传感器产业六大问题待解

时间:2018-12-06 09:56来源:MEMS

摘要:中国仪器仪表行业协会传感器分会名誉理事长徐开先:传感器产业六大问题待解

中国传感器产业处于国际中等水平,处在国内产业大发展的前夜,但是具有自主知识产权的核心技术不多,产业效益也不明显。日前,中国仪器仪表行业协会传感器分会名誉理事长、沈阳仪表科学研究院有限公司原院长、教授级高工徐开先接受了《通信产业报》(网)记者采访,总结了当前中国传感器产业的发展现状、所遇到的问题以及突破口。
 
六大问题待解
尽管中国在传感器领域取得了一定的突破,但是在国内市场,在关键行业,关键技术,高附加值应用上,国际品牌还处于垄断地位。
 
据了解,高档传感器产品几乎全部从国外进口,90%芯片从国外进口。高端智能装备领域光纤传感器的技术及产品与国外相比尚有较大差距。温度传感器中对NTC热敏电阻器,国内企业实力严重不足,90%的市场份额被外资占领。极高温、耐辐射、耐高压的温度传感器尚不能批量生产。
 
对此,徐开先认为造成这一局面的原因主要有六点。
 
第一,在设计、可靠性、封装技术等方面的共性关键技术尚未真正突破。首先,在设计技术方面,传感器的设计技术涉及多种学科、多种理论、多种材料、多种工艺及现场使用条件;设计软件价格昂贵、设计过程复杂、考虑因子众多;设计人才匮乏,设计人员不仅需了解通用设计程序和方法,还需熟悉器件制备工艺,了解器件现场使用条件。其次,在可靠性技术方面,通常国产传感器可靠性指标比国外同类产品低1-2个数量级。最后,在封装技术方面,国内对传感器的封装技术尚未形成系列、标准,也无统一接口,不利于用户选用和产品互换。
 
第二,国内传感器产品不配套、不成系列。徐开先认为,系列中比较易生产的某些规格尚能生产,但存在较多的重复生产现象,不利于市场竞争;系列高端的产品往往不能生产,多需国外进口,如工业自动化仪表中广为应用的、高精度、高稳定的低微差压传感器(量程≤1KPa),高差压、高静压传感器(量程≥3MPa、静压≥60MPa)。
 
第三,传感器工艺装备不受重视。传感器工艺创新依赖于新工艺装备的问世。在传感器工艺装备的研发与生产方面,一般都是企业自筹资金进行研发,但是资金、人力有限,不利于传感器工艺研究的创新。
 
第四,缺乏顶层设计和统筹规划。传感器种类众多、专业面广,产业链在国内分属不同部门和行业,但是现在还没有针对传感器的顶层设计进行系统研究和科学规划。此外,虽然国家对传感器产业有所投资,但是很多企业急于求成,忽视基础研究,欲速而不达。
 
第五,资源分散,产业规模小。产业分散主要表现为资金分散、技术分散、企业布局分散、产业结构分散、市场分散;产业规模小主要表现为,国内传感器企业有1600余家,不过大都为小微企业,盈利能力不强,缺乏引领技术的龙头企业。
 
第六,传感器高端人才匮乏。人才是创新的根本,影响传感器发展的最大瓶颈是优秀研发人才匮乏,由于传感器行业经济基础、技术基础、产业基础较为薄弱,加之传感器产业涉及学科多,要求知识面广,新技术层出不穷,长期以来很难吸引国际顶级人才投身到传感器行业工作;加之国内由于学科设置不合理,缺少复合型人才培养机制,往往搞设计的不懂工艺、搞工艺的不明应用、会应用的不晓设计。造成很多企业缺乏既懂管埋、又懂技术、还会经营的复合型人才,以及工艺人才和技能人才。
 
产业突破口在哪?
面对这些问题,徐开先认为应从政策和技术两个层面来寻找突破口。
 
在政策层面,首先要统筹规划、顶层设计。国家应对传感器的基础研究、产品开发、产业布局、市场应用等方面有明确的目标和规划。
 
其次,要增加投入、国家立项。与对IC的投入相比,国家对传感器的投入相对不足,投资强度和连续性有待提高,而且还需要国家增加传感器项目的立项。
 
最后,要集中力量,联合攻关。对某些关键的传感器项目、“卡脖子”的产品,应由国家出面组织联合攻关,集中国之优势,集中力量办大事。
 
在技术层面,首先加强IC与MEMS技术的集成与融合。IC与MEMS的集成与融合,是传感技术产业发展的必由之路,特别是高档传感器、智能传感器。IC企业(院校)与MEMS企业的合作与互惠互利,关系到传感器产业之成败。
 
其次,重点放在非硅基的新材料、新机理、新工艺传感器的研究。因硅基传感器,国外研究时间久远、技术成熟、产品系列化、工艺装备复杂昂贵,产业化水平高,要想突破和超越难度极大。
 
最后,从芯片入手,以应用为主。国内传感器产业,大部分都在从事传感器应用方面的研发和生产,特别是在物联网、智能装备方面的应用,涉及传感器芯片的开发和研究的并不多。这是因为芯片研发投资极大、成本高、工艺装备昂贵、资金回收周期长,且技术难度风险大。可是如果中国不在传感器芯片上增加投入,后果可能会被国外“卡脖子”,因此需要加大在芯片方面的投入。“如果传感器芯片性能优良,产品可靠性、稳定性提高了,其应用不愁没有市场。”徐开先表示。
 
福建上润精密仪器总工周永宏:发展传感器技术仍需突破“三道坎”
传感器与计算机、通信技术被称为信息系统的三大支柱,我国传感器行业发展从上世纪50年代开始,随着传感器升级换代,国家在1986年“七五”规划中将传感器技术确定为国家重点攻关项目,自此打开了国内研究传感器的实质发展阶段,形成了完整的传感器产业链。
 
近年来,随着智慧城市与物联网的热潮开始,传感器技术对产业结构调整与转型升级发挥着重要作用,对于占领战略性新兴产业的制高点具有十分重要的战略意义,此次《通信产业报》(网)记者特别采访到福建上润精密仪器有限公司总工周永宏,听他讲述我国传感器的发展之路。
 
据周永宏介绍,福建上润精密仪器有限公司1991年创立,发展至今已有20余年,20年来上润仪器为各行业输送了一批批高质量产品,其中,智能压力传感器、电磁流量计、温度传感器等产品成功获得中国石油、中国石化一类物资供应商资格,高精度硅压力传感器技术研究与产业化开发项目获国家863计划立项。
 
传感器技术历经数十年的发展,到今大体可分为三代,第一代是结构型传感器,利用结构参量变化来感受和转化信号;第二代是在20世纪70年代发展起的固体型传感器,这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,利用材料的某些特性制成,如热电、霍尔效应等,也称模拟式传感器,也是目前占有市场最高份额的传感器;第三代则是智能型传感器,智能型传感器是微型计算机技术与检测技术相结合的产物,使传感器具有一定的人工智能,具有机电一体化、电路数字化、传感器微型化等特点,同时具有自诊断、远程通信等功能,这也是目前传感器企业持续深耕的领域。
 
周永宏表示,我国传感器行业整体处于发展阶段,没有形成气候,传感器最初是作为单独的测量仪器来探测信息,随着技术的发展与进步,传感器也正逐步走向模块化、微型化、智能化、网络化,传感器技术的优劣是衡量一个国家科技水平和是否处在国际战略竞争制高点的重要标志,也是发达国家高度重视和重点发展的核心基础技术。
 
数据显示,近年来我国传感器市场需求持续快速增长,年均增长速度超过20%,专家预测,2021年我国传感器市场或将达一百亿美元,而目前我国大量传感器仍然依靠进口,由此可见,发展传感器技术已经迫在眉睫。
 
周永宏表示,目前我国国内高精度、高可靠传感器研发及产业化能力严重滞后于需求,技术水平相比国外有较大差距,产品一致性、可靠性水平比国外低1~2个数量级,产品的品种和系列大约是国外的30~40%,产品的产业化程度不足15%,这也导致高精度、高可靠传感器严重依赖进口,从而被这些发达国家垄断。
 
对此,周永宏指出,相比国外欧姆龙、GE、霍尼韦尔、西门子等知名传感器公司,我国传感器公司发展主要存在三方面不足,第一是创新能力弱,关键技术尚未突破;第二是产业结构不合理,品种少、系列不全;第三是企业能力较弱,多为中小型企业,资金与实力不足。
 
在周永宏看来,形成这一现象的主要原因是因为传感器的研发需要大量资金的投入而且研发周期长,此外在高端人才上的匮乏也是我国传感器行业难成气候的一大原因。
 
对此,周永宏建议从四点着手。一是加大核心技术研发和投入力度,注重自主知识产权保护;二是加强基础材料研究,解决传感器所需特殊材料问题;三是解决高精密制造设备,突破高性能传感器制造难关;四是引进、消化、吸收国外特种高精度、高性能传感器,加强人才的引进。
 
此外,周永宏建议,目前我国传感器企业主要集中在长三角地区,并逐渐形成以北京、上海、南京、深圳、沈阳和西安等中心城市为主的区域空间布局。其中,主要传感器企业有近一半比例分布在长三角地区,其他依次为珠三角、京津地区、中部地区及东北地区等。在国家大力发展物联网与国家利好政策的支持下,其他区域的传感器产业也将被带动发展起来,本土传感器企业也有望提升技术获取更多的市场份额。
 
博立信科技总裁吴云桥:中国传感器产业突破口在物联网应用
“我国在常规的传感器方面有所布局,但高精度的传感器产品几乎100%从国外进口,技术也被国外垄断。”博立信科技总裁吴云桥表示,国内的传感器大都集中在中低端领域,无论是从稳定性、精度、感知速度,国内的传感器都还有很大的进步空间。
 
谈及我国传感器落后的原因,吴云桥表示,是技术、工艺以及材料多种因素造成。“传感器涉及到研发、设计以及生产等环节。”吴云桥表示,“我国在材料、制程以及工艺等关键技术领域缺乏积累,所以这是一个长期的过程。”
 
同通用芯片一样,传感芯片的生产制作过程尤为复杂。而且,在芯片生产加工中需要的材料中,国产材料的使用率不足15%,高端制程和先进封装领域,半导体材料的国产化率更低,且部分产品面临严重的专利技术封锁。
 
尽管如此,我国传感器产业在局部追赶,在政策引导和市场需求驱动下,我国传感器产业发展呈现良好的发展态势。
 
“我们的突破口在于物联网应用。”吴云桥表示,中国巨大的应用市场给传感器发展带来发展动力。他表示,家庭智能终端的普及和机器人应用家庭化,带来细分产业传感器应用的新突破。
 

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