我国传感器发展现状及与国外差距

我国传感器产业发展现状及与国外的差距1引言传感器作为现代科技的前沿技术，被认为是现代信息技术的三大支柱之一，也是国内外公认的最具有发展前途的高技术产业。在国内有自动化方面的专家指出塑料工业网，传感器技术直接关系到我国自动化产业的发展形势，认为“传感器技术强，则自动化产业强”。由此可见传感器技术对自动化产业乃至整个国家工业建设的重要性。2中国传感器发展应用状况分析2.1中国传感器发展状况我国早在20世纪60年代就开始涉足传感器制造业。我国在1972年组建成立中国第一批压阻传感器研制生产单位；1974年，研制成功中国第一个实用压阻式压力传感器；1978年，诞生中国第一个固态压阻加速度传感器；1982年，国内最早开始硅微机械系统（MEMS）加工技术和SOI（绝缘体上硅）技术的研究。进入20世纪90年代后，硅微机械加工技术的绝对压力传感器、微压传感器、呼吸机压传感器、多晶硅压力传感器、低成本TO-8封装压力传感器等相继问世并实现生产。改革开放30年来，我国传感器技术及其产业取得了长足进步，主要表现在：建立了传感技术国家重点实验室、微米/纳米国家重点实验室、国家传感技术工程中心等研究开发基地；MEMS、MOEMS（微光机电系统）等研究项目列入了国家高新技术发展重点；在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研究取得了51个品种86个规格新产品的成绩，初步建立了敏感元件与传感器产业；2007年传感器业总产量达到20.93亿只，品种规格已有近6000种，并已在国民经济各部门和国防建设中得到一定应用。经过“八五”、“九五”和“十五”的攻关和产业化建设，目前全国已有2000多家企事业单位从事传感器的研制、生产和应用。目前，中国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段，它体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。传感器技术历经了多年的发展，其技术的发展大体可分三代：第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号。第二代是上70年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成。如：利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器。第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。2.2中国的传感器行业市场现状根据相关部门的调查，2005年到20013年的世界传感器市场的年平均增长率略为下降，减去传感器成本的下降及一些尚不可知的新兴应用领域的出现，可达4.5%。Intechno咨询公司估计全球的3000多家传感器制造商在2008年的总销售额将超过500亿美元，而到2010年将增长到600亿美元以上，这对于传感器厂商来说意味着巨大的商业机遇。中国传感器市场尽管受到金融风暴的影响，但工业及信息化部的数据统计依旧显示，我国的传感器市场呈现出逆势增长的态势。而最近几年，中国的传感器年度销售平均增长也达到了39%。目前传感器市场正进入到一个‘百家争鸣’的时期，随着市场的逐渐开放和中国投资环境的改善及全球化经济的进程加快。各国的传感器厂家纷纷进入中国市场，这就加剧了市场的竞争。中国传感器市场将重新进行份额的分配。金融风暴对传感器市场有着或多或少的影响，尤其对汽车工业、制造业等传统的传感器应用领域的影响更加明显。因此如何开辟新的应用领域将成为许多传感器厂商需要慎重考虑的问题。放眼未来，虽然目前主要是汽车工业、制造业等传统应用领域在拉动传感器市场，但是不能忽略绿色能源等蓝海市场将为传感器乃至整个自动化行业带来的巨大商机。2.2工业控制过程控制传感器市场分析现代化工业生产向着大型、快速、高效、低耗和保护环境、防止污染的方向发展是必然的趋势。随着信息技术的发展,生产过程的最优化控制、图像识别、人机联系以及智能化和无人化控制是这一发展趋势的重要标志。自动化技术和信息技术的发展要求传感器技术必须同步发展。在工业过程控制方面,计算机技术比较成熟,需要采集的信息不断增加，生产过程要求采用更多的各类传感器，诸如压敏、热敏、光敏、气敏、湿敏、磁敏和光电转换器件等，把大量非电量的物化参数转换成控制信息，以满足各个行业、各种工业过程的自动化、智能化程度快速发展的需求。在各种工业过程控制中，使用量较多的有力学量传感器(含压力、位移、角速度传感器等)、温度传感器、气体传感器和湿度传感器。3中国传感器发展与国外差距3.1国内外传感器发展差距据分析，我国传感器行业发展落后，国内传感器需求，尤其是高端需求严重依赖进口，国产化缺口巨大，目前传感器进口占比80%，传感器芯片进口占比达90%。国产化需求迫切。国内传感器厂商占据中低端市场从发展态势看，国内传感器厂商有三种情况：一是民营或合资企业的产品占据了中低端市场，传统技术和装备手段可以满足绝大多数产品的制造要求，市场发展状态良好。除个别厂家在个别品种方面将国外生产的芯片拿到国内封装出相关产品、占据市场较大份额外，其他高端产品均是国外厂商在垄断。二是随着物联网等新兴产业的兴起，传感器产业成为世界各国在高新技术发展中争夺的一个重要领域。近年来我国传感器产业快速增长，应用模式也日渐成熟。但由于产业档次偏低、技术创新能力较差，国内传感器产业呈现低端过剩、中高端被国外垄断的市场格局。传感器技术发展滞后已掣肘国内战略性新兴产业的顺利推进。目前从材料、器件、系统到网络我国已形成较为完整的传感器产业链。在网络接口、传感器与网络通信融合、物联网体系架构等方面取得较大进展。但产业档次偏低、企业规模小、技术创新能力差，很多企业只是引进国外元件进行加工，同质化严重。而生产装备落后、工艺不稳定等造成产品指标分散、稳定性差。模仿产品在敏捷度方面也不尽如人意。在相对研发突出的领域，却忽略了工业化基础性开发，商品化开发严重滞后。资料显示，目前我国传感器产品约6000种左右，而国外已达20000多个，远远满足不了国内市场需求。中高端传感器进口占比达80%，传感器芯片进口更是达90%，国产化缺口巨大。其中数字化、智能化、微型化等高新技术产品严重短缺。国家重大装备所需高端产品主要依赖进口。而涉及国家安全和重大工程所需的传感器及智能化仪器仪表，国外对我国往往采取限制。外资企业产品占据国内高端市场绝大多数的市场份额，并将会在今后很长一段时间内持续把持高端市场，这种势头在短期内不会得到根本转变。三是国有企业发展处于平稳增长状态，总体上跟不上国外最新技术发展的步伐，除少数厂家外，总体差距有扩大的趋势。这是因为传感器技术发展快，工艺和制造设备更新快，许多新设备国内厂商无法制造等原因造成的。并且设备的单台价格少则几十万美元，多则数百万美元，绝大多数厂家靠自身积累很难购买新型设备，致使在许多新技术、新工艺方面无法跟上国外企业飞速发展的步伐。3.2发展差距原因(1)核心制造技术严重滞后于国外，国内产品差强人意。国外传感器的新技术、新产品、新工艺、新材料不断涌现，传感器数字化、智能化、微型化已成趋势，大多数产品已变成现实，且在不断完善、不断升级，而我国的传感器虽然所涉足的研究开发领城基本与国外相差无几，但由于在某些核心制造工艺技术上还严重滞后于国外，所以在深度和广度上差异较大，主要表现为：①产品品种不全、规格少，新品欠缺。我国目前传感器产品品种数为3000个左右，而国外已达20000多个，产品品种满足率仅在60%-70%左右，远远满足不了国内传感器市场需求。从行业产品结构看，老产品比例占60%以上，新产品不足吟，高新技术类产品更少，数字化、智能化、微型化产品严重欠缺从总体看，品种不配套、系列不全、低档产品多、高档产品少、缺乏市场竟争力。②科技创新差，拥有自主知识产权的产品少。企业自主开发与技术创新能力差。由于多种因素影响，国内企业仍以手工方式生产技术含量低或国外已停产的产品。很多新公司就是国外产品的推销商和代理商，在多数院校和研究院所中，对高技术的跟踪和对高技术附加值产品的研发能力还是可以的，但其成果以样品居多，距产业化较远，自主开发和拥有自主知识产权的科研成果不多。③工艺装备落后，产品质量差。经过多年开发，虽然研制出一批工艺和产品，但由于批产工艺的稳定性、可靠性问题没有得到根本解决，限制了其应用领域和产业的发展有些高性能产品，不是靠工艺保证，而是靠筛选分档。从技术角度看，由于国内传感器生产工艺与工艺设备相对落后，微机械加工技术和封装技术不够先进，手工操作比较多，检测手段不规范等等，造成主要性能指标和国外差1-2个数量级，使用寿命差2-3级。因此，在化工、电站、冶金、石油、环保、机械等领城重大工程中，许多高性能传感器仍依赖于进口。(2)人才资源匮乏，产业发展不足。传感器及其产业的特点之一是技术密集，由于技术密集，也自然要求人才密集。从目前国内的情况看，能够适应当今传感器技术发展需求的具有高水平的科研队伍及中青年科技专家、技术管干、学术带头人相对缺乏，使行业技术更新换代步伐慢，产业发展后劲不足。(3)统筹规划不足，投资力度不够。在我国，虽然在“七五”、“八五”、“九五”、“十五”、“十一五”的科技攻关中均有立项，但局限性较大。目前存在的问题是重复分散、统筹规划不足，科研投资强度偏低，科研设备落后，科研和生产脱节，影响了科研成果的转化，使我国传感器产品综合实力较低。其次是由于政府重视不够,在信息技术发展的过程中,对传感器技术重要性的认识滞后于计算机技术和通讯技术,发展需求的资源投入规模和强度太小,使传感器技术的发展速度缓慢,牵制了信息技术的飞速发展。4未来传感器的技术发展趋势。传感器技术是现代科技的前沿技术，传感器技术在国内外都具有很好的发展前景，它的经济效益，技术含量等都是大家有目共睹的。但随着复杂系统越来越复杂，自动化已经陷入低谷，其主要原因之一是传感技术的落后，一方面表现为传感器在感知信息方面的落后;另一方面也表现为传感器自身在智能化和网络化方面的技术落后。未来10～20年，传统硅技术将进入成熟期（预测为2014年～2017年）。届时，直径300mm硅晶片将大量用于生产，使得硅的低成本制造技术和硅的应用技术将得到空前的发展，这无疑将为研制生产微型传感器、智能传感器等新型传感器提供技术保障。从总体发展看，传统硅技术将一直延续到2047年（即晶体管发明100周年）才趋于饱和（即达到芯片特征尺寸的极限）和衰退。其一，传感器“小”，这是指传感器在之后的发展历程中将向微型化进军。现在电子产品越做越薄，越做越轻，这也直接关到之后的各类用户体验，不是日常生活还是工业生产中。产品小型化的趋势已非常明显，相应的，在电子产品中使用的各类传感器也向着微型化发展。其二，传感器“精”，这是指传感器的集成化程度越来越高。在电脑这类电子产品刚诞生之时，我们也不能预想到它如今会变得这么小，为什么呢？因为电脑元件的集成度越来越高了。同样，在传感器方面也适用。随着我国电子产品要求越来越高，单一功能的传感器早已不能满足我们的需求，多功能将是传感器发展的一大趋势。目前先进的固态传感器，在一块芯片上能同时集成差压、静压、温度三个传感器，使差压传感器具有温度和压力补偿功能。其三，传感器“尖”，这是指传感器技术尖端化水平更高。传感器作为当前在现代科学研究中或工业自动化中广泛适用的设备，在信息采集等方面有着得天独到的优势。当前由于对各类工作环境的要求增高，传感器的技术水平也开始向着更高层次的发展。当前，在工业自动化、物联网、智能设备快速普及等诸多因素的影响下，全球传感器市场发展非常迅速。2008年，全球3000多家传感器制造商的总销售额为500亿美元，而2010年世界传感器市场规模达800亿美元以上。时间跨到2012年，受到多重因素影响，在2012年中，仅我国的传感器市场规模就已达到440.27元人民币。据预测，未来5年中国传感器市场将稳步快速发展，在物联网市场规模大幅增长的动力之下，2015年中国传感器市场规模有望达到1200亿元以上。除此之外，全球还在开展智能电网、智能家居、智能交通等智能化建设。这些建设中，传感器的应用范