陆峰：推进传感器产业发展的路径和模式

传感器作为物理世界和数字世界的信息传递桥梁，在经济社会数字化转型中有着极为广泛普遍应用，是促进各类产品提档升级的重要部件，是推进信息化和工业化深度融合不可或缺产业关键技术。传感器与高端芯片、工业软件一起被称为拓展和征战数字世界疆域的三大“利剑”，是衡量一国数字化竞争力的重要关键产品，是赢得数字时代战略竞争的杀手锏。当前我国正在加快数字化转型、推进数字中国建设中，传感器产业已经成为支撑万物互联、万物智能的基础产业，各领域数字化转型进程和深度跟传感器产业技术创新水平、产品供给能力等因素息息相关，但我国较多领域传感器技术产品对外依存度较大，部分领域传感器技术产品供应商选择十分有限，存在严重安全发展隐患，应引起国家高度重视。

一、 重要意义

（一）应用极为广泛，杠杆作用巨大

传感器在国民经济和社会发展各领域中有着极为广泛应用，智能手机、智能家居、智慧楼宇、智能汽车、智慧交通、智慧物流、智能制造、智慧医疗、应急救灾、疫情防控等各领域应用无处不在。传感器安装应用是产品智能提档、社会治理提升、服务升级的重要保障。现代智能产品中，传感器是一个不可或缺的部件，传感器嵌入能显著提升产品智能化水平，提升产品附加值。传感器在治安防控、环境保护、安全生产、应急救灾、市场管理等社会治理领域应用，能够实现在线数据实时采集，显著提升态势感知水平，提升实时治理水平。传感器应用扩大了信息采集范围，提升了信息采集反馈交互效率，提高了信息采集能力，是促进信息流高效引领技术流、资金流、人才流、物资流的重要技术产品保障。

（二）核心技术部件，技术高度密集

传感器是现代智能产品中极为关键核心部件，在移动智能终端、智能网联汽车、智能家居、医疗设备、智能装备、数控仪器仪表等高端电子信息物理系统中，传感器都是关键核心部件，决定系统的能力、功效和品质，扮演着极为关键作用。以智能手机为例，高端智能手机中的传感器多达十多款，包括图像（摄像头）、声音（麦克风）、信号（天线）、压力（触摸屏）、角速度（陀螺仪）、磁力、距离、光线、温度、气压、加速度、心率、指纹等各类传感器，每个传感器的功能和性能都关系到手机功能和品质。传感器是技术高度密集产品，对原材料、关键技术、制造工艺、工具软件等都有严格要求，对稳定性、可靠性、耐用性和一致性都有严格要求，各领域高端传感器与工业软件一样，都是产业竞争杀手锏，遏制着产业发展的命脉，把控着产业链价值分配。

（三）信息传递桥梁，数字转型关键

传感器是打通物理世界和数字世界的信息流动的桥梁，是虚拟现实、数字孪生、元宇宙等产业发展的基础性技术，是推进信息化和工业化深度融合关键所在，离开了形形色色的传感器，物理世界和数字世界是隔离的，数字技术赋能经济社会发展的作用就会大幅削弱。以快递物流行业为例，近年来我国快递物流行业作业效率快速提升，离不开快递行业各个环节数字化改造，让各种安装有传感设备的自动化数字设备替代了人类作业，简化了信息处理过程，大大提升快递物流在收揽、分挒、配送过程中的作业效率。当前，我国工业企业在推进两化融合过程中，制约工业企业数字化改造最大的瓶颈技术之一便是工业传感器技术，传感器产品种类谱系不全、性价比不高、稳定性和可靠性差、产品不耐用等多因素制约了工业企业数字化改造，影响了工业企业智能化水平提升。

（四）虽小不可或缺，关系安全发展

光线、声音、距离、图像、指纹、重力、温度、地磁、气压、加速度、红外、角速度、电磁波等各类传感器在现代智能产品中有广泛应用，根据产品功能和性能要求，对传感器精度、可靠性、耐用性等都有不同要求，各领域传感器我国普遍存在种类谱系不全、低端过剩高端紧缺等问题，较多传感器从体积上看似微不足道，但从功能和作用上看则是不可或缺，较多智能系统功能和性能受限于传感器水平，重点行业较多高端领域传感器由于国内无法自给，对国外企业供应依存度较大，一旦发生制裁断供，则会影响安全发展。

二、现状与问题

（一）处于全球产业链价值链中低端，高端供给能力严重不足

成熟领域配套市场长期被国外垄断和挤压，国外传感器品牌垄断国内高端传感器市场，占据着国内市份额和利润的主导地位，导致国内企业在生产规模、品种、质量、价格等方面都缺乏竞争优势。国内传感企业主要集中在封装、测试、模组、集成、应用等环节，具备芯片设计生产能力的厂家较少，较多领域传感器核心部件高端感测芯片进口依赖度较大。MEMS传感器等智能化、微型化高端传感器，国内数字化转型过程中需求非常旺盛，但我国对国外企业依赖度相当大。消费电子、汽车电子、医疗电子等市场需求旺盛、技术要求较高的新兴领域，传感器产品基本上被国外大厂所垄断。

（二）产品种类品类谱系不健全，难以满足差异化场景应用需求

国内传感器企业主要集中在力学量传感器领域，针对电、热、光、磁、声、气体、液体、融合等领域国内传感企业布局较少，随着数字化加快推进，电、光、磁、声等领域感测需求变得跟力领域一样需求广泛。新兴领域产品我国企业布局较少，尤其针对消费电子、汽车电子、医疗电子等领域，对传感器体积、稳定性、可靠性、精度又有非常要求高，全球市场竞争又非常激烈，国内企业在技术水平、市场份额、产品性价比等方面都处于劣势地位。部分领域传感器由于应用范围窄、市场需求量小，但对于稳定性、可靠性、精度又非常要求高，国内企业供给积极性不高，基本上处于国外企业垄断状态，如海洋等领域，我国海面浮标、潜标、海床基等使用传感器基本依赖进口。较多领域我们传感企业存在产品种类谱系不全等问题，例如气体传感器领域，我国企业产品主要集中在传统气体领域，对于绝大部分特种气体检测等无相关产品供给。环境检测领域，针对部分细颗粒物、有机物、重金属检测产品存在空白问题。此外，医疗、科研、微生物、化学分析等较多领域我国传感器都存在短缺或空白，制约着相关领域工作推进。产品种类谱系不全限制了产品在差异化场景中的应用。

（三）关键技术、工艺、材料、工具受制于人，产业发展风险隐患较大

与国外相比，我国传感器企业在产品品质、技术工艺、生产装备、企业规模、市场占有率、综合竞争能力等方面都存在较大差距，尤其是在关键技术、工艺、材料、工具等较多领域受制于人现象较为严重。在技术工艺方面，MEMS传感器制造、封测、集成、融合等多种技术对外依存度较大，传感器电源节能、自组织组网、信号处理等技术与国外企业相比存在一定差距。在材料方面，较多高端传感器使用的化学、有机、高分子、半导体等材料对进口依赖度较大。在工具方面，传感器研发设计所需的EDA、封测等装备工具对外依存度较大。技术装备落后，生产与检测自动化水平较低，技术改造和设备能力提升投资大，企业无力进行改造，直接影响科研和生产工艺技术整体能力提高，严重影响产品创新和产业化进程。

（四）基础理论和技术研究能力不足，产学研用联动机制尚未建立

高校、科研机构较多专家学者关于传感器相关的技术工艺、新材料、信号处理、电源节能等相关研究还停留在论文阶段，较多缺乏工程建模实践，与大规模商业化推广应用更是遥遥无期。部分专家学者甚至打着定制化旗号研究攻关的却是已商用或者过时产品，但其攻关研究成果在市场上已经有相当成熟的产品，研究前瞻性已经严重落后于市场需求。部分专家学者手中掌握有较为先进的理论和技术，但由于缺乏产品创新应用和产业孵化思维，没有及时得到工程实践，造成极大浪费。另外，部分国家紧缺的高端及新兴传感器所需的材料、制造工艺、信号处理等技术缺乏理论研究和技术探索，导致我国传感器产业发展技术始终处于跟随步伐。

（五）产品稳定性可靠性与国外存较大差距，较多领域缺乏市场竞争能力

传感器的稳定性和可靠性至关重要，稳定和可靠性出现问题不仅会引起感知量采集的错误，会导致系统做出错误决策，甚至引发重大安全事故。据相关报道，波音787-MAX飞机两次坠机事件主要原因在于传感器感知数据错误，导致航电系统做出了错误的飞行决策。农工矿业、环境监测、安全生产、应急救灾等较多领域传感器普遍部署在环境条济相对比较恶劣的环境下，传感器更易发生故障，对稳定性和可靠性提出了更好的要求。我国传感器企业普遍存在规模小、技术创新水平滞后、产品未体系化等状态，在传感器产品规范化、性能归一化、功能集成化、结构标准化方面推进进程缓慢，对材料、技术、工艺等创新、管理和把控等能力薄弱，导致传感器品质品位偏低，影响了产品稳定性、可靠性和耐用性。

三、对策建议

（一）加强基础理论系统研究，构建产学研用联动机制

加强力、电、热、光、磁、声、气体、材料等基础领域产学研用联动创新通道，打通高校、科研机构、社会企业在理论研究、工程建模、产品创新、市场应用转换渠道，推动理论研究、技术攻关、产品研制和商业应用协同互动。鼓励企业和高等院校、科研院所研究人员加强合作，激励和推动研究人员将传感器领域的理论研究、技术攻关、工程建模等成果转换为产品创新实践，并在应用过程中加强产学研用互动，不断促进技术进步和产品迭代升级。构建坚持以需求为导向、以市场为目标的技术产品创新推进体系，加大传感器新技术新产品研发，抢占新兴市场。

（二）加强核心关键技术攻关，构建安全可控产业生态

重点突破硅基MEMS加工、MEMS与CMOS工艺集成、非硅模块化集成，以及器件级、晶圆级封装和系统级测试等技术。突破多传感器集成与数据融合技术，研发多功能、多传感参数的复合传感器。持续推进智能传感器配套软件算法、高性能电池等技术攻关，持续提升智能传感器集成创新能力。加快半导体、陶瓷、金属、有机、高分子、光纤、超导、纳米等传感器领域特殊材料技术攻关研发，持续提升材料品质品位，为传感器稳定性、可靠性、耐用性等指标提升打牢材料基础。积极承接国内外加工制造、封装测试产业转移，推动智能传感器封装测试生产线建设。加强传感器芯片研制、产品设计、模拟仿真、无线通信、信号处理、产品测试、EDA等配套软硬件工具研制，培育传感器材料制备和专用设备企业，提升设计、芯片制造、封装测试、设备材料等技术产品供应链安全可控水平，打牢产业发展基础共性技术。

（三）完善产品种类品类谱系，满足差异场景应用需求

加强智能传感器研发设计、加工制造、封装测试、材料设备等四大关键环节布局，为传感器产品创新夯实产业基础支撑。加大消费电子、汽车电子、医疗电子等新兴领域传感器研制布局和政策扶持力度，提升国内企业供给能力，打造协同产业链，满足智能消费终端、智能汽车、智慧医疗等新消费需求。加强特殊场景、极端环境、高强度运行条件下声、光、电、磁、力、热、气体、液体等特种传感器产品研制，提升国内企业对传感器特种应用条件满足能力。丰富各类传感器谱系，满足安装条件、感知量大小、测量精度、持续运行时间等差异场景测量需求。

（四）提高产品工艺质量品质，增强稳定性可靠性水平

加快推进传感器产品规范化、性能归一化、功能集成化、结构标准化进程，加快相关标准规范制定，以标准化来提升产品质量管控能力。加强传感器材料制备、专用设备方面技术创新，打造传感器研发制造“金刚钻”，为传感器产品质量品质提升夯实工具支撑。加快传感器新材料、新技术、新工艺、新工具的研发攻关，加强体系化管理，以精细化管理提升产品质量管控能力。强化面向复杂环境条件下特种传感器的研制，增强稳定性、可靠性和耐用性，提升恶劣条件、高强度运行条件下传感器保障水平

（五）加大关键场景产品研发，提升高端需求供给能力

围绕材料、芯片、器件、算法、智能装备以及先进封装等展开技术攻关，重点聚焦智能终端、高端装备、交通物流、能源水利、商贸流通、农牧业、生态环境等重点领域应用传感器需求，培育智能传感器产业生态。加强智能传感器的研发设计与产业化，重点发展 MEMS 传感器高端产品制造，加快 MEMS 研发中试平台建设。推进智能传感器研发，增强传感器自检、自校、自诊断功能，以及信息存储和传输、自补偿和计算、复合敏感、集成化能力。

本文发表与《中国工业和信息化》杂志2022年7月刊总第47题。文内标题略有修改。