中國傳感器產(chǎn)業(yè)處于國際中等水平，處在國內(nèi)產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的前夜，但是具有自主知識產(chǎn)權(quán)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、沈陽儀表科學(xué)研究院有限公司原院長、教授級高工徐開先接受采訪，總結(jié)了當(dāng)前中國傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、所遇到的問題以及突破口。

 

六大問題待解

 

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

 

據(jù)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(nèi)企業(yè)實(shí)力嚴(yán)重不足，90%的市場份額被外資占領(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，徐開先認(rèn)為造成這一局面的原因主要有六點(diǎn)。

 

第一，在設(shè)計(jì)、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(shè)計(jì)技術(shù)方面，傳感器的設(shè)計(jì)技術(shù)涉及多種學(xué)科、多種理論、多種材料、多種工藝及現(xiàn)場使用條件;設(shè)計(jì)軟件價(jià)格昂貴、設(shè)計(jì)過程復(fù)雜、考慮因子眾多;設(shè)計(jì)人才匱乏，設(shè)計(jì)人員不僅需了解通用設(shè)計(jì)程序和方法，還需熟悉器件制備工藝，了解器件現(xiàn)場使用條件。其次，在可靠性技術(shù)方面，通常國產(chǎn)傳感器可靠性指標(biāo)比國外同類產(chǎn)品低1-2個(gè)數(shù)量級。最后，在封裝技術(shù)方面，國內(nèi)對傳感器的封裝技術(shù)尚未形成系列、標(biāo)準(zhǔn)，也無統(tǒng)一接口，不利于用戶選用和產(chǎn)品互換。

 

第二，國內(nèi)傳感器產(chǎn)品不配套、不成系列。徐開先認(rèn)為，系列中比較易生產(chǎn)的某些規(guī)格尚能生產(chǎn)，但存在較多的重復(fù)生產(chǎn)現(xiàn)象，不利于市場競爭;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(yīng)用的、高精度、高穩(wěn)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)新依賴于新工藝裝備的問世。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(shè)計(jì)和統(tǒng)籌規(guī)劃。傳感器種類眾多、專業(yè)面廣，產(chǎn)業(yè)鏈在國內(nèi)分屬不同部門和行業(yè)，但是現(xiàn)在還沒有針對傳感器的頂層設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)研究和科學(xué)規(guī)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(chǔ)研究，欲速而不達(dá)。

 

第五，資源分散，產(chǎn)業(yè)規(guī)模小。產(chǎn)業(yè)分散主要表現(xiàn)為資金分散、技術(shù)分散、企業(yè)布局分散、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分散、市場分散;產(chǎn)業(yè)規(guī)模小主要表現(xiàn)為，國內(nèi)傳感器企業(yè)有1600余家，不過大都為小微企業(yè)，盈利能力不強(qiáng)，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(jì)基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)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，長期以來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(nèi)由于學(xué)科設(shè)置不合理，缺少復(fù)合型人才培養(yǎng)機(jī)制，往往搞設(shè)計(jì)的不懂工藝、搞工藝的不明應(yīng)用、會(huì)應(yīng)用的不曉設(shè)計(jì)。造成很多企業(yè)缺乏既懂管埋、又懂技術(shù)、還會(huì)經(jīng)營的復(fù)合型人才，以及工藝人才和技能人才。

 

產(chǎn)業(yè)突破口在哪?

 

面對這些問題，徐開先認(rèn)為應(yīng)從政策和技術(shù)兩個(gè)層面來尋找突破口。

 

在政策層面，首先要統(tǒng)籌規(guī)劃、頂層設(shè)計(jì)。國家應(yīng)對傳感器的基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)業(yè)布局、市場應(yīng)用等方面有明確的目標(biāo)和規(guī)劃。

 

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

 

最后，要集中力量，聯(lián)合攻關(guān)。對某些關(guān)鍵的傳感器項(xiàng)目、“卡脖子”的產(chǎn)品，應(yīng)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(qiáng)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(jī)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(yuǎn)、技術(shù)成熟、產(chǎn)品系列化、工藝裝備復(fù)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(yīng)用為主。國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)，大部分都在從事傳感器應(yīng)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(yīng)用，涉及傳感器芯片的開發(fā)和研究的并不多。這是因?yàn)樾酒邪l(fā)投資極大、成本高、工藝裝備昂貴、資金回收周期長，且技術(shù)難度風(fēng)險(xiǎn)大。可是如果中國不在傳感器芯片上增加投入，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(wěn)定性提高了，其應(yīng)用不愁沒有市場。”徐開先表示。

 

 

傳感器與計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)被稱為信息系統(tǒng)的三大支柱，我國傳感器行業(yè)發(fā)展從上世紀(jì)50年代開始，隨著傳感器升級換代，國家在1986年“七五”規(guī)劃中將傳感器技術(shù)確定為國家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，自此打開了國內(nèi)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，隨著智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)的熱潮開始，傳感器技術(shù)對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與轉(zhuǎn)型升級發(fā)揮著重要作用，對于占領(lǐng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，此次《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》(網(wǎng))記者特別采訪到福建上潤精密儀器有限公司總工周永宏，聽他講述我國傳感器的發(fā)展之路。

 

據(jù)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(jì)、溫度傳感器等產(chǎn)品成功獲得中國石油、中國石化一類物資供應(yīng)商資格，高精度硅壓力傳感器技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)項(xiàng)目獲國家863計(jì)劃立項(xiàng)。

 

傳感器技術(shù)歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，到今大體可分為三代，第一代是結(jié)構(gòu)型傳感器，利用結(jié)構(gòu)參量變化來感受和轉(zhuǎn)化信號;第二代是在20世紀(jì)70年代發(fā)展起的固體型傳感器，這種傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，利用材料的某些特性制成，如熱電、霍爾效應(yīng)等，也稱模擬式傳感器，也是目前占有市場最高份額的傳感器;第三代則是智能型傳感器，智能型傳感器是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與檢測技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，使傳感器具有一定的人工智能，具有機(jī)電一體化、電路數(shù)字化、傳感器微型化等特點(diǎn)，同時(shí)具有自診斷、遠(yuǎn)程通信等功能，這也是目前傳感器企業(yè)持續(xù)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，沒有形成氣候，傳感器最初是作為單獨(dú)的測量儀器來探測信息，隨著技術(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(zhàn)略競爭制高點(diǎn)的重要標(biāo)志，也是發(fā)達(dá)國家高度重視和重點(diǎn)發(fā)展的核心基礎(chǔ)技術(shù)。

 

數(shù)據(jù)顯示，近年來我國傳感器市場需求持續(xù)快速增長，年均增長速度超過20%，專家預(yù)測，2021年我國傳感器市場或?qū)⑦_(dá)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，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(nèi)高精度、高可靠傳感器研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化能力嚴(yán)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(shù)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(dǎo)致高精度、高可靠傳感器嚴(yán)重依賴進(jìn)口，從而被這些發(fā)達(dá)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(jié)構(gòu)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，形成這一現(xiàn)象的主要原因是因?yàn)閭鞲衅鞯难邪l(fā)需要大量資金的投入而且研發(fā)周期長，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(quán)保護(hù);二是加強(qiáng)基礎(chǔ)材料研究，解決傳感器所需特殊材料問題;三是解決高精密制造設(shè)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(qiáng)人才的引進(jìn)。

 

此外，周永宏建議，目前我國傳感器企業(yè)主要集中在長三角地區(qū)，并逐漸形成以北京、上海、南京、深圳、沈陽和西安等中心城市為主的區(qū)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三角地區(qū)，其他依次為珠三角、京津地區(qū)、中部地區(qū)及東北地區(qū)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(qū)域的傳感器產(chǎn)業(yè)也將被帶動(dòng)發(fā)展起來，本土傳感器企業(yè)也有望提升技術(shù)獲取更多的市場份額。

 

 

“我國在常規(guī)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(nèi)的傳感器大都集中在中低端領(lǐng)域，無論是從穩(wěn)定性、精度、感知速度，國內(nèi)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(shè)計(jì)以及生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。”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)長期的過程。”

 

同通用芯片一樣，傳感芯片的生產(chǎn)制作過程尤為復(fù)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(dǎo)體材料的國產(chǎn)化率更低，且部分產(chǎn)品面臨嚴(yán)重的專利技術(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(dǎo)和市場需求驅(qū)動(dòng)下，我國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢。

 

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

 

來源：通信產(chǎn)業(yè)網(wǎng)

作者：高超、黨博文、趙妍