中國傳感器產(chǎn)業(yè)處于國際中等水平，處在國內產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的前夜，但是具有自主知識產(chǎn)權的核心技術(shù)不多，產(chǎn)業(yè)效益也不明顯。日前，中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì )傳感器分會(huì )名譽(yù)理事長(cháng)、沈陽(yáng)儀表科學(xué)研究院有限公司原院長(cháng)、教授級高工徐開(kāi)先接受采訪(fǎng)，總結了當前中國傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現狀、所遇到的問(wèn)題以及突破口。

 

六大問(wèn)題待解

 

盡管中國在傳感器領(lǐng)域取得了一定的突破，但是在國內市場(chǎng)，在關(guān)鍵行業(yè)，關(guān)鍵技術(shù)，高附加值應用上，國際品牌還處于壟斷地位。

 

據了解，高檔傳感器產(chǎn)品幾乎全部從國外進(jìn)口，90%芯片從國外進(jìn)口。高端智能裝備領(lǐng)域光纖傳感器的技術(shù)及產(chǎn)品與國外相比尚有較大差距。溫度傳感器中對NTC熱敏電阻器，國內企業(yè)實(shí)力嚴重不足，90%的市場(chǎng)份額被外資占領(lǐng)。極高溫、耐輻射、耐高壓的溫度傳感器尚不能批量生產(chǎn)。

 

對此，徐開(kāi)先認為造成這一局面的原因主要有六點(diǎn)。

 

第一，在設計、可靠性、封裝技術(shù)等方面的共性關(guān)鍵技術(shù)尚未真正突破。首先，在設計技術(shù)方面，傳感器的設計技術(shù)涉及多種學(xué)科、多種理論、多種材料、多種工藝及現場(chǎng)使用條件;設計軟件價(jià)格昂貴、設計過(guò)程復雜、考慮因子眾多;設計人才匱乏，設計人員不僅需了解通用設計程序和方法，還需熟悉器件制備工藝，了解器件現場(chǎng)使用條件。其次，在可靠性技術(shù)方面，通常國產(chǎn)傳感器可靠性指標比國外同類(lèi)產(chǎn)品低1-2個(gè)數量級。最后，在封裝技術(shù)方面，國內對傳感器的封裝技術(shù)尚未形成系列、標準，也無(wú)統一接口，不利于用戶(hù)選用和產(chǎn)品互換。

 

第二，國內傳感器產(chǎn)品不配套、不成系列。徐開(kāi)先認為，系列中比較易生產(chǎn)的某些規格尚能生產(chǎn)，但存在較多的重復生產(chǎn)現象，不利于市場(chǎng)競爭;系列高端的產(chǎn)品往往不能生產(chǎn)，多需國外進(jìn)口，如工業(yè)自動(dòng)化儀表中廣為應用的、高精度、高穩定的低微差壓傳感器(量程≤1KPa)，高差壓、高靜壓傳感器(量程≥3MPa、靜壓≥60MPa)。

 

第三，傳感器工藝裝備不受重視。傳感器工藝創(chuàng )新依賴(lài)于新工藝裝備的問(wèn)世。在傳感器工藝裝備的研發(fā)與生產(chǎn)方面，一般都是企業(yè)自籌資金進(jìn)行研發(fā)，但是資金、人力有限，不利于傳感器工藝研究的創(chuàng )新。

 

第四，缺乏頂層設計和統籌規劃。傳感器種類(lèi)眾多、專(zhuān)業(yè)面廣，產(chǎn)業(yè)鏈在國內分屬不同部門(mén)和行業(yè)，但是現在還沒(méi)有針對傳感器的頂層設計進(jìn)行系統研究和科學(xué)規劃。此外，雖然國家對傳感器產(chǎn)業(yè)有所投資，但是很多企業(yè)急于求成，忽視基礎研究，欲速而不達。

 

第五，資源分散，產(chǎn)業(yè)規模小。產(chǎn)業(yè)分散主要表現為資金分散、技術(shù)分散、企業(yè)布局分散、產(chǎn)業(yè)結構分散、市場(chǎng)分散;產(chǎn)業(yè)規模小主要表現為，國內傳感器企業(yè)有1600余家，不過(guò)大都為小微企業(yè)，盈利能力不強，缺乏引領(lǐng)技術(shù)的龍頭企業(yè)。

 

第六，傳感器高端人才匱乏。人才是創(chuàng )新的根本，影響傳感器發(fā)展的最大瓶頸是優(yōu)秀研發(fā)人才匱乏，由于傳感器行業(yè)經(jīng)濟基礎、技術(shù)基礎、產(chǎn)業(yè)基礎較為薄弱，加之傳感器產(chǎn)業(yè)涉及學(xué)科多，要求知識面廣，新技術(shù)層出不窮，長(cháng)期以來(lái)很難吸引國際頂級人才投身到傳感器行業(yè)工作;加之國內由于學(xué)科設置不合理，缺少復合型人才培養機制，往往搞設計的不懂工藝、搞工藝的不明應用、會(huì )應用的不曉設計。造成很多企業(yè)缺乏既懂管埋、又懂技術(shù)、還會(huì )經(jīng)營(yíng)的復合型人才，以及工藝人才和技能人才。

 

產(chǎn)業(yè)突破口在哪?

 

面對這些問(wèn)題，徐開(kāi)先認為應從政策和技術(shù)兩個(gè)層面來(lái)尋找突破口。

 

在政策層面，首先要統籌規劃、頂層設計。國家應對傳感器的基礎研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)布局、市場(chǎng)應用等方面有明確的目標和規劃。

 

其次，要增加投入、國家立項。與對IC的投入相比，國家對傳感器的投入相對不足，投資強度和連續性有待提高，而且還需要國家增加傳感器項目的立項。

 

最后，要集中力量，聯(lián)合攻關(guān)。對某些關(guān)鍵的傳感器項目、“卡脖子”的產(chǎn)品，應由國家出面組織聯(lián)合攻關(guān)，集中國之優(yōu)勢，集中力量辦大事。

 

在技術(shù)層面，首先加強IC與MEMS技術(shù)的集成與融合。IC與MEMS的集成與融合，是傳感技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路，特別是高檔傳感器、智能傳感器。IC企業(yè)(院校)與MEMS企業(yè)的合作與互惠互利，關(guān)系到傳感器產(chǎn)業(yè)之成敗。

 

其次，重點(diǎn)放在非硅基的新材料、新機理、新工藝傳感器的研究。因硅基傳感器，國外研究時(shí)間久遠、技術(shù)成熟、產(chǎn)品系列化、工藝裝備復雜昂貴，產(chǎn)業(yè)化水平高，要想突破和超越難度極大。

 

最后，從芯片入手，以應用為主。國內傳感器產(chǎn)業(yè)，大部分都在從事傳感器應用方面的研發(fā)和生產(chǎn)，特別是在物聯(lián)網(wǎng)、智能裝備方面的應用，涉及傳感器芯片的開(kāi)發(fā)和研究的并不多。這是因為芯片研發(fā)投資極大、成本高、工藝裝備昂貴、資金回收周期長(cháng)，且技術(shù)難度風(fēng)險大?？墒侨绻袊辉趥鞲衅餍酒显黾油度?，后果可能會(huì )被國外“卡脖子”，因此需要加大在芯片方面的投入。“如果傳感器芯片性能優(yōu)良，產(chǎn)品可靠性、穩定性提高了，其應用不愁沒(méi)有市場(chǎng)。”徐開(kāi)先表示。

 

 

傳感器與計算機、通信技術(shù)被稱(chēng)為信息系統的三大支柱，我國傳感器行業(yè)發(fā)展從上世紀50年代開(kāi)始，隨著(zhù)傳感器升級換代，國家在1986年“七五”規劃中將傳感器技術(shù)確定為國家重點(diǎn)攻關(guān)項目，自此打開(kāi)了國內研究傳感器的實(shí)質(zhì)發(fā)展階段，形成了完整的傳感器產(chǎn)業(yè)鏈。

 

近年來(lái)，隨著(zhù)智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)的熱潮開(kāi)始，傳感器技術(shù)對產(chǎn)業(yè)結構調整與轉型升級發(fā)揮著(zhù)重要作用，對于占領(lǐng)戰略性新興產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)具有十分重要的戰略意義，此次《通信產(chǎn)業(yè)報》(網(wǎng))記者特別采訪(fǎng)到福建上潤精密儀器有限公司總工周永宏，聽(tīng)他講述我國傳感器的發(fā)展之路。

 

據周永宏介紹，福建上潤精密儀器有限公司1991年創(chuàng )立，發(fā)展至今已有20余年，20年來(lái)上潤儀器為各行業(yè)輸送了一批批高質(zhì)量產(chǎn)品，其中，智能壓力傳感器、電磁流量計、溫度傳感器等產(chǎn)品成功獲得中國石油、中國石化一類(lèi)物資供應商資格，高精度硅壓力傳感器技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)項目獲國家863計劃立項。

 

傳感器技術(shù)歷經(jīng)數十年的發(fā)展，到今大體可分為三代，第一代是結構型傳感器，利用結構參量變化來(lái)感受和轉化信號;第二代是在20世紀70年代發(fā)展起的固體型傳感器，這種傳感器由半導體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構成，利用材料的某些特性制成，如熱電、霍爾效應等，也稱(chēng)模擬式傳感器，也是目前占有市場(chǎng)最高份額的傳感器;第三代則是智能型傳感器，智能型傳感器是微型計算機技術(shù)與檢測技術(shù)相結合的產(chǎn)物，使傳感器具有一定的人工智能，具有機電一體化、電路數字化、傳感器微型化等特點(diǎn)，同時(shí)具有自診斷、遠程通信等功能，這也是目前傳感器企業(yè)持續深耕的領(lǐng)域。

 

周永宏表示，我國傳感器行業(yè)整體處于發(fā)展階段，沒(méi)有形成氣候，傳感器最初是作為單獨的測量?jì)x器來(lái)探測信息，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，傳感器也正逐步走向模塊化、微型化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化，傳感器技術(shù)的優(yōu)劣是衡量一個(gè)國家科技水平和是否處在國際戰略競爭制高點(diǎn)的重要標志，也是發(fā)達國家高度重視和重點(diǎn)發(fā)展的核心基礎技術(shù)。

 

數據顯示，近年來(lái)我國傳感器市場(chǎng)需求持續快速增長(cháng)，年均增長(cháng)速度超過(guò)20%，專(zhuān)家預測，2021年我國傳感器市場(chǎng)或將達一百億美元，而目前我國大量傳感器仍然依靠進(jìn)口，由此可見(jiàn)，發(fā)展傳感器技術(shù)已經(jīng)迫在眉睫。

 

周永宏表示，目前我國國內高精度、高可靠傳感器研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化能力嚴重滯后于需求，技術(shù)水平相比國外有較大差距，產(chǎn)品一致性、可靠性水平比國外低1～2個(gè)數量級，產(chǎn)品的品種和系列大約是國外的30～40%，產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化程度不足15%，這也導致高精度、高可靠傳感器嚴重依賴(lài)進(jìn)口，從而被這些發(fā)達國家壟斷。

 

對此，周永宏指出，相比國外歐姆龍、GE、霍尼韋爾、西門(mén)子等知名傳感器公司，我國傳感器公司發(fā)展主要存在三方面不足，第一是創(chuàng )新能力弱，關(guān)鍵技術(shù)尚未突破;第二是產(chǎn)業(yè)結構不合理，品種少、系列不全;第三是企業(yè)能力較弱，多為中小型企業(yè)，資金與實(shí)力不足。

 

在周永宏看來(lái)，形成這一現象的主要原因是因為傳感器的研發(fā)需要大量資金的投入而且研發(fā)周期長(cháng)，此外在高端人才上的匱乏也是我國傳感器行業(yè)難成氣候的一大原因。

 

對此，周永宏建議從四點(diǎn)著(zhù)手。一是加大核心技術(shù)研發(fā)和投入力度，注重自主知識產(chǎn)權保護;二是加強基礎材料研究，解決傳感器所需特殊材料問(wèn)題;三是解決高精密制造設備，突破高性能傳感器制造難關(guān);四是引進(jìn)、消化、吸收國外特種高精度、高性能傳感器，加強人才的引進(jìn)。

 

此外，周永宏建議，目前我國傳感器企業(yè)主要集中在長(cháng)三角地區，并逐漸形成以北京、上海、南京、深圳、沈陽(yáng)和西安等中心城市為主的區域空間布局。其中，主要傳感器企業(yè)有近一半比例分布在長(cháng)三角地區，其他依次為珠三角、京津地區、中部地區及東北地區等。在國家大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)與國家利好政策的支持下，其他區域的傳感器產(chǎn)業(yè)也將被帶動(dòng)發(fā)展起來(lái)，本土傳感器企業(yè)也有望提升技術(shù)獲取更多的市場(chǎng)份額。

 

 

“我國在常規的傳感器方面有所布局，但高精度的傳感器產(chǎn)品幾乎100%從國外進(jìn)口，技術(shù)也被國外壟斷。”博立信科技總裁吳云橋表示，國內的傳感器大都集中在中低端領(lǐng)域，無(wú)論是從穩定性、精度、感知速度，國內的傳感器都還有很大的進(jìn)步空間。

 

談及我國傳感器落后的原因，吳云橋表示，是技術(shù)、工藝以及材料多種因素造成。“傳感器涉及到研發(fā)、設計以及生產(chǎn)等環(huán)節。”吳云橋表示，“我國在材料、制程以及工藝等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域缺乏積累，所以這是一個(gè)長(cháng)期的過(guò)程。”

 

同通用芯片一樣，傳感芯片的生產(chǎn)制作過(guò)程尤為復雜。而且，在芯片生產(chǎn)加工中需要的材料中，國產(chǎn)材料的使用率不足15%，高端制程和先進(jìn)封裝領(lǐng)域，半導體材料的國產(chǎn)化率更低，且部分產(chǎn)品面臨嚴重的專(zhuān)利技術(shù)封鎖。

 

盡管如此，我國傳感器產(chǎn)業(yè)在局部追趕，在政策引導和市場(chǎng)需求驅動(dòng)下，我國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現良好的發(fā)展態(tài)勢。

 

“我們的突破口在于物聯(lián)網(wǎng)應用。”吳云橋表示，中國巨大的應用市場(chǎng)給傳感器發(fā)展帶來(lái)發(fā)展動(dòng)力。他表示，家庭智能終端的普及和機器人應用家庭化，帶來(lái)細分產(chǎn)業(yè)傳感器應用的新突破。

 

來(lái)源：通信產(chǎn)業(yè)網(wǎng)

作者：高超、黨博文、趙妍