中國傳感器產業處于國際中等水平，處在國內產業大發展的前夜，但是具有自主知識產權的核心技術不多，產業效益也不明顯。日前，中國儀器儀表行業協會傳感器分會名譽理事長、沈陽儀表科學研究院有限公司原院長、教授級高工徐開先接受采訪，總結了當前中國傳感器產業的發展現狀、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域取得了一定的突破，但是在國內市場，在關鍵行業，關鍵技術，高附加值應用上，國際品牌還處于壟斷地位。

 

據了解，高檔傳感器產品幾乎全部從國外進口，90%芯片從國外進口。高端智能裝備領域光纖傳感器的技術及產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，國內企業實力嚴重不足，90%的市場份額被外資占領。極高溫、耐輻射、耐高壓的溫度傳感器尚不能批量生產。

 

對此，徐開先認為造成這一局面的原因主要有六點。

 

第一，在設計、可靠性、封裝技術等方面的共性關鍵技術尚未真正突破。首先，在設計技術方面，傳感器的設計技術涉及多種學科、多種理論、多種材料、多種工藝及現場使用條件;設計軟件價格昂貴、設計過程復雜、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，了解器件現場使用條件。其次，在可靠性技術方面，通常國產傳感器可靠性指標比國外同類產品低1-2個數量級。最后，在封裝技術方面，國內對傳感器的封裝技術尚未形成系列、標準，也無統一接口，不利于用戶選用和產品互換。

 

第二，國內傳感器產品不配套、不成系列。徐開先認為，系列中比較易生產的某些規格尚能生產，但存在較多的重復生產現象，不利于市場競爭;系列高端的產品往往不能生產，多需國外進口，如工業自動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。傳感器工藝創新依賴于新工藝裝備的問世。在傳感器工藝裝備的研發與生產方面，一般都是企業自籌資金進行研發，但是資金、人力有限，不利于傳感器工藝研究的創新。

 

第四，缺乏頂層設計和統籌規劃。傳感器種類眾多、專業面廣，產業鏈在國內分屬不同部門和行業，但是現在還沒有針對傳感器的頂層設計進行系統研究和科學規劃。此外，雖然國家對傳感器產業有所投資，但是很多企業急于求成，忽視基礎研究，欲速而不達。

 

第五，資源分散，產業規模小。產業分散主要表現為資金分散、技術分散、企業布局分散、產業結構分散、市場分散;產業規模小主要表現為，國內傳感器企業有1600余家，不過大都為小微企業，盈利能力不強，缺乏引領技術的龍頭企業。

 

第六，傳感器高端人才匱乏。人才是創新的根本，影響傳感器發展的最大瓶頸是優秀研發人才匱乏，由于傳感器行業經濟基礎、技術基礎、產業基礎較為薄弱，加之傳感器產業涉及學科多，要求知識面廣，新技術層出不窮，長期以來很難吸引國際頂級人才投身到傳感器行業工作;加之國內由于學科設置不合理，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、會應用的不曉設計。造成很多企業缺乏既懂管埋、又懂技術、還會經營的復合型人才，以及工藝人才和技能人才。

 

產業突破口在哪?

 

面對這些問題，徐開先認為應從政策和技術兩個層面來尋找突破口。

 

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、產品開發、產業布局、市場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，聯合攻關。對某些關鍵的傳感器項目、“卡脖子”的產品，應由國家出面組織聯合攻關，集中國之優勢，集中力量辦大事。

 

在技術層面，首先加強IC與MEMS技術的集成與融合。IC與MEMS的集成與融合，是傳感技術產業發展的必由之路，特別是高檔傳感器、智能傳感器。IC企業(院校)與MEMS企業的合作與互惠互利，關系到傳感器產業之成敗。

 

其次，重點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，國外研究時間久遠、技術成熟、產品系列化、工藝裝備復雜昂貴，產業化水平高，要想突破和超越難度極大。

 

最后，從芯片入手，以應用為主。國內傳感器產業，大部分都在從事傳感器應用方面的研發和生產，特別是在物聯網、智能裝備方面的應用，涉及傳感器芯片的開發和研究的并不多。這是因為芯片研發投資極大、成本高、工藝裝備昂貴、資金回收周期長，且技術難度風險大?？墒侨绻袊辉趥鞲衅餍酒显黾油度?，后果可能會被國外“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良，產品可靠性、穩定性提高了，其應用不愁沒有市場。”徐開先表示。

 

 

傳感器與計算機、通信技術被稱為信息系統的三大支柱，我國傳感器行業發展從上世紀50年代開始，隨著傳感器升級換代，國家在1986年“七五”規劃中將傳感器技術確定為國家重點攻關項目，自此打開了國內研究傳感器的實質發展階段，形成了完整的傳感器產業鏈。

 

近年來，隨著智慧城市與物聯網的熱潮開始，傳感器技術對產業結構調整與轉型升級發揮著重要作用，對于占領戰略性新興產業的制高點具有十分重要的戰略意義，此次《通信產業報》(網)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展之路。

 

據周永宏介紹，福建上潤精密儀器有限公司1991年創立，發展至今已有20余年，20年來上潤儀器為各行業輸送了一批批高質量產品，其中，智能壓力傳感器、電磁流量計、溫度傳感器等產品成功獲得中國石油、中國石化一類物資供應商資格，高精度硅壓力傳感器技術研究與產業化開發項目獲國家863計劃立項。

 

傳感器技術歷經數十年的發展，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感受和轉化信號;第二代是在20世紀70年代發展起的固體型傳感器，這種傳感器由半導體、電介質、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算機技術與檢測技術相結合的產物，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，同時具有自診斷、遠程通信等功能，這也是目前傳感器企業持續深耕的領域。

 

周永宏表示，我國傳感器行業整體處于發展階段，沒有形成氣候，傳感器最初是作為單獨的測量儀器來探測信息，隨著技術的發展與進步，傳感器也正逐步走向模塊化、微型化、智能化、網絡化，傳感器技術的優劣是衡量一個國家科技水平和是否處在國際戰略競爭制高點的重要標志，也是發達國家高度重視和重點發展的核心基礎技術。

 

數據顯示，近年來我國傳感器市場需求持續快速增長，年均增長速度超過20%，專家預測，2021年我國傳感器市場或將達一百億美元，而目前我國大量傳感器仍然依靠進口，由此可見，發展傳感器技術已經迫在眉睫。

 

周永宏表示，目前我國國內高精度、高可靠傳感器研發及產業化能力嚴重滯后于需求，技術水平相比國外有較大差距，產品一致性、可靠性水平比國外低1～2個數量級，產品的品種和系列大約是國外的30～40%，產品的產業化程度不足15%，這也導致高精度、高可靠傳感器嚴重依賴進口，從而被這些發達國家壟斷。

 

對此，周永宏指出，相比國外歐姆龍、GE、霍尼韋爾、西門子等知名傳感器公司，我國傳感器公司發展主要存在三方面不足，第一是創新能力弱，關鍵技術尚未突破;第二是產業結構不合理，品種少、系列不全;第三是企業能力較弱，多為中小型企業，資金與實力不足。

 

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

 

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

 

此外，周永宏建議，目前我國傳感器企業主要集中在長三角地區，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域空間布局。其中，主要傳感器企業有近一半比例分布在長三角地區，其他依次為珠三角、京津地區、中部地區及東北地區等。在國家大力發展物聯網與國家利好政策的支持下，其他區域的傳感器產業也將被帶動發展起來，本土傳感器企業也有望提升技術獲取更多的市場份額。

 

 

“我國在常規的傳感器方面有所布局，但高精度的傳感器產品幾乎100%從國外進口，技術也被國外壟斷。”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域，無論是從穩定性、精度、感知速度，國內的傳感器都還有很大的進步空間。

 

談及我國傳感器落后的原因，吳云橋表示，是技術、工藝以及材料多種因素造成。“傳感器涉及到研發、設計以及生產等環節。”吳云橋表示，“我國在材料、制程以及工藝等關鍵技術領域缺乏積累，所以這是一個長期的過程。”

 

同通用芯片一樣，傳感芯片的生產制作過程尤為復雜。而且，在芯片生產加工中需要的材料中，國產材料的使用率不足15%，高端制程和先進封裝領域，半導體材料的國產化率更低，且部分產品面臨嚴重的專利技術封鎖。

 

盡管如此，我國傳感器產業在局部追趕，在政策引導和市場需求驅動下，我國傳感器產業發展呈現良好的發展態勢。

 

“我們的突破口在于物聯網應用。”吳云橋表示，中國巨大的應用市場給傳感器發展帶來發展動力。他表示，家庭智能終端的普及和機器人應用家庭化，帶來細分產業傳感器應用的新突破。

 

來源：通信產業網

作者：高超、黨博文、趙妍