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30年?差距太大了!2023年了中國傳感器最落后的竟然是…

2023-01-04 11:05 傳感器專家網(wǎng)
關(guān)鍵詞:傳感器政策差距

導讀:中國傳感器哪個環(huán)節(jié)與國際水平差距最大?

2023即將來臨,過去的一年,2022年,中國傳感器產(chǎn)業(yè)以前所未有的速度發(fā)展,傳感企業(yè)上市浪潮、地方政府傳感產(chǎn)業(yè)政策,層出不窮。

或許,過去一年,是中國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快速的一年之一,但這只是未來中國傳感產(chǎn)業(yè)浪潮的開端。

我國傳感產(chǎn)業(yè)大抵發(fā)軔于上世紀50年代,以仿制蘇聯(lián)機械式傳感器起家,如今2023年將至,我國傳感器與國際先進水平差距多少?

10年?15年?20年?30年?

近日,在或許是中國最大的傳感社區(qū):傳感交流圈中,有圈友激烈討論,中國傳感器產(chǎn)業(yè)與國際先進水平的差距在哪里?差距多少年?

有圈友認為中國傳感器產(chǎn)業(yè)差距最少10~15年,這是保守的估計,然而傳感器產(chǎn)業(yè)鏈很長,從設計、制造、產(chǎn)業(yè)化、應用等各環(huán)節(jié),差距各不相同,結(jié)構(gòu)工藝最少差距20年,材料至少差距30年。

中國傳感器哪個環(huán)節(jié)與國際水平差距最大?

傳感器各環(huán)節(jié)與國際先進水平的差距有多大?本文引用相關(guān)權(quán)威資料,從設計、制造、產(chǎn)業(yè)化、應用等各環(huán)節(jié),看看我國傳感器產(chǎn)業(yè)的水平,本文僅代表一家之言,拋磚引玉,如有不同觀點,請在傳感器專家網(wǎng)公眾號本內(nèi)容底下留言討論,或在中國最大的傳感社區(qū):傳感交流圈中進行交流。

能滿足60%的需求!中國傳感器產(chǎn)業(yè)的國際位置

傳感技術(shù)是一項基礎(chǔ)性技術(shù),是與計算機技術(shù)、通信技術(shù)并列的現(xiàn)代信息科學三大組成技術(shù)之一,也是物聯(lián)網(wǎng)、先進制造、高端消費電子等領(lǐng)域的關(guān)鍵和瓶頸。

然而,長期以來,相對我國的計算機技術(shù)和通信技術(shù),我國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對滯后已經(jīng)是不爭的事實。

在計算機技術(shù)上,我國超級計算機算力長期位居全球TOP3位置,與美國、日本等先進國家爭鋒,深度學習、人工智能等計算機技術(shù),我國也位居世界一流地位。

通信技術(shù)里,以華為、中興為代表的中國通信企業(yè),已經(jīng)走出國門,甚至成為世界一流的通信設備企業(yè)。中國也在4G、5G、6G等最新通信標準的制定中,占據(jù)重要地位。

只有傳感技術(shù),在任一方面都很難說的上是頂尖,尤其是產(chǎn)業(yè)化方面,遠遠落后于國際水平,至今沒有一家真正大型的傳感器企業(yè),可以與博世、英飛凌等公司競爭。

根據(jù)《中國傳感器發(fā)展藍皮書》披露的數(shù)據(jù)顯示,國產(chǎn)傳感器能滿足自動化儀表70%的要求,能滿足中型工程80%要求,滿足大型工程60%要求。

但是,這個數(shù)據(jù)里面的傳感器,主要以中低端傳感器為主,只有少量高端傳感器。存在兩個突出問題:

1、出貨量口徑上統(tǒng)計占有率高,但市場份額低

從出貨量口徑上看,某些領(lǐng)域國產(chǎn)傳感器似乎占比可以,然而按產(chǎn)值計算,市場份額占比卻很低,主要是因為我國國產(chǎn)傳感器90%都是中低端傳感器為主。

以我國氣體傳感器龍頭企業(yè)漢威科技為例,漢威科技產(chǎn)銷的氣體傳感器常年在國內(nèi)市場占有率75%,居國內(nèi)第一,產(chǎn)銷量居全球第二。

然而,市場調(diào)研公司Yole發(fā)布的2020年全球氣體傳感器市場份額數(shù)據(jù)上,漢威科技旗下煒盛科技(Winsen)與漢威氣體(Hanweigassensors)合計僅占據(jù)4%市場份額,與其巨大的出貨量形成鮮明對比。

顯然,國產(chǎn)傳感器以走量、客單價低的中低端傳感器為主,導致市場份額較小。

▲Yole全球氣體傳感器市場份額情況

2、多為貼牌生產(chǎn),傳感器芯片核心技術(shù)占比低

雖然傳感器中低端市場上,有“大量”的國產(chǎn)品牌,但深究其根源,許多傳感器企業(yè)并不掌握傳感器核心部件——傳感器芯片的設計、生產(chǎn)能力。

90%以上國產(chǎn)企業(yè)外購國外先進傳感器芯片,封裝、測試后貼牌售賣。

《中國傳感器發(fā)展藍皮書》中披露,2020年,我國主要的十多家硅基壓力傳感器生產(chǎn)企業(yè)中,除了沈陽儀表科學研究院公司產(chǎn)出的壓力傳感器用的是自產(chǎn)的傳感器芯片外,其余廠家均從美國、德國、日本等傳感器先進國家購買傳感器芯片生產(chǎn),外購比例從97%~100%不等。

▲數(shù)據(jù)來源《中國傳感器產(chǎn)業(yè)藍皮書》(制表動感傳感)

國產(chǎn)中低端傳感器泛濫、同質(zhì)化競爭嚴重,傳感器芯片等核心技術(shù)高度缺乏,是我國傳感器產(chǎn)業(yè)目前的現(xiàn)狀。

因此,在全球傳感器產(chǎn)業(yè)的國際格局位置上我國仍處于第三梯隊,遠遠落后于美國、日本、德國等傳感器先進國家,平均差距至少在10~15年以上。

如果不采取有效強力的措施,差距會進一步拉大,這不是危言聳聽,而是中國傳感器現(xiàn)實的真實寫照。

差距最大25年!中國傳感器各領(lǐng)域差距情況

如果我國傳感器產(chǎn)業(yè)與國外先進水平差距在哪里?以下從傳感器應用技術(shù)領(lǐng)域、設計技術(shù)領(lǐng)域、制造技術(shù)領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域等4個方面,分別闡述差距情況。

你猜中國傳感器哪個環(huán)節(jié)與國際水平差距最大?

傳感器應用技術(shù)領(lǐng)域:差距15~20年

傳感器的應用,就是傳感器裝在哪里,傳感器的變現(xiàn)過程。美國、日本、德國等傳感器先進國家,涉足幾乎所有傳感器應用領(lǐng)域,更是壟斷了汽車電子、消費電子等高端傳感器應用市場。

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,全球傳感器市場,美國占據(jù)29%份額,日本21%,德國19%,中國10%。且中國傳感器份額主要集中在中低端市場。

▲各國傳感器產(chǎn)業(yè)占比,來源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究

譬如中國汽車傳感器應用市場中,國產(chǎn)傳感器產(chǎn)品占比僅2%,其余98%被博世、英飛凌等國外大廠瓜分。主要原因是車規(guī)級傳感器要求嚴格,國產(chǎn)大部分傳感器產(chǎn)品存在不能批量生產(chǎn)、可靠性差、性價比不高等情況,同時國家支持力度、政策不足,汽車企業(yè)更傾向于向穩(wěn)定、成熟的國外企業(yè)購買傳感器。

我國智能氣體傳感器應用市場99%為國外品牌,國內(nèi)智能氣體傳感器在產(chǎn)品精度、穩(wěn)定性、工藝制造等方面與國外差距較大,同時,國內(nèi)智能氣體傳感器存在諸多技術(shù)瓶頸,限制其產(chǎn)業(yè)化進程,如國產(chǎn)紅外光學類氣體傳感器,存在MEMS紅外探測器制備技術(shù)、低功耗穩(wěn)定紅外光源制備技術(shù)、智能微紅外氣體傳感器系統(tǒng)設計等技術(shù)瓶頸。

我國海洋傳感器應用市場,100%從國外進口,無法自主制造,我國研制的所有海面浮標、潛標、海床基等使用的溫度、壓力傳感器,都是從國外進口的。

以美國、日本、德國等國家為主的先進傳感器企業(yè),幾乎壟斷了所有高端傳感器應用領(lǐng)域,我國傳感器產(chǎn)業(yè)應用技術(shù)水平與國際差距15~20年。

傳感器設計技術(shù)領(lǐng)域:差距15~20年

工業(yè)設計軟件是中國制造的軟肋,對傳感器產(chǎn)業(yè)來說,也是如此,保守估計,這方面的差距在15~20年左右。

CAD軟件是傳感器設計的用力工具,在中國早期傳感器設計中,主要用I-deas、Vaild、Ansys等通用CAD設計軟件,完成相關(guān)傳感器的力學分析、結(jié)構(gòu)設計工作。

進入MEMS技術(shù)時代,主要的設計軟件為CoventorWare和IntelliSuite。

CoventorWare來自美國企業(yè)Coventor,是目前全球MEMS仿真和建模解決方案領(lǐng)導者,幾乎所有中國MEMS芯片企業(yè)都用這個軟件進行設計。

有多夸張?我國863計劃(國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃)MEMS研究專項的30個研究小組,全部都使用這種軟件。Coventor在MEMS傳感器的位置,跟2020年6月份哈爾濱工業(yè)大學被美國斷供的Matlab軟件在科學計算中的地位,基本一樣。

另一家IntelliSuite軟件是美國企業(yè)Intellisense開發(fā)的,也是全球最早的MEMS設計軟件之一,Intellisense1991年成立,總部位于美國波士頓,2000年曾被康寧公司收購,2003年被Intellisense原員工重新私有化。

我國對智能傳感器設計的計劃有所起步,但目前仍未看到相關(guān)的成熟案例成果和專業(yè)設計軟件。

我國幾乎沒有普遍采用的國產(chǎn)傳感器設計軟件、相關(guān)設計人才也很少,保守估計我國傳感器設計領(lǐng)域與國際先進水平差距在15~20年左右。

傳感器制造技術(shù)領(lǐng)域:差距10~15年

工藝和材料技術(shù)是影響傳感器各項性能最大的關(guān)鍵因素之一,傳感器技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)百余年,各類傳感器的技術(shù)原理其實并不“高深”,在高校教材中都已經(jīng)說明了。

但具體到各個廠商,各條產(chǎn)線,生產(chǎn)出來的傳感器在量程、靈敏度、一致性等卻有巨大差異,這里面?zhèn)鞲衅鞯幕驹矶际且粯拥模?strong>差別在于制造傳感器的工藝和材料。

平面工藝、厚膜工藝、超細粉料制備工藝、微機械加工工藝、智能芯片制造工藝等重要的傳感器工藝技術(shù),我國從“六五”計劃開始了多次攻關(guān)研究工作,在解決相關(guān)傳感器工藝制造難題上取得了一定成果。

譬如,沈陽儀表科學研究院有限公司,開展微機械加工應用研究,使每一4英寸硅片能加工1000多個敏感元件,芯片成品率達到80%,這一成果用在了硅力敏傳感器加工生產(chǎn)上。并且國際首創(chuàng)了硅多層結(jié)構(gòu)無掩膜腐蝕工藝,解決了采用一次掩膜技術(shù)形成三維多層微機械結(jié)構(gòu)的工藝,獲得一項國際發(fā)明專利。

工藝裝備方面,我國開發(fā)了多項傳感器工藝制造裝備,以國外對我國封鎖的擴散硅傳感器關(guān)鍵工藝裝備為例,我國科技人員獨立開發(fā)了劃片機、靜電封接機、大片硅杯自動研磨機、大片靜電封接機、芯片自動測試儀、溫度補償和標定裝置等多種專用生產(chǎn)裝備。

我國傳感器工藝基本成熟,相關(guān)傳感器材料能自產(chǎn),但部分關(guān)鍵材料、關(guān)鍵輔料仍需進口,工藝缺乏國家標準、行業(yè)標準,國產(chǎn)裝備少,沒有專門的制造企業(yè),大部分傳感器生產(chǎn)裝備需要進口,同時,我國工藝技術(shù)人才也不受重視,在產(chǎn)業(yè)鏈地位低。我國工藝材料等傳感器制造技術(shù)與國際先進水平差距在10~15年左右。

差距最大的地方!傳感器產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域:差距20~25年

這才是我國傳感器產(chǎn)業(yè)與國際先進水平最大的差距,達到20~25年!

20年前是2002年,中國從2002年到2022年,中間發(fā)生了多巨大的飛躍,大家都能感受到,而中國傳感器產(chǎn)業(yè)化卻與國際水平達到了20年的差距,無疑是巨大的。

清華大學精密儀器系董永貴教授認為:

中國大致從1980年以后開始重視傳感器技術(shù)的研究。經(jīng)過多年的努力,在傳感器研究方面的發(fā)展水平還算是比較好的。但是,在產(chǎn)品化方面的技術(shù)進步還不是很理想,很多傳感器技術(shù),其實國內(nèi)的實驗室研究水平并不是很差,可惜未能充分利用,沒有轉(zhuǎn)化為進入市場的成熟產(chǎn)品。

我國傳感器產(chǎn)業(yè)化水平極低,企業(yè)也少有在某一傳感器領(lǐng)域連續(xù)、高投入,很難有傳感器規(guī)模化量產(chǎn)。

▲國外傳感器廠商及應用領(lǐng)域,來源:前瞻產(chǎn)業(yè)研究

這個情況,從我國知名傳感器企業(yè)的數(shù)量就能窺視一二,對比國外博世、霍尼韋爾、英飛凌、橫河、基恩士、歐姆龍、西克、意法半導體、西門子、E+H……等傳感器標桿性企業(yè),國內(nèi)幾乎沒有同等級對標的傳感器企業(yè),這些企業(yè)占據(jù)了中國以及全世界99%以上的中高端傳感器市場份額。

傳感器技術(shù)的研究需要比較長時間的投入,一款傳感器的研發(fā),要6年-8年才能成熟,一般中國企業(yè)都承受不了這么長的周期。中國企業(yè)更難以承受失敗,而傳感器的研究失敗的風險很高。

日本企業(yè)支持的研發(fā)中,很多形不成產(chǎn)品,但是企業(yè)能夠承受,10項中只要2項-3項能夠變成產(chǎn)品就行。

“相比之下,我們很多企業(yè)都是準備去拿別人現(xiàn)有的東西。”董永貴教授認為,這種思路是有問題的,包括我們總是希望引進國外現(xiàn)成的、有自己項目的人才?!?strong>都不準備養(yǎng)魚,而是撈一條魚來。”

中國傳感器產(chǎn)業(yè)化差距遠大于中國傳感器研發(fā)技術(shù)上的差距,傳感器的難點在產(chǎn)業(yè)化,重點也在產(chǎn)業(yè)化!

結(jié)語

中國傳感器哪個環(huán)節(jié)與國際水平差距最大?

從傳感器產(chǎn)業(yè)鏈的設計、制造、產(chǎn)業(yè)化、應用等方面來看,差距最大的是傳感器產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域,達到20~25年,大部分傳感器技術(shù)無法從實驗室走向市場,形成了研發(fā)與產(chǎn)業(yè)的斷節(jié)。

其次設計與應用的差距均為15~20年左右,主要原因是我國CAD等工業(yè)設計軟件的落后,沒有一款自主的、可用的傳感器設計軟件。在大部分傳感器應用領(lǐng)域,歐美日等先進傳感器企業(yè)已經(jīng)占據(jù)先機,壟斷絕大部分應用市場,中國企業(yè)難以進入。

傳感器產(chǎn)業(yè)里面相對差距較小的,反而是制造技術(shù)方面,差距10~15年左右。傳感器在國防、航空等多方面領(lǐng)域有著重要作用,因此我國很早就投入大量資金進行相關(guān)工藝、設備的研發(fā),保證國防航空等重大應用不受制于人,這點從我國激光陀螺、軍用雷達等傳感器的先進程度上可見。

綜合來看,我國傳感器產(chǎn)業(yè)與國際先進水平差距至少在15年左右,尤其是產(chǎn)業(yè)化,仍有非常多的路要走!