传感器：“超车”借力物联网

　　
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。
　　
行业呈现“散”状
　　
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。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，借力物联网的快速发展，我国传感器产业布局得当有可能实现‘弯道超车’。”
　　
中国传感器产业发展目前处在什么水平?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用一个“散”字加以概括。
　　
“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。”郭源生说。
　　
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。
　　
亟待高端突破
　　
尽管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相对落后，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。
　　
幸运的是，物联网的快速发展给我国传感器产业带来了机会。目前，我国物联网已初步形成完整的产业体系，并赢得一定的国际话语权，在交通、电力、安防等多个领域形成了规模性应用。未来物联网将迎来井喷式发展，成为推动经济社会智能化和可持续发展的重要力量。而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”。
　　
具体来看，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限度地释放。
　　
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。
　　
专家观点
　　
工信部电子元器件行业发展研究中心总工程师郭源生:
　　
传感器成制约我国物联网发展瓶颈
　　
国内传感器种类很少，而且物联网发展所需的高灵敏度、智能化、小型化的传感器仍有许多难以克服的技术难题，寿命和成本也达不到规模应用的要求。由此也造成了物联网系统成本较高，推广阻力较大，难以全面普及和广泛运用。
　　
尽管我国从上世纪50年代初就开始发展传感器技术，产业门类基本齐全，但由于此前发展传感器技术主要用于科研和军工领域，较大程度制约和影响了技术推广和产业化发展，造成科研与产业化、市场化长期严重脱节现象，产业化水平很低，国内市场至今仍依赖进口，被国外高价产品长期控制和垄断。
　　
赛迪智库集成电路产业研究所所长霍雨涛:
　　
应鼓励上下游企业共建开放研发平台
　　
MEMS产业链和集成电路相似，也分为设计、制造、封测、设备等环节。但由于其具有微机械的结构特征，需要有别于IC的独特加工技术，目前我国虽然已经建成了一些MEMS生产线，但是在工艺制程研发上相对落后，主要瞄准能够大批量生产的低端MEMS传感器，难以承担特殊工艺生产。
　　
良好的产业生态是MEMS企业发展的前提条件。建议以开放式合作研发平台为纽带，加强产业链互动。当前MEMS仍多由各独立企业采用专有工艺生产，基于CMOS技术的标准化工艺仍在开发进程当中，尚未完全成熟，我国应从产业链角度，鼓励设计、制造、系统应用等企业合作建立开放研发平台，开发标准生产工艺，加速MEMS产业升级。此外，通过搭建平台促进产业链合作，加强MEMS整体方案的开发，推进MEMS产业化应用进程。
　　
清华大学微电子学研究所教授王喆垚:
　　
从具体产品突破进而吃透技术链
　　
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。
　　
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。