落后先進(jìn)國(guó)家10～15年，該重新審視國(guó)產(chǎn)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展了！

傳感器與通信、計(jì)算機(jī)被稱(chēng)為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)，其應(yīng)用涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)防科研的各個(gè)領(lǐng)域，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，直接影響到國(guó)防安全、經(jīng)濟(jì)安全和社會(huì)安全。在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，傳感器處于連接被測(cè)對(duì)象和測(cè)試系統(tǒng)的接口位置，可直接或間接接觸被測(cè)對(duì)象，是信息輸入的“窗口”，是數(shù)據(jù)信息獲取的唯一功能器件，直接影響和決定著系統(tǒng)的功能和性能優(yōu)劣，許多控制系統(tǒng)因數(shù)據(jù)采集障礙而無(wú)法實(shí)現(xiàn)功能。通俗地講，如果把計(jì)算機(jī)比喻為人的“大腦”，通信比喻成為“神經(jīng)系統(tǒng)”，那么傳感器就是 “五官”和“皮膚”，承擔(dān)著“感知”環(huán)境一切參數(shù)和任何數(shù)據(jù)信息。特別是當(dāng)前倍受?chē)?guó)際關(guān)注的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)，乃至智慧城市中的各種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于傳感器技術(shù)的依賴(lài)尤為突出。

國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代初，西方發(fā)達(dá)國(guó)家大力發(fā)展計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)，忽視了傳感器技術(shù)發(fā)展，造成了“大腦”發(fā)達(dá)，而“五官”遲鈍的窘境，傳感器產(chǎn)業(yè)相對(duì)慘淡。80年代初，美、日、德、法、英等國(guó)家相繼確立加速傳感器技術(shù)發(fā)展的方針，視為涉及科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家安全的關(guān)鍵技術(shù)，紛紛列入長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃和重點(diǎn)計(jì)劃之中。傾注人力和物力投資，以年10%-30%的增長(zhǎng)率高速發(fā)展，在工藝技術(shù)與產(chǎn)品上有了明顯的突破，形成了技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了國(guó)際主要市場(chǎng)。并采取嚴(yán)格的保密規(guī)定對(duì)技術(shù)封鎖和控制，禁止技術(shù)出口，尤其是針對(duì)中國(guó)。

日本1979年在《對(duì)今后十年值得注意的技術(shù)》中列為首位；美國(guó)國(guó)防部1985年公布的二十項(xiàng)軍事關(guān)鍵技術(shù)中，被列為第十四項(xiàng)；《星球大戰(zhàn)》計(jì)劃、歐洲《尤里卡》計(jì)劃、前蘇聯(lián)《軍事航天》計(jì)劃，英、法、德等國(guó)家高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展規(guī)劃中均將傳感器列為重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)，并將其科研成果和制造工藝與裝備列入國(guó)家核心技術(shù)。美國(guó)認(rèn)為，計(jì)算機(jī)技術(shù)是核心，敏感技術(shù)、光電子技術(shù)是關(guān)鍵和重點(diǎn)，新材料、微電子技術(shù)是支撐和基礎(chǔ)。通信與計(jì)算機(jī)結(jié)合，以及多元化、新技術(shù)的融合代表著美國(guó)信息技術(shù)發(fā)展方向。1991年4月美國(guó)政府公布的《國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)》報(bào)告中，確定了6個(gè)領(lǐng)域22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。其中包括傳感器和信號(hào)處理，以及與信息技術(shù)相關(guān)的材料技術(shù)、加工工藝等。2003年美國(guó)商業(yè)周刊“未來(lái)技術(shù)發(fā)展報(bào)告”中，傳感器列為21世紀(jì)最具影響和改變世界10大新技術(shù)之一。福布斯認(rèn)為，當(dāng)前，甚至今后幾十年內(nèi)，影響和改變著世界經(jīng)濟(jì)格局和人們生活方式的10大科技產(chǎn)品，傳感器列為10大科技產(chǎn)品之首。美國(guó)國(guó)家科學(xué)發(fā)展基金會(huì)認(rèn)為，“80年代個(gè)人電腦把運(yùn)算簡(jiǎn)化到人們手指尖上；90年代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把人們對(duì)信息的需求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變得全球化；本世紀(jì)的重大變革就是：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，把物質(zhì)世界聯(lián)接起來(lái)，并賦予它一個(gè)電子神經(jīng)系統(tǒng)，使它具有能夠感知信息的生命，而能夠擔(dān)當(dāng)這一重任的核心就是傳感器”。每年度財(cái)政預(yù)算約有69億美元，用于傳感器基礎(chǔ)技術(shù)與應(yīng)用研究，稱(chēng)其為“Sensor Revolution”（即：傳感器革命）。

目前國(guó)際上缺乏制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)則與規(guī)范，尚未制定出權(quán)威性的傳感器標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型。其敏感機(jī)理、敏感材料、使用功能、應(yīng)用領(lǐng)域等互相交錯(cuò)及深度融合，難以厘清，各國(guó)及行業(yè)圍繞著標(biāo)準(zhǔn)劃分的爭(zhēng)論從未停滯，各抒己見(jiàn)、爭(zhēng)論不休，從而導(dǎo)致產(chǎn)品名稱(chēng)混亂、種類(lèi)繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、參數(shù)各異等復(fù)雜狀況，只能劃分為簡(jiǎn)單的物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器等大的類(lèi)別。

例如，物理傳感器有：聲、力、光、磁、溫、濕、電、射線(xiàn)等等；化學(xué)傳感器有：各種氣敏、酸堿PH值、離子化、極化、化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象等等；生物傳感器有：酶電極和介體生物電等等。然而物理、化學(xué)、生物傳感器中的材料、機(jī)理、參數(shù)、模型上往往互相滲透、融合，技術(shù)、工藝相互交叉現(xiàn)象較為普遍，像力敏、位置、液面、能耗、速度、熱敏、加速度、射線(xiàn)輻射、振動(dòng)、濕敏、磁敏、氣敏、真空度、生物等傳感器在功能上，壓電效應(yīng)、磁致伸縮、熱電、光電、磁電效應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)、熱敏、場(chǎng)效應(yīng)、壓電、光學(xué)、聲波道等等，在產(chǎn)品用途和形成過(guò)程中的因果關(guān)系互相咬合，既不能劃分到物理類(lèi)，也不能劃分為化學(xué)類(lèi)，難以嚴(yán)格劃分。

常用傳感器分類(lèi)和命名方式，主要有以下幾種類(lèi)型：

（1）按轉(zhuǎn)換原理可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。

（2）按傳感器的檢測(cè)信息來(lái)分可分為聲敏、光敏、熱敏、力敏、磁敏、氣敏、濕敏、壓敏、離子敏和射線(xiàn)敏等傳感器。

（3）按照供電方式可分為有源或無(wú)源傳感器。

（4）按其輸出信號(hào)可分為模擬量輸出、數(shù)字?jǐn)?shù)字量輸出和開(kāi)關(guān)量傳感器。

（5）按傳感器使用的材料可分為：半導(dǎo)體材料；晶體材料；陶瓷材料；有機(jī)復(fù)合材料；金屬材料；高分子材料；超導(dǎo)材料；光纖材料；納米材料等傳感器。

（6）按能量轉(zhuǎn)換可分為能量轉(zhuǎn)換型傳感器和能量控制型傳感器。

（7）按照其制造工藝，可分為機(jī)械加工工藝；復(fù)合與集成工藝；薄膜、厚膜工藝；陶瓷燒結(jié)工藝；MEMS工藝；電化學(xué)工藝等傳感器。

全球產(chǎn)品化的傳感器種類(lèi)約有2.6萬(wàn)余種，我國(guó)已經(jīng)擁有約1.4萬(wàn)多種，大多為常規(guī)類(lèi)型和品種；7000多種可產(chǎn)品化，而在醫(yī)療、科研、微生物、化學(xué)分析等特殊品種上仍有短缺和空白，存在著較大的技術(shù)創(chuàng)新空間。

共性基礎(chǔ)工藝與三大技術(shù)創(chuàng)新趨勢(shì)

眾所周知，由于敏感機(jī)理、敏感材料不同，加之工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、使用場(chǎng)景，以及被檢測(cè)介質(zhì)與個(gè)性化參數(shù)、結(jié)構(gòu)等復(fù)雜性要求等特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)傳感器一直處于多品種小批量生產(chǎn)狀態(tài)，結(jié)合工藝技術(shù)的分散性、復(fù)雜性影響和設(shè)備裝置價(jià)格昂貴等因素制約，業(yè)界稱(chēng)其生產(chǎn)過(guò)程為制造“工業(yè)工藝品”。各國(guó)工程技術(shù)人員圍繞著工藝技術(shù)協(xié)同、融合，在產(chǎn)品規(guī)范化、性能歸一化、功能集成化、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，以及工藝設(shè)備和工裝夾具的產(chǎn)業(yè)化方面展開(kāi)了長(zhǎng)期的技術(shù)開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，形成了一大批不同特色和特點(diǎn)的技術(shù)成果。

在美國(guó)硅谷傳感器領(lǐng)域，圍繞著以MEMS工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同行業(yè)和功能的需求，展開(kāi)的不同封裝結(jié)構(gòu)的各種傳感器產(chǎn)品創(chuàng)新，已經(jīng)持續(xù)了近25年，形成的千奇百怪、五花八門(mén)的各種類(lèi)型傳感器產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，得到了各行業(yè)的廣泛認(rèn)同與接受。正如硅谷MEMS工藝技術(shù)創(chuàng)始人丹尼斯先生所說(shuō)：“20多年來(lái)，硅谷傳感器產(chǎn)品一直都是圍繞著以硅基材料為主體的MEMS芯片和不同行業(yè)領(lǐng)域的市場(chǎng)應(yīng)用需求，開(kāi)展不同結(jié)構(gòu)形式的封裝的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)與創(chuàng)新”。因此，MEMS工藝技術(shù)是各種類(lèi)型傳感器的共性基礎(chǔ)工藝技術(shù)，被業(yè)界稱(chēng)之為傳感器創(chuàng)新源泉。目前，MEMS成熟工藝有4英寸、6英寸、8英寸、12英寸，伴隨著半導(dǎo)體平面工藝更新?lián)Q代和不斷升級(jí)，工藝設(shè)備與裝置水平成熟度增強(qiáng)和價(jià)格不斷降低，MEMS工藝也正在向更大尺寸創(chuàng)新發(fā)展，工藝成熟度也隨之不斷增強(qiáng)。產(chǎn)品涉及并廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)和生物傳感器中，在聲敏、光敏、熱敏、力敏、磁敏、氣敏、濕敏、壓敏、離子敏等傳感器中的應(yīng)用業(yè)已成熟。不僅提高了產(chǎn)業(yè)化能力，降低了產(chǎn)品成本，也大大的提高了產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性、一致性，使得產(chǎn)品的分散性、離散性得到了極大改善，可進(jìn)行規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化的封裝與生產(chǎn)，在批量化與規(guī)?；a(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。2011年，美國(guó)行業(yè)認(rèn)為MEMS工藝已經(jīng)成熟，可以廣泛推廣應(yīng)用，確立并形成了傳感器產(chǎn)業(yè)圍繞MEMS工藝技術(shù)和應(yīng)用兩大方向創(chuàng)新與突破：

一是 敏感機(jī)理創(chuàng)新與工藝突破。提高了MEMS工藝技術(shù)在材料與工藝結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)理論與應(yīng)用水平，比如在晶體與非晶體、各種半導(dǎo)體材料應(yīng)用；在硅-硅鍵合工藝、硅薄膜工藝、金屬薄膜工藝等多個(gè)領(lǐng)域的工藝技術(shù)創(chuàng)新，大大提高了產(chǎn)品生產(chǎn)的微型化、低成本、復(fù)合型、集成度等產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)水平。

二是 智能化水平提高和應(yīng)用創(chuàng)新。在多功能集成化、模塊化構(gòu)架、嵌入式能力、網(wǎng)絡(luò)化接口等形成了創(chuàng)新與突破。極大地改善了產(chǎn)用難以對(duì)接的矛盾，搭建了生產(chǎn)制造與市場(chǎng)應(yīng)用橋梁與技術(shù)通道，突破了行業(yè)在生產(chǎn)和應(yīng)用長(zhǎng)期形成的技術(shù)壁壘和發(fā)展瓶頸。同時(shí)也提高了各行業(yè)的產(chǎn)品自主選擇和應(yīng)用設(shè)計(jì)能力，大大刺激了應(yīng)用需求，拓展了市場(chǎng)空間。

同時(shí)，美國(guó)還明確了傳感器智能化的三大核心技術(shù)與創(chuàng)新趨勢(shì)：

1、MEMS工藝技術(shù)：在微型化、低功耗、低成本、多材料復(fù)合、多參數(shù)融合；大片集成工藝技術(shù)與裝備、微米與亞微米級(jí)高精度控制技術(shù)、柔性生產(chǎn)工藝技術(shù)不斷迭代升級(jí)與創(chuàng)新。

2、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)：為適應(yīng)各種物聯(lián)網(wǎng)（傳感網(wǎng)）技術(shù)推廣應(yīng)用，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)、移動(dòng)智能終端、5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化傳感器產(chǎn)品與技術(shù)創(chuàng)新。把移動(dòng)（手機(jī)、車(chē)、船、飛機(jī)等）或固定物體（機(jī)床、樓宇、商場(chǎng)、家庭、山林等）作為安裝和應(yīng)用傳感器的平臺(tái)和智能化節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)嵌入式、多功能復(fù)合與集成、模塊化構(gòu)架、網(wǎng)絡(luò)化接口等協(xié)同式創(chuàng)新，以滿(mǎn)足對(duì)一切物體智能化、“無(wú)人化”管理與控制的需求。

3、微能量獲取技術(shù)：傳感器智能化節(jié)點(diǎn)在室內(nèi)外使用過(guò)程中，特別是野外使用環(huán)境下，供電問(wèn)題始終是各個(gè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用的一大障礙。圍繞著自然界風(fēng)能、光能、電磁能等微能量收集與獲取，稱(chēng)為“微能量捕捉技術(shù)”，為傳感器供成為今后技術(shù)創(chuàng)新又一方向。

從美國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)看，呈現(xiàn)幾個(gè)特點(diǎn)：一是在共性基礎(chǔ)技術(shù)上下功夫，并注重新技術(shù)、新工藝創(chuàng)新應(yīng)用，不斷提升品質(zhì)。二是強(qiáng)調(diào)傳感器網(wǎng)絡(luò)化、智能化節(jié)點(diǎn)技術(shù)、能量捕捉技術(shù)及協(xié)同創(chuàng)新。三是核心技術(shù)都有政府管控、扶持、資助與推動(dòng)的影子。四是重點(diǎn)推廣應(yīng)用領(lǐng)域的引領(lǐng)與帶動(dòng)作明顯。如軍事工業(yè)、裝備制造、物流、生態(tài)環(huán)境監(jiān)控（森林防控）、移動(dòng)醫(yī)療、智能家居等。

產(chǎn)業(yè)化生態(tài)體系與環(huán)境建設(shè)

借助共性基礎(chǔ)技術(shù)和工藝，建立生產(chǎn)可柔性化、工藝規(guī)范化、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)體系，尋找產(chǎn)品的配套市場(chǎng)，徹底改變技術(shù)和市場(chǎng)的孤島化、碎片化問(wèn)題是傳感器產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵之處。根據(jù)MEMS工藝技術(shù)和產(chǎn)品市場(chǎng)應(yīng)用特點(diǎn)，溫敏、聲敏、力敏、光敏、氣敏、磁敏、頻率等7大類(lèi)型產(chǎn)品符合產(chǎn)業(yè)化技術(shù)特點(diǎn)和市場(chǎng)規(guī)?；枨螅蓪?shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

另外，以硅麥克風(fēng)為代表的聲敏傳感器已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外形成了十大主流特色品牌產(chǎn)品和商家（其中有瑞聲、歌爾國(guó)內(nèi)兩家企業(yè)），實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)；溫、濕度傳感器美國(guó)、德國(guó)、瑞士、日本、中國(guó)等國(guó)家都有規(guī)?；a(chǎn)能力，在未來(lái)發(fā)展中溫濕度將復(fù)合在其他物理量傳感器之中，比如，力敏、磁敏可同時(shí)檢測(cè)溫濕度參數(shù)；頻率含RF射頻、毫米波等共性工藝技術(shù)接近、而參數(shù)、功能、應(yīng)用差異較大的產(chǎn)品，可在同一廠(chǎng)家實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。特別是在手機(jī)、智能交通、生物感知等應(yīng)用領(lǐng)域具有爆發(fā)式增長(zhǎng)，具有較大的誘惑力。射頻器件95%仍是歐美廠(chǎng)商主導(dǎo)，甚至沒(méi)有一家亞洲廠(chǎng)商進(jìn)入。為了打破行業(yè)壟斷現(xiàn)象，這將成為未來(lái)技術(shù)創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

與國(guó)外相比，我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢主要是認(rèn)識(shí)上的差距所致！對(duì)傳感器帶有偏見(jiàn)和片面的認(rèn)識(shí)，缺乏國(guó)家戰(zhàn)略認(rèn)識(shí)高度。由于傳感器分屬不同行業(yè)和部門(mén)，存在多頭管理，在發(fā)展上難于取得共識(shí)，管理亂象，政策支持缺乏力度導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)分散，產(chǎn)品不能成為系列化；1200多家企業(yè)中95%以上屬于小微企業(yè)，一方面缺乏足夠的人力、物力、工藝技術(shù)條件等資源配置，產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)薄弱；另一方面市場(chǎng)準(zhǔn)入門(mén)檻過(guò)高，缺乏相應(yīng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新能力，產(chǎn)品整體技術(shù)水平和參數(shù)性能指標(biāo)，特別是可靠性、穩(wěn)定性指標(biāo)與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比要低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)企業(yè)資質(zhì)和配套能力的要求。第三是缺乏龍頭企業(yè)引領(lǐng)和行業(yè)帶動(dòng)，缺乏國(guó)際化品牌、市場(chǎng)影響力、競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和基礎(chǔ)研究能力，導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)化企業(yè)數(shù)不足3%；核心芯片大都依賴(lài)進(jìn)口，中高檔產(chǎn)品幾乎100％進(jìn)口。整體工藝技術(shù)水平落后國(guó)外先進(jìn)國(guó)家10～15年。

針對(duì)國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀對(duì)比和行業(yè)特點(diǎn)及存在問(wèn)題，結(jié)合傳感器技術(shù)工藝特征，業(yè)內(nèi)期待在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)和發(fā)達(dá)地區(qū)，聚集國(guó)內(nèi)外數(shù)十家以上的傳感器專(zhuān)業(yè)性公司和科研院所，組成具有產(chǎn)品技術(shù)工藝特色和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模優(yōu)勢(shì)，以及國(guó)際市場(chǎng)影響力的產(chǎn)業(yè)集群或基地，形成年銷(xiāo)售額1000億元人民幣（150億美元）以上，并以年增長(zhǎng)大于20%速度增長(zhǎng)的國(guó)際化傳感器特色產(chǎn)業(yè)園區(qū)。形成以敏感元器件為核心，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化等集成應(yīng)用為創(chuàng)新主體，物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市為應(yīng)用目標(biāo)的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)架（產(chǎn)業(yè)生態(tài)），同時(shí)具備政、產(chǎn)、學(xué)、研、用、服六維一體生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化集群式發(fā)展，形成我國(guó)傳感器“雙生態(tài)”產(chǎn)業(yè)鏈，具有產(chǎn)業(yè)特色明顯和區(qū)位優(yōu)勢(shì)突出的國(guó)際傳感器產(chǎn)業(yè)園——即“傳感谷”。

作者郭源生，系九三學(xué)社中央科技委副主任、中國(guó)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長(zhǎng)

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