'對話∣MEMS微鏡的困境與突圍，OPUS和知微傳感自曝玄機'

訪談嘉賓：OPUS CEO洪昌黎、知微傳感CEO夏長鋒

訪談背景：

如果要問近期哪種器件能摘得最熱門光學MEMS執行器的桂冠？那非MEMS微鏡（又稱MEMS微振鏡、MEMS掃描芯片）莫屬！

據麥姆斯諮詢報道，激光投影、3D傳感、機器視覺、激光雷達、光通訊、醫療成像、光譜儀等應用對MEMS微鏡產生了龐大的潛在需求。隨著汽車產業界一致認為基於MEMS微鏡的固態激光雷達有望最快用於SAE L3級及以上級別的自動駕駛車輛，大家對MEMS微鏡的關注度更是成指數級增長。

目前，商業量產化的MEMS微鏡技術主要掌握在國外企業手中，作為中國為數不多的擁有該技術的企業——臺灣OPUS Microsystems Corp.（以下簡稱：OPUS）和西安知微傳感技術有限公司（以下簡稱：知微傳感），近期參加了麥姆斯諮詢的“對話”訪談。這兩家企業不僅掌握核“芯”——MEMS微鏡，並將業務拓展至多個應用領域的解決方案。雖然在發展初期，兩家所用的代工、封裝、測試和組裝資源各異，客戶群也不同，但都看重中國大陸的創業環境和市場資源。在大陸良好的產業生態鏈中，這兩家MEMS企業遇到了不少問題，也做出了不錯的成績。他們有什麼故事向大家分享？在開拓MEMS微鏡技術、應用和市場的過程中的困境和突圍思路是什麼？請觀看麥姆斯諮詢與OPUS首席執行官（CEO）洪昌黎博士、知微傳感CEO夏長鋒博士的對話吧。

OPUS CEO洪昌黎（左）、知微傳感CEO夏長鋒（右）

麥姆斯諮詢：非常感謝OPUS CEO洪昌黎博士和知微傳感CEO夏長鋒博士受邀參與“對話”。首先請兩位簡單介紹下各自企業的成立背景及發展情況，讓大家對你們有初步的瞭解。謝謝！

洪昌黎：大家好！OPUS於2003年12月在臺灣臺北內湖科學園區成立。作為臺灣第一家專業MEMS芯片設計公司，一直專注於靜電驅動MEMS微鏡的開發，擁有超過15年的技術積累，已獲得國內外三十多項發明專利的授權，為全球少數具備一維和二維MEMS微鏡設計與生產能力的公司，目前在國際戰略合作伙伴的8英寸MEMS晶圓廠實現批量生產。團隊同時具備IC、光學、光機電、算法等技術，提供基於MEMS微鏡技術的完整智能3D深度視覺傳感方案，包含3D深度攝像頭、MEMS激光雷達（LiDAR）以及激光AR HUD（增強現實抬頭顯示器）等。2019年3月，OPUS在深圳南山區落地成立子公司，旨在推動產品的開發、生產與市場對接。

夏長鋒：很高興與洪博士一起對話交流。知微傳感創立於2016年，雖說成立時間不長，但創始團隊在MEMS微鏡領域已有十餘年的積累。隨著3D視覺以及MEMS激光雷達的應用需求發展，我們看到MEMS微鏡技術的獨特優勢能夠更好地滿足此類場景的應用需求，因此成立了知微傳感。在這近三年時間裡，我們已經實現了MEMS微鏡的量產，推出了MEMS掃描模組應用於激光雷達，並批量出貨，同時推出了快照式激光3D相機系列，以滿足不同場景的需求。憑藉著優秀的研發積累和技術實力，知微傳感在去年獲得了目前MEMS微鏡領域立項的唯一一個國家重點研發計劃支持。

麥姆斯諮詢：OPUS和知微傳感是兩家非常相似的MEMS企業，包括產品（例如靜電驅動MEMS微鏡）和發展戰略（例如拓展基於MEMS微鏡的解決方案）。請你們談談MEMS微鏡應用難點在哪？為何走向從芯片到解決方案之路？還有其它發展戰略嗎？

夏長鋒：MEMS微鏡驅動IC一般需要高壓，驅動以及控制電路都較為複雜，一般企業開發需投入大量人力和時間，上手慢，項目導入週期長。因此知微傳感迅速開發了P11系列MEMS微鏡模組，幫助用戶實現快速開發，減少了對MEMS微鏡驅動、穩定控制等投入。但在系統應用層面如：激光雷達、激光投影顯示等，用戶仍需要投入不少資源，客戶產品量產所需等待時間也比較長。也正是基於目前這種情況，短時間內無法使MEMS芯片實現大規模出貨，所以我們也在考慮提供更多的解決方案，助力客戶的系統方案快速落地，帶動MEMS微鏡在不同應用場景開花結果。知微傳感目前聚焦於3D視覺（主要是快照式激光3D相機）以及激光雷達（MEMS掃描模組）領域，專注於解決現有各家客戶的批量應用問題，讓MEMS微鏡的方案實實在在給客戶帶來好處。我們也不斷探索，滿足客戶的定製化需求，拓寬MEMS微鏡產品線，取得雙贏。

洪昌黎：MEMS微鏡在創新型產品如MEMS 3D攝像頭、激光雷達的應用上，客戶對於MEMS器件特性通常認知不足，因此我們必須深入瞭解產品的系統設計與應用規格，才能優化芯片設計，有效對接需求。換言之，針對特定應用的MEMS微鏡開發，必須要能先「做對的事」（do the right thing），以縮短進入市場的時間。MEMS微鏡的應用涉及激光、光學、光機、控制等跨領域技術，加大了產品開發的難度。OPUS投入完整解決方案的初衷，是希望降低客戶採用MEMS芯片的技術難度，從系統層面思考提升產品的性能，在價值鏈上提供更多的貢獻，追求與客戶共同的快速成長，因此，我們會以開放、彈性的態度與產業鏈不同位置的客戶合作。

麥姆斯諮詢：接下來，我們主要聊聊MEMS微鏡。你們認為實現靜電驅動MEMS微鏡量產所面臨的主要問題有哪些？如何解決？

洪昌黎：任何MEMS芯片的量產從來都不是簡單的事，最主要是自身在設計與製造的技術和經驗的積累沒有捷徑可尋。此外，與具有批量生產經驗的MEMS晶圓代工廠的深度合作也是必要條件，大家共同克服各種製造工藝上的困難。最後還需要對市場趨勢有敏銳的判斷，將資源投注在能產生效益的產品開發上，讓供應鏈及客戶都能受益。

夏長鋒：我們在開發和量產靜電驅動MEMS微鏡的過程中經歷了許多困難和難題。首先是MEMS微鏡的開發過程，由於沒有一套成熟的仿真模型，這些都是經過多次摸索，總結動力學規律，不斷優化模型才達到了預期效果，實現了頻率設計的偏差從大到小，鏡面尺寸逐漸增大，旋轉角度逐漸增加。在量產方面，要感謝國內目前日趨完善的產業鏈環境，特別是我們合作伙伴的支持。同樣是經過多次反覆調試，解決了頻率均勻性、成品率、金屬反射率等一系列問題，才實現了MEMS微鏡的量產。

麥姆斯諮詢：如果將MEMS微鏡應用於車載激光雷達，那麼在量產方面還需注意什麼問題？

洪昌黎：根據OPUS開發車規級激光AR HUD累積的經驗，我們認為與其說量產要注意什麼問題，不如說芯片及模塊的設計要考慮哪些重點，才能通過法規及整車廠的測試驗證，進而走到批量生產階段。OPUS接觸的許多國內外激光雷達公司，大部分對於MEMS微鏡特性的瞭解還很有限，這也是OPUS從芯片端出發投入激光雷達核心技術開發的主要原因。我們希望為激光雷達提供滿足功能規格、可靠度、價格等多方面要求並可量產的MEMS微鏡。

夏長鋒：我們的MEMS掃描模組以激光雷達為主要應用場景而設計。系統集成了MEMS微鏡、驅動模塊、控制模塊，供電後就可以實現MEMS微鏡的穩定工作，並輸出相應的位置信號，極大地減少了客戶的開發週期。談及MEMS微鏡在車載應用量產的情況，的確還面臨許多挑戰：車規環境的溫度範圍極寬，雖然MEMS微鏡在車規溫度範圍內可正常工作，但模組中很多外圍電路芯片不能達到車規溫度要求，這需要極好的供應鏈管理；另外，車規對震動的要求較高，要通過震動實驗，需要在設計上多做考量，確保MEMS微鏡在震動下有良好的表現。

麥姆斯諮詢：據我們瞭解，知微傳感與一家中國大陸4英寸MEMS代工廠保持有緊密的合作關係；而OPUS從日本戰略合作伙伴獲得了穩定的8英寸MEMS代工資源。就MEMS微鏡代工這個核心環節而言，請兩位談談各自的發展規劃。

夏長鋒：我們一直以來與4英寸的MEMS代工廠都保持良好的合作，主要的試驗芯片和小批量生產均在該代工廠流片，也確保了對客戶需求的快速響應和驗證，節約客戶的寶貴時間。針對大批量應用，我們也已經完成8英寸工藝導入，隨時可以承載百萬（kk）量級的大批量生產，確保不拖客戶後腿。

洪昌黎：OPUS在MEMS製造的規劃理念，就是與有大批量製造經驗、具有戰略合作效益的MEMS晶圓代工廠深度合作。過去OPUS也曾在6英寸晶圓代工廠流片，瞭解轉換到8英寸晶圓代工廠所需投注的時間成本較高。此外，部分需要較高精度的製造工藝，設備廠商也只會在8英寸晶圓設備上持續改進，因此我們一直都以8英寸晶圓為主要發展方向。

麥姆斯諮詢：請夏博士為大家科普下一維MEMS微鏡和二維MEMS微鏡在設計、製造、封裝和測試的主要差異有哪些？用戶該如何結合實際應用選擇一維還是二維MEMS微鏡？

夏長鋒：一維MEMS微鏡只需繞一個軸旋轉，而二維有兩個旋轉軸。這樣在設計的時候，一維MEMS微鏡只需要關心一個軸，但二維卻要關心兩個軸，二維MEMS微鏡除了軸數增加以外還需要注意兩個軸的扭轉是否存在機械耦合的問題。同時，一維MEMS微鏡的驅動信號只有一路，但二維MEMS微鏡卻有兩路，在驅動信號的通路上，二維MEMS微鏡需要考慮兩個信號的隔離，在製造時可能需要增加兩步以上的工藝步驟來實現驅動信號的隔離。封測方面也存在差異，二維MEMS微鏡雖然只增加了一個軸，但在測試時需要增加另一種電信號和振動檢測，必要時還需要增加角度檢測模塊。

在實際應用時，根據使用場景而定。如果掃描區域是平面，且需要逐點經過，最好使用二維MEMS微鏡；如果平面掃描時，可以逐線經過，也可以使用一維MEMS微鏡。如果是單線掃描模式，則可以直接使用一維MEMS微鏡。同時，如果對鏡面尺寸有要求的話，一般來講一維MEMS微鏡有較多的大鏡面微鏡系列供選擇，而相比之下二維MEMS微鏡的鏡面直徑多集中於1mm左右。

麥姆斯諮詢：目前市場上主流MEMS微鏡為靜電驅動和電磁驅動，請洪博士分析一下這兩種MEMS微鏡的優劣勢及應用場景。另外，壓電驅動和電熱驅動MEMS微鏡是否有市場機遇？如果有，是否可以舉例？

洪昌黎：電磁跟靜電驅動方式相比時，一般認為電磁驅動方式的驅動力大，但靜電驅動MEMS微鏡的整合度高無須外部如磁鐵、金屬屏蔽等組件。我們選擇靜電驅動技術，主要考慮其性能可隨MEMS工藝技術的演進而持續提升，而電磁驅動方式的線圈電鍍工藝較無法享有同樣的效益。此外，就可靠度而言，靜電驅動MEMS微鏡的結構組成只有單晶硅跟反射金屬層，對於環境要求高的車載應用，如抬頭顯示器、激光雷達等具有明顯的優勢。最後，在成本上，靜電驅動MEMS的製造無論在晶圓代工、封裝甚至於測試都與既有半導體供應鏈兼容性高。

根據我們近年跟供貨商的持續接觸，壓電技術在MEMS微鏡應用仍存在諸多需要克服的問題；電熱驅動則有響應速度太慢、環境溫度交互影響等問題，在MEMS微鏡的應用上受到比較大的限制。

麥姆斯諮詢：OPUS和知微傳感都在積極佈局基於MEMS微鏡的3D視覺解決方案在工業領域的應用。請兩位向大家分享進展情況，謝謝！

洪昌黎：OPUS的發展目標是提供覆蓋完整級距的3D深度視覺方案，採用940nm激光的3D攝像頭，在供應鏈各方的共同努力下，已經開始供應樣品給國內外客戶，年底開始大批量供貨。我們目前也與客戶進行與機器手臂的3D視覺整合工作，國外合作方則在進行智慧工廠應用的導入評估。在激光雷達產品方面，目前OPUS已經可以demo（演示）消費及工業級的MEMS激光雷達，預計年底開始提供客戶樣品進行測試，2020年希望在AMR（autonomous mobile robot）領域能有不錯的收穫。

夏長鋒：是的，工業、物流等領域是我們的重點，我們也開發出了不同性能的快照式激光3D相機Argus系列。目前主要可以概括為以下幾類：無序抓取、包裹測量、堆垛拆垛、軌跡導引。其中有多個行業龍頭客戶已經完成導入，開始進入到項目整體測試階段，預計在今年下半年大家就能在很多行業中看到我們3D相機的身影了。

麥姆斯諮詢：在智能手機上，目前採用結構光方案的3D攝像頭分為：散斑結構光技術和編碼結構光技術。去年年底以來ToF（飛行時間）方案異軍突起，大有超越結構光方案之勢。作為動態結構光技術的代表企業，你們認為該項基於MEMS微鏡的3D攝像頭還有機會進入智能手機嗎？如果有，市場空間有多大？請分享你們的觀點。

夏長鋒：散斑結構光方案因被iPhone X所採用而被大家所熟知，隨即也被國內智能手機廠家跟進，主要應用於前置攝像頭做3D人臉識別解鎖等。然而隨著智能手機行業中對於高屏佔比的無盡追求，尤其是安卓陣營廠家，基本上都採用屏下指紋方案來解決解鎖需求。雖然3D人臉解鎖安全性更高，體驗更好，但消費者的選擇偏好似乎更傾向於全面屏，所以在前置3D攝像頭並不存在方案之間的競爭，而在於商業和消費者的選擇。而在後置3D攝像頭應用中，我們看到隨著AR的發展，後置3D攝像頭也將不再是雞肋的商業噱頭，已被眾多廠家所重視。在這一領域我們看到現在的Flash ToF（閃光ToF）大放異彩。然而它也存在著一些問題，比如遠距離探測時，由於掃描幅面太大，就需要更高功率的光源，這對手機的電池續航造成了致命影響。而MEMS微鏡可以控制光束的掃描區域，從而達到降低功耗的目的，相信在未來的手機產業中，MEMS微鏡也將扮演著一個很重要的角色。

洪昌黎：智能手機向全面屏發展已是不可逆的趨勢，ToF在減少佔用屏幕面積上有明顯的優勢。即便結構光技術優點比較多，但前置攝像頭的3D人臉識別的確存在從散斑結構光轉向其它技術的趨勢，但ToF本質存在功耗大、噪聲多等問題仍未解決。我們認為3D深度感測技術用於手機上更大的機會是開創AR應用。因為ToF在功耗及近距離精度上還是無法滿足需求，動態結構光技術存在精度高與功耗低的優勢，有客戶在探討創新方案的可行性。OPUS正在開發一個比較創新的方案，希望在滿足手機AR應用上出現較大的突破。

麥姆斯諮詢：目前業界都看好基於MEMS微鏡的車載激光雷達方案。知微傳感和OPUS是否已經和汽車Tier 1廠商或整車廠接觸？並請談談MEMS激光雷達在過車規和量產方面的主要問題。

洪昌黎：過去三年，不斷有國內外知名的激光雷達、Tier 1公司、自動駕駛公司跟OPUS接洽。我們花了不少時間與戰略伙伴及客戶探討MEMS微鏡的規格，也已投入開發特定規格的一維和二維MEMS微鏡的工作。就過車規方面，OPUS通過開發激光AR HUD技術累積了相當深厚的經驗，在臺灣的認證實驗室ARTC（車輛研究測試中心）也通過ISO-16750法規的測試驗證。但車規認證標準跟整車廠的要求並不必然相同，特別是車載激光雷達作為主動安全的重要環節，還需要更多配合整車廠的驗證。關於量產，我們開發階段就在具備MEMS批量生產能力的8英寸晶圓廠流片，目前主要在封裝方面還需要進行開發和完善。

夏長鋒：我們已經和一些汽車Tier 1廠商開始合作，測試MEMS微鏡在車規環境下的表現，合作開發車規級的模組。由於車規的要求較多，目前遇到了一些挑戰。如前面所提到的，車規環境的溫度範圍極寬，雖然MEMS微鏡在車規溫度範圍內可正常工作，但很多外圍電路的芯片不能達到車規溫度，這還需要相關產業鏈的配套；此外，車規對震動的要求較高，我們目前在芯片結構以及模組的設計上多做考量，以確保MEMS微鏡在震動下有良好的表現。

麥姆斯諮詢：在激光投影方面，你們認為基於ToF技術的交互式投影市場是否會爆發？如果是，哪些應用終端值得關注？智能音箱？投影遊戲機？便攜式商務投影儀？

夏長鋒：在MEMS交互式投影領域，博世屬於領頭羊，不過目前還未看到相關產品在商業上取得顯著的成績。這或許是因為目前MEMS激光投影受激光散斑的影響，顯示效果不如DLP（數字光處理）。但在投影顯示領域，MEMS方案有亮度高、體積小、功耗低等優勢，在汽車AR HUD、AR眼鏡等領域中將有爆發的機會。

洪昌黎：交互投影的相關概念與產品很早就有了，甚至蘋果都有相關專利。但最早商業化的產品應該是採用LCoS激光投影的Light Blue Optics，當時在市場上也激起很大的漣漪，但蘋果不久後就發佈了iPad，這款交互投影產品迅速就失去了吸引力。我認為關鍵還是應用場景能否對消費者創造足夠的價值，跟採用哪種技術不太相關。我們認為汽車智能駕駛座艙的趨勢會產生對激光AR HUD的剛需，對人機交互也會產生新的需求，這部分的需求相對於消費及商務的投影應用更為明確些。

麥姆斯諮詢：MEMS激光雷達分為共軸掃描和非共軸掃描兩種方式，請夏博士為大家詳細講解下這兩種掃描方式的實現方式、性能差異，以及適合的應用，謝謝！

夏長鋒：共軸掃描是指激光發射光路和回波光路共用或部分共用一條光軸，對於MEMS激光雷達來說，就是指發射和回波會共用MEMS微鏡；非共軸是指發射光路和回波光路分開，沒有共用光軸。使用共軸掃描的情況下，接收透鏡的視場角較小，所受環境光或其他干擾也較少；而在非共軸掃描的情況下，接收透鏡的視場要與掃描的視場一致，一般來說視場較大，這種情況下，受到的干擾較多。通常來說，前者適合在較遠的距離下使用，而後者適合在較近的距離下使用。

麥姆斯諮詢：靜電驅動MEMS微鏡如何克服環境因素帶來的影響？比如灰塵、溼度、溫度，以及振動和衝擊。請洪博士為大家解答，謝謝！

洪昌黎：灰塵的解決方式就是在芯片或模塊上做好防塵的工作。出於光學需求的考量，大部分會建議在模塊端處理，一併解決其他光學器件同樣存在的防塵需求。

OPUS的MEMS微鏡靜電驅動電極是由單晶硅一體蝕刻在芯片上成型，因此溫度對MEMS結構影響不大，主要還是根據溫度要求，選擇適合的封裝材料和封裝方式，而諧振頻率受溫度的影響則發生在所有驅動技術的微鏡上，這部分可以透過閉環控制解決。目前OPUS的MEMS微鏡封裝能通過80℃的壽命測試，車規級MEMS微鏡封裝的溫度承受範圍則會再擴大。

溼度方面，主要是不能在芯片上產生結露現象，這樣會改變MEMS微鏡的運動特性。這個問題對任何驅動方式的MEMS微鏡都適用，不過結露可能對靜電驅動MEMS微鏡造成額外的漏電現象。但以激光雷達為例，結露是整個光學系統都必須克服的問題，解決方法通常是對整個系統採取氣密封裝並填充惰性氣體。

振動和衝擊則必須從芯片設計跟模塊設計兩個層面一起考慮。芯片層面依據應用需求一般必須通過JEDEC JESD22-B104的不同等級機械衝擊規範，這部分需要MEMS微鏡設計的經驗跟技術積累，在模塊層面則應該進行緩衝設計，以提高整體系統與MEMS微鏡在實際使用上的可靠度。

麥姆斯諮詢：今年，OPUS洪博士將出席9月3日在上海舉辦的『第二十六屆“微言大義”系列活動：3D視覺技術與應用（消費領域）』，知微傳感市場總監何偉先生也將出席9月5日在深圳舉辦的『第二十七屆“微言大義”研討會：機器視覺及工業檢測』。兩位都是首次亮相該主題的研討會，請向觀眾提前透露一下今年的演講重點！

洪昌黎：我們會介紹MEMS動態結構光和MEMS激光雷達技術，以及在消費級3D深度感測應用上能實現的場景。很期待跟大家共同學習跟交流！

夏長鋒：我們主要是向大家彙報一下目前知微傳感的一些進展，分享一些我們合作伙伴的應用案例，同時也將帶去我們快照式激光3D掃描儀家族的一款新品。我們也將參加同期舉辦的深圳光博會，屆時歡迎大家蒞臨指導！

原文鏈接：http://www.mems.me/mems/micro-interview_201907/8460.html