xiàn)對高、中、低品牌電子煙市場的立體覆蓋。
有分析師認為，該流量開關芯片在電子煙中的應用是顛覆性的，類似于在麥克風領域中，MEMS聲學傳感器大范圍取代傳統(tǒng)的主流駐極體麥克風。而電子煙市場近五年有超過20%的復合增長率，有望成為敏芯股份新的銷量增長點，從而成為企業(yè)新的營收支柱。
根據(jù)圖1可知，敏芯股份壓力傳感器的銷量從2018到2020年銷量大增，三年復合增速高達68%。2021年上半年銷售額已達2080萬元，從趨勢來看2021全年大概率也有不錯的增速。同時，除2019年外，壓力傳感器的毛利率近兩年也在逐漸回升，從43.53%增長至48.47%。說明壓力傳感器在起量的同時，也有不錯的利潤空間，值得持續(xù)關注。
三、慣性傳感器的境況
敏芯股份慣性傳感器芯片的晶圓代工平臺于2020年發(fā)生變化，當年完成了新的慣性傳感器芯片工藝平臺的導入工作，并持還處在續(xù)優(yōu)化工藝和提升良率的過程中，計劃在2021年全面建立并穩(wěn)定慣性傳感器芯片的工藝平臺。同時，公司仍然完成了1mm×1mm加速度計傳感器芯片的研發(fā)工作，并已開始陀螺儀的前道研發(fā)，未來將開展車用慣導模組的研發(fā)。
慣性傳感器在2018至2020年度銷量一直在900萬上下波動，甚至略有下降。而至2021上半年已完成836萬元的銷量，出現(xiàn)跳躍式增長。同時，慣性傳感器的毛利率持續(xù)攀升，從2018年的-4.47%（虧損）提升至2021年中的22.46%。雖然仍低于同期MEMS聲學傳感器的33.61%和MEMS壓力傳感器的48.47%，但隨著工藝和良率的持續(xù)優(yōu)化，以及產(chǎn)量的持續(xù)擴大，其毛利率也有望進一步提高。
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表2 敏芯股份MEMS慣性傳感器部分產(chǎn)品概述及應用領域 ?來源：招股說明書
四、其他傳感器芯片
壓感傳感器芯片——敏芯股份是全球最早開發(fā)壓感傳感器芯片的企業(yè)之一。在Airpods帶動壓感傳感器的應用之后，公司也順勢對原有壓感傳感器芯片進行了優(yōu)化，并在TWS耳機上的產(chǎn)品應用進行定義。2021年上半年持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品性能并配合客戶進行驗證。
流量傳感器芯片及模組——敏芯股份建立了流量傳感器芯片工藝平臺，并在此基礎上成功開發(fā)了大流量傳感器芯片。目前已獲得客戶認可，并開始小批量出貨，后續(xù)大批量量產(chǎn)可期。同時，小流量傳感器及模組的研發(fā)也將逐步開啟。
熱電堆傳感器芯片及陣列——敏芯股份預期熱電堆傳感器芯片在消費電子領域會產(chǎn)生新的應用場景，因此搭建了熱電堆芯片工藝平臺，目前已小批量出貨。
以上是關于敏芯股份各主要產(chǎn)品及近期即將量產(chǎn)產(chǎn)品的境況簡述。同時，公司在MEMS微流控芯片及MEMS光學傳感器方向還有一些技術儲備及預研工作。其中MEMS微流控芯片主要涉及噴墨打印頭、醫(yī)藥相關市場國產(chǎn)替代的需求及IOT領域的一些應用場景。MEMS光學傳感器則在MEMS微振鏡及激光雷達系統(tǒng)產(chǎn)品方面或有理想的應用場景。
縱觀MEMS各大國際龍頭，博世、意法半導體、英飛凌等均采用IDM模式。而在敏芯股份看來，國內MEMS芯片企業(yè)由于在發(fā)展初期普遍受限于資金，多采用Fabless模式。但由于中國是消費電子、汽車、工業(yè)制造的主要集中地，因此中國MEMS芯片企業(yè)可以與下游市場建立更為緊密的聯(lián)系。從而使得中國MEMS芯片企業(yè)在緊貼下游的服務意識和服務半徑方面存在一定優(yōu)勢，對新市場需求的響應也會更快些。
圖6 MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)鏈 ?來源：招股說明書
公司公告顯示，敏芯股份采取了專注于MEMS傳感器芯片設計和部分封測環(huán)節(jié)，而晶圓制造和封裝環(huán)節(jié)主要由第三方半導體制造廠商完成。公司2019年新設子公司德斯倍，自建封裝產(chǎn)線，該生產(chǎn)基地主要包括封裝和測試生產(chǎn)線。至2021上半年，子公司開始貢獻封測產(chǎn)能，但晶圓制造和部分封裝等主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)仍由專業(yè)的晶圓制造和封裝廠商完成。公司與中芯國際、華潤上華和華天科技等行業(yè)內主要的晶圓制造廠和封裝廠均建立了長期合作關系。公司經(jīng)過十余年的研發(fā)和積累，在各條MEMS產(chǎn)品線的芯片設計、晶圓制造、封裝和測試等環(huán)節(jié)都擁有了自己的核心技術。
由于MEMS傳感器的應用場景多樣性，以及MEMS本身屬于極微小型的機械系統(tǒng)，因此公司需要定制化開發(fā)晶圓和傳感器成品的專業(yè)測試設備系統(tǒng)和測試流程。除了將部分測試環(huán)節(jié)在對設備進行加密后外協(xié)至測試供應商以外，公司保留了部分較為關鍵的測試環(huán)節(jié)和測試項在內部完成。這也是公司自建封測產(chǎn)線的原因之一。
結語
在產(chǎn)品結構上，敏芯股份營收最主要的部分——MEMS聲學傳感器在銷量增長的同時，面臨利潤率下降的挑戰(zhàn)；MEMS壓力傳感器和MEMS慣性傳感器則在銷量增長的同時，利潤率不斷改善，有較大上升空間；另外還有部分產(chǎn)品即將起量或有較深的技術布局。在國產(chǎn)MEMS傳感器領域，敏芯股份確實是為數(shù)不多的掌握多元MEMS傳感器技術全環(huán)節(jié)的公司。
在生產(chǎn)模式上，根據(jù)敏芯股份公告所述，公司還是Fabless模式而非IDM。號稱擁有相關環(huán)節(jié)的工藝能力，但并未事事躬親。除了制造和封測環(huán)節(jié)投入大以外，早期產(chǎn)品銷量規(guī)模受限也是原因之一。目前除了新建的封測產(chǎn)線已經(jīng)滿產(chǎn)以外，在晶圓制造環(huán)節(jié)已經(jīng)和中芯國際、華潤上華等業(yè)內主要的代工廠深度合作。雖然離真正的IDM還有不少路要走，但已經(jīng)是不折不扣的“準IDM”?；蛟S在不久的將來，就可以看到敏芯股份補上晶圓制造這一環(huán)節(jié)，成為真正的IDM廠商。
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