隨著《中國制造2025》、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃以及《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》的大力推進(jìn)，傳感器技術(shù)及傳感器產(chǎn)業(yè)的重要地位日益凸顯。與歐美日發(fā)達(dá)國家相比，我國傳感器產(chǎn)業(yè)相對(duì)落后，但在傳感器技術(shù)由傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向新型的關(guān)鍵階段，如果能抓住機(jī)遇，還是有“彎道超車”的可能。
一部智能手機(jī)中要用到十幾種傳感器，一部高檔汽車?yán)锟赡芤玫綆装賯€(gè)傳感器，一個(gè)現(xiàn)代化的智能工廠中用到的傳感器數(shù)量動(dòng)輒以萬計(jì)。傳感器已經(jīng)滲透到人們生產(chǎn)生活的方方面面。
賽迪顧問預(yù)測，“十三五”期間，我國傳感器市場年均復(fù)合增長率將達(dá)到31%以上。而根據(jù)《第三次工業(yè)革命》和《零邊際成本社會(huì)》作者杰里米·里夫金的大膽猜想，到2030年時(shí)，全球應(yīng)用的傳感器數(shù)量將從2013年的35億個(gè)突飛猛進(jìn)到超過100萬億個(gè)，人與自然環(huán)境將通過傳感器緊密相連。
“傳感器是提升我國現(xiàn)代信息技術(shù)、帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的最好突破口。”中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所所長王曦表示，“在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，傳感器整體起步較晚，我國與國外的差距較小，而現(xiàn)在正是由傳統(tǒng)向新型傳感器轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，布局得當(dāng)有可能實(shí)現(xiàn)‘彎道超車’。”
中高端傳感器
進(jìn)口占比達(dá)80%
據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)估算，我國2014年敏感元件與傳感器銷售額突破1200億元;2015年需求量可達(dá)約652.9億只，增長率高于18%，銷售額將突破1300億元。目前，我國已經(jīng)有1700余家從事傳感器研制、生產(chǎn)和應(yīng)用的企事業(yè)單位，傳感器產(chǎn)品達(dá)到10大類、42小類、6000多個(gè)品種。
中國傳感器產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成從技術(shù)研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)體系，部分細(xì)分領(lǐng)域已躋身世界領(lǐng)先水平。
但就總體水平而言，國產(chǎn)的傳感器產(chǎn)品仍以中低端為主，技術(shù)水平相對(duì)落后。中國市場上的中高端傳感器進(jìn)口占比達(dá)80%，數(shù)字化、智能化、微型化產(chǎn)品嚴(yán)重欠缺。
“國內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品主要集中在低端的壓力、溫度、應(yīng)變片等低附加值產(chǎn)品，近年內(nèi)有幾家企業(yè)開始MEMS產(chǎn)品的生產(chǎn)，其中麥克風(fēng)產(chǎn)品勢頭發(fā)展較好，但其他如壓力、加速度、陀螺等也是比較低端的產(chǎn)品。”清華大學(xué)微電子學(xué)研究所王喆垚教授在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示。
與歐美日相比，國內(nèi)在整個(gè)傳感器產(chǎn)業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)都是落后的，制造技術(shù)和封裝技術(shù)更加明顯。基礎(chǔ)環(huán)節(jié)的問題解決不夠徹底，原始性創(chuàng)新的產(chǎn)品少，導(dǎo)致產(chǎn)品的附加值和市場份額都比較低。
“我國傳感器產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過程中存在缺乏技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展專業(yè)人才、行業(yè)文化與產(chǎn)業(yè)化不相適應(yīng)、市場適應(yīng)性與擬合度不高而綜合成本過高、與國際化市場對(duì)接能力不夠、企業(yè)體制和機(jī)制嚴(yán)重制約等諸多問題。從行業(yè)整體來看，集中表現(xiàn)為一個(gè)‘散’字。”工業(yè)和信息化部電子元器件行業(yè)發(fā)展研究中心總工程師郭源生指出。
物聯(lián)網(wǎng)傳感器有望
“彎道超車”
傳感器是物聯(lián)網(wǎng)感知層中的重要組成部分，承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)闹厝危俏锫?lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和前提。數(shù)據(jù)顯示，全球物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模在2025年有望達(dá)到11萬億美元，相應(yīng)的傳感器市場也將達(dá)到數(shù)千億美元的市場規(guī)模。
王曦認(rèn)為，整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)都將得益于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。雖然我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起步較晚，但物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，不僅讓中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)有了更大的市場空間，更是帶來了趕超國際先進(jìn)水平、做到世界第一的機(jī)會(huì)。
傳感器產(chǎn)業(yè)整體起步較晚，我國與國外的差距較小，而現(xiàn)在正是由傳統(tǒng)向新型傳感器轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段，布局得當(dāng)有可能實(shí)現(xiàn)“彎道超車”。
物聯(lián)網(wǎng)所需的大量傳感器芯片只需完成簡單的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和傳輸，這就要求芯片必須低功耗、低價(jià)格。借助現(xiàn)有的材料、封裝技術(shù)，這些性能在45nm芯片上即可完美呈現(xiàn)。而我國在45nm左右制程和8英寸晶圓上有成熟的產(chǎn)業(yè)布局，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，這些產(chǎn)能將得到最大程度的釋放。
所以說，一方面物聯(lián)網(wǎng)的超大規(guī)模市場將大大拉動(dòng)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;另一方面，物聯(lián)網(wǎng)所需傳感器的特性也有望改變集成電路發(fā)展路徑，讓現(xiàn)有制程的集成電路有了更多發(fā)揮空間，這對(duì)我國集成電路的發(fā)展是極大的機(jī)會(huì)。
此外，傳感器產(chǎn)業(yè)不僅蘊(yùn)含著巨大的市場，更是與國家信息安全緊密相關(guān)。傳感器作為外界信息的重要來源和物聯(lián)網(wǎng)信息互聯(lián)的基礎(chǔ)，也成為易受攻擊的環(huán)節(jié)之一。若有閃失，不僅可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄露和網(wǎng)絡(luò)入侵等問題，更有可能將虛假數(shù)據(jù)傳入網(wǎng)絡(luò)沖擊后續(xù)所有應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)傳感器的自主可控和安全可靠，是保障我國信息安全不可缺失的重要一環(huán)。
國家應(yīng)出臺(tái)
具有延續(xù)性的產(chǎn)業(yè)政策
專家指出，由于傳感器產(chǎn)業(yè)橫跨多個(gè)領(lǐng)域，長期以來分屬不同的行業(yè)及部門管理，致使產(chǎn)業(yè)管理過于分散，缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)機(jī)制，各行業(yè)主管部門所制定的傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，因管理范圍不同難免會(huì)有局限性。國家長期以來出臺(tái)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，缺乏基于全產(chǎn)業(yè)鏈高度的戰(zhàn)略規(guī)劃，無法滿足國內(nèi)高速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)需求。
為此，郭源生建議，政府應(yīng)對(duì)傳感器行業(yè)重新定位并確立發(fā)展目標(biāo)，結(jié)合行業(yè)特征進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，制定產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的中長期戰(zhàn)略規(guī)劃，出臺(tái)具有延續(xù)性的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)宏觀引導(dǎo)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新能力的提升。對(duì)行業(yè)進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)布局，為行業(yè)持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件。
針對(duì)行業(yè)的具體發(fā)展措施，王喆垚表示，由于傳感器種類多、差異大，因此難以通過一個(gè)代工廠的模式促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的進(jìn)步。從國外傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來看，主要的幾家企業(yè)都是從具體產(chǎn)品突破，包括設(shè)計(jì)、制造、封裝、信號(hào)處理等，由一個(gè)企業(yè)把整個(gè)技術(shù)鏈吃透，然后圍繞著基于類似技術(shù)的產(chǎn)品，再逐漸擴(kuò)大產(chǎn)品種類和規(guī)模。盡管也有少數(shù)企業(yè)如美國的Invensense等，自己沒有生產(chǎn)線，完全依靠代工成長為大型企業(yè)，但他們在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和封裝方面有原始性的創(chuàng)新，才能得以發(fā)展。
王喆垚強(qiáng)調(diào)，如果在設(shè)計(jì)、制造和封裝環(huán)節(jié)沒有獨(dú)特的創(chuàng)新技術(shù)，就必須把制造工藝、噪聲抑制、封裝和讀出電路等主要技術(shù)環(huán)節(jié)充分掌握和突破，然后才可以依靠成本優(yōu)勢進(jìn)行競爭;高附加值的產(chǎn)品則必須依靠原始性的創(chuàng)新，包括設(shè)計(jì)、制造和封裝等一個(gè)或多個(gè)環(huán)節(jié)。
研發(fā)投入也是傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大痛點(diǎn)。傳感器與傳統(tǒng)IC的重大區(qū)別在于多種類和個(gè)性化，不同的器件之間沒有完全標(biāo)準(zhǔn)的工藝，涉及不同的參量，導(dǎo)致每個(gè)系列的產(chǎn)品都要從前端研發(fā)重新投入，因此前期研發(fā)需要大量的資金與時(shí)間。同時(shí)，中高端的MEMS器件良品率約為70%～80%，需要通過大量數(shù)據(jù)來穩(wěn)定一個(gè)工藝，長期的改進(jìn)和磨合工藝也需要持續(xù)投入。
對(duì)此，北京大學(xué)微納電子學(xué)研究院主任廖懷林向《中國電子報(bào)》記者建議，應(yīng)建立中立的、無依托單位的國家傳感器研發(fā)中心，由國家基金、風(fēng)險(xiǎn)基金、企業(yè)投資進(jìn)行完全市場化運(yùn)作，重點(diǎn)解決企業(yè)研發(fā)能力弱、研發(fā)投入不足或者風(fēng)險(xiǎn)高、科研單位技術(shù)轉(zhuǎn)移困難等問題。
“相關(guān)項(xiàng)目可按照一定比例投入，如企業(yè)和研發(fā)中心1∶10。企業(yè)可以獲得項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化的優(yōu)先權(quán)，研發(fā)中心在企業(yè)有盈利的情況下可以通過產(chǎn)業(yè)授權(quán)獲得回報(bào)。”廖懷林提出，“項(xiàng)目既可以是由研發(fā)中心通過自己的技術(shù)委員會(huì)遴選的，也可以來自企業(yè)委托或者是由科研單位轉(zhuǎn)入的成套技術(shù)。而且不妨讓科研單位人員保留人事關(guān)系，帶著技術(shù)到研發(fā)中心組織產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。”