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站在物联网风口,传感器产业弯道超车?

    2016-03-07 14:15

随着《中国制造2025》、“互联网+”行动计划以及《国家集成电路产业发展推进纲要》的大力推进,传感器技术及传感器产业的重要地位日益凸显。与欧美日发达国家相比,我国传感器产业相对落后,但在传感器技术由传统转向新型的关键阶段,如果能抓住机遇,还是有“弯道超车”的可能。本报将推出“传感中国”系列报道,从不同应用领域分析我国自主发展传感器产业的可行之路,敬请关注。

一部智能手机中要用到十几种传感器,一部高档汽车里可能要用到几百个传感器,一个现代化的智能工厂中用到的传感器数量动辄以万计。传感器已经渗透到人们生产生活的方方面面。

赛迪顾问预测,“十三五”期间,我国传感器市场年均复合增长率将达到31%以上。而根据《第三次工业革命》和《零边际成本社会》作者杰里米·里夫金的大胆猜想,到2030年时,全球应用的传感器数量将从2013年的35亿个突飞猛进到超过100万亿个,人与自然环境将通过传感器紧密相连。

“传感器是提升我国现代信息技术、带动产业化发展的最好突破口。”中国科学院上海微系统与信息技术研究所所长王曦表示,“在全球半导体产业中,传感器整体起步较晚,我国与国外的差距较小,而现在正是由传统向新型传感器转型的关键阶段,布局得当有可能实现‘弯道超车’。”

中高端传感器进口占比达80%

据行业统计估算,我国2014年敏感元件与传感器销售额突破1200亿元;2015年需求量可达约652.9亿只,增长率高于18%,销售额将突破1300亿元。目前,我国已经有1700余家从事传感器研制、生产和应用的企事业单位,传感器产品达到10大类、42小类、6000多个品种。

中国传感器产业已经形成从技术研发、设计、生产到应用的完整产业体系,部分细分领域已跻身世界领先水平。

但就总体水平而言,国产的传感器产品仍以中低端为主,技术水平相对落后。中国市场上的中高端传感器进口占比达80%,数字化、智能化、微型化产品严重欠缺。

“国内企业的产品主要集中在低端的压力、温度、应变片等低附加值产品,近年内有几家企业开始MEMS产品的生产,其中麦克风产品势头发展较好,但其他如压力、加速度、陀螺等也是比较低端的产品。”清华大学微电子学研究所王喆垚教授在接受《中国电子报》记者采访时表示。

与欧美日相比,国内在整个传感器产业的各个环节都是落后的,制造技术和封装技术更加明显。基础环节的问题解决不够彻底,原始性创新的产品少,导致产品的附加值和市场份额都比较低。

“我国传感器产业在发展过程中存在缺乏技术开发和产业化发展专业人才、行业文化与产业化不相适应、市场适应性与拟合度不高而综合成本过高、与国际化市场对接能力不够、企业体制和机制严重制约等诸多问题。从行业整体来看,集中表现为一个‘散’字。”工业和信息化部电子元器件行业发展研究中心总工程师郭源生指出。

物联网传感器有望“弯道超车”

传感器是物联网感知层中的重要组成部分,承担着数据采集和传输的重任,是物联网实现的基础和前提。数据显示,全球物联网市场规模在2025年有望达到11万亿美元,相应的传感器市场也将达到数千亿美元的市场规模。

王曦认为,整个半导体产业都将得益于物联网的发展。虽然我国半导体产业起步较晚,但物联网的快速发展,不仅让中国半导体产业有了更大的市场空间,更是带来了赶超国际先进水平、做到世界第一的机会。

传感器产业整体起步较晚,我国与国外的差距较小,而现在正是由传统向新型传感器转型的关键阶段,布局得当有可能实现“弯道超车”。

物联网所需的大量传感器芯片只需完成简单的数据采集、存储和传输,这就要求芯片必须低功耗、低价格。借助现有的材料、封装技术,这些性能在45nm芯片上即可完美呈现。而我国在45nm左右制程和8英寸晶圆上有成熟的产业布局,随着物联网的发展,这些产能将得到最大程度的释放。

所以说,一方面物联网的超大规模市场将大大拉动集成电路产业的发展;另一方面,物联网所需传感器的特性也有望改变集成电路发展路径,让现有制程的集成电路有了更多发挥空间,这对我国集成电路的发展是极大的机会。

此外,传感器产业不仅蕴含着巨大的市场,更是与国家信息安全紧密相关。传感器作为外界信息的重要来源和物联网信息互联的基础,也成为易受攻击的环节之一。若有闪失,不仅可能导致数据泄露和网络入侵等问题,更有可能将虚假数据传入网络冲击后续所有应用。实现传感器的自主可控和安全可靠,是保障我国信息安全不可缺失的重要一环。

国家应出台具有延续性的产业政策

专家指出,由于传感器产业横跨多个领域,长期以来分属不同的行业及部门管理,致使产业管理过于分散,缺乏统一协调机制,各行业主管部门所制定的传感器产业发展政策,因管理范围不同难免会有局限性。国家长期以来出台的产业发展政策,缺乏基于全产业链高度的战略规划,无法满足国内高速发展的产业需求。

为此,郭源生建议,政府应对传感器行业重新定位并确立发展目标,结合行业特征进行顶层设计,制定产业化发展的中长期战略规划,出台具有延续性的产业发展政策,加强产业宏观引导,促进产业协同创新能力的提升。对行业进行合理的结构调整和产业布局,为行业持续发展创造条件。

针对行业的具体发展措施,王喆垚表示,由于传感器种类多、差异大,因此难以通过一个代工厂的模式促进整个行业的进步。从国外传感器产业的发展来看,主要的几家企业都是从具体产品突破,包括设计、制造、封装、信号处理等,由一个企业把整个技术链吃透,然后围绕着基于类似技术的产品,再逐渐扩大产品种类和规模。尽管也有少数企业如美国的Invensense等,自己没有生产线,完全依靠代工成长为大型企业,但他们在结构设计和封装方面有原始性的创新,才能得以发展。

王喆垚强调,如果在设计、制造和封装环节没有独特的创新技术,就必须把制造工艺、噪声抑制、封装和读出电路等主要技术环节充分掌握和突破,然后才可以依靠成本优势进行竞争;高附加值的产品则必须依靠原始性的创新,包括设计、制造和封装等一个或多个环节。

研发投入也是传感器产业发展的一大痛点。传感器与传统IC的重大区别在于多种类和个性化,不同的器件之间没有完全标准的工艺,涉及不同的参量,导致每个系列的产品都要从前端研发重新投入,因此前期研发需要大量的资金与时间。同时,中高端的MEMS器件良品率约为70%~80%,需要通过大量数据来稳定一个工艺,长期的改进和磨合工艺也需要持续投入。

对此,北京大学微纳电子学研究院主任廖怀林向《中国电子报》记者建议,应建立中立的、无依托单位的国家传感器研发中心,由国家基金、风险基金、企业投资进行完全市场化运作,重点解决企业研发能力弱、研发投入不足或者风险高、科研单位技术转移困难等问题。

“相关项目可按照一定比例投入,如企业和研发中心1∶10。企业可以获得项目产业化的优先权,研发中心在企业有盈利的情况下可以通过产业授权获得回报。”廖怀林提出,“项目既可以是由研发中心通过自己的技术委员会遴选的,也可以来自企业委托或者是由科研单位转入的成套技术。而且不妨让科研单位人员保留人事关系,带着技术到研发中心组织产业化开发。”


来源:中国电子报
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责任编辑:林嵩