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突围传感器:破局中国物联网“之殇”

2018-11-27 10:25
来源: 微迷网

首先,关键技术尚未突破是主要制约因素。徐开先表示,目前我国传感器共性关键技术尚未突破。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。可以说国内尚无一套有自主知识产权的,真正好用的传感器设计软件。

在可靠性技术方面,国产传感器可靠性不高是影响国产传感器大量应用的主要原因之一,据了解电力部门采用国外传感器产品三年不需检修,采用国内产品每季度检修一次,石化部门,重要生产线几乎全部采用国外传感器,而不敢使用国内产品。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。

在封装技术方面,传感器的封装结构和封装材料,影响传感器的迟滞、时间常数、灵敏限,使用寿命等性能。从制造成本看,传感器的封装成本通常为总成本的30%~70%。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,因而传感器的外型千差万别,很不利于用户选用和产品互换。

其次,产业化能力不足也是制约因素。目前国内高精度、高可靠传感器研发及产业化能力严重滞后于需求,技术水平相比国外还有较大差距,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%。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,例如GE公司、Honeywell公司、英飞凌公司、西门子公司、ABB公司、欧姆龙公司、基恩士公司等等。

国内传感器产品不配套、不成系列。徐开先表示, 系列中比较易生产的某些规格尚能生产,且重复生产,恶性竞争,系列两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,资源分散,产业规模小。目前国内传感器产品处于发展阶段,传感器品种也不多,企业分散,制造水平低,产业规模小。目前我国传感器企业有1600余家,大都为小、微企业,盈利能力不强,缺乏引领技术的龙头企业。

产业分散体现在资金分散、技术分散、企业布局分散,产业结构分散、市场分散等方面;管理方面存在政府部门管理归口不统一、难于协调、多头管理现象;政策支持方面也存在政策支持的集中度不高,缺乏专项计划集中扶持,即使支持也过于分散,缺乏力度,缺乏持续性。

第四,传感器高端人才匮乏是影响传感器发展的最大瓶颈。徐开先表示,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。

从技术与应用突围

“我们的突破口在于应用。”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。

但应用的突破也需要技术与工艺的支撑。

“国内传感器产业,大部分都在搞传感器应用,特别是在物联网,智能装备方面的应用,而不愿涉及传感器芯片的开发和研究,”徐开先表示,“因芯片研发投资极大,成本高,工艺装备昂贵,资金回收周期长,且技术难度风险大,必须靠国家投资和资助,靠企业是难以为继的。”

徐开先强调,如果不在传感器芯片上投入和下功夫,那可能重蹈“IC芯片”之辙。如果传感器芯片性能优良,产品可靠性、稳定性高,其应用不愁没有市场。“加强IC与MEMS技术的集成与融合”徐开先建议,“IC与MEMS的集成与融合,是传感技术产业发展的必由之路。”

“传感器芯片是比较复杂的一个产业,涉及到研发、设计以及生产等环节。”中国移动北京集成电路创新中心总经理肖青向《通信产业报》(网)记者表示,“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。”

以MEMS为例,它用微加工技术将各种产品整合到基于硅的微电子芯片上,MEMS工艺与传统的IC工艺有许多相似之处,如光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光工艺等,但有些复杂的微结构难以用IC工艺实现,必须采用微加工技术制造。包括硅的体微加工技术、表面微加工技术和特殊微加工技术。除此之外,MEMS制造还广泛地使用多种特殊加工方法,包括键合、LIGA、电镀、软光刻、微模铸、微立体光刻与微电火花加工等。

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。但如果我国不能掌握MEMS传感器的制造技术并主导其生产,无疑将阻碍传感器产业前进的步伐。

业内人士建议可重点放在非硅基的新材料、新机理、新工艺传感器的研究。重点发展应用市场广、具备一定产业基础、易于快速产业化的智能传感器及其核心元器件,运动感测组合传感器中的加速度计、陀螺仪,环境感测组合传感器中的压力传感器等。

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