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传感器转型 专利技术是关键

物联网、消费电子、智能管理等应用的发展,使我国传感器市场快速成长起来。但是必须正视的一个问题是,目前我国高端传感器大部分需从国外引进。这与我国传感器产业核心技术不过关、掌握程度较低密切相关。在近日召开的由中电元协敏感元器件与传感器分会主办的“敏感元器件与传感器创新发展论坛暨中电元协敏感元器件与传感器分会2014年会”上,与会专家一致认为,提升我国传感器产业的整体实力,既要立足产业链整合,提升企业创新能力,也需在知识产权策略等方面下工夫,合力推进。

处于向新型传感器转型阶段

作为物联网服务实现的载体,传感器在物联网领域的地位至关重要,无论是智能电网、智能医疗、智能交通,还是智能家居、智能监控、智能楼宇等各大物联网应用系统中,传感器都发挥着举足轻重的作用,离开了传感器,所有关于智能世界的美好畅想都将化为乌有。对此,工信部电子司巡视员胡燕指出:“传感技术应同计算技术与通信技术一起合称为信息技术领域的三大支柱。以传感器为代表的感知制造业将是未来重要的战略性新兴产业,是信息系统的源头,是实现自动化、智能化的核心。”

但是,我国传感器产业在迎来发展机遇的同时,也面临着挑战。中国电子元件行业协会理事长温学礼表示:“目前,我国的敏感元器件与传感器与国际先进水平差距还很大,国内企业提供的产品还远远满足不了物联网和IT行业等的需求。”胡燕也表示:“我国市场上使用的高端传感器核心芯片大量来自进口,国内大多数企业只能集中于中低端市场。2013年我国传感器市场销售额突破1000亿元,但进口占比较大,其中传感器约60%,传感器芯片约80%,MEMS芯片基本100%。由于半导体芯片/MEMS技术进展较慢,国产可用于智能终端、可穿戴设备等产品的传感器种类及数量较为有限。”

胡燕还指出,更为重要的是,当前传感器产业正处于传统型产品向新型传感器转型的阶段。以MEMS等为代表的新型传感器,不仅促进了传统产业的改造,而且在工业化、信息化推进过程中作用巨大,属于战略性产业。同时,传感器产业也是我国可以大有作为的重要产业之一。中国不应在这一领域有所缺失。

积极卡位新产品、新技术

尽管与国际先进水平尚有差距,但是中国依托庞大而多样的市场,完全有机会追赶,甚至超越。“追赶国际发展步伐,整合产业链,加快企业的技术创新,特别是在新技术、新产品的布局上不要落后,十分关键。应用是关键,技术突破是核心。”胡燕表示。

近年来传感器在应用端需求的推动下,新技术、新产品发展很快。如MEMS传感器、磁阻传感器、热敏传感器等领域都出现了许多新的技术进展。中国应在新技术发展之初即积极卡位。

根据胡燕的介绍,消费电子的发展势头迅猛,传感器在智能终端、可穿戴设备等产品中应用广泛,MEMS传感器的发展十分迅速。据统计,智能手机中所采用的传感器在2013年全球出货量达百亿只,产业销售额达到千亿元规模。这是我国必须加快赶上的领域。

江苏多维科技有限公司董事长薛松生介绍了磁阻传感器的技术动向。“磁阻传感器具有可靠、耐用等特点,是磁性传感器的重要部分,具有极为广阔的应用空间,以前主要应用于航天和军工领域,近几年来已开始被手机、GPS、汽车电子等采用。其中,TMR(MTJ)元件作为磁阻传感器的下一代技术,利用磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应,比之前所发现并实际应用的AMR元件和GMR元件具有更大的电阻变化率,可实现更好的温度稳定性、更高的灵敏度、更低的功耗、更好的线性度,以及不需要额外的聚磁环结构等特点。”薛松生指出。

中国电子科技集团公司第49研究所研究员周明军则强调了加强片式氧传感器开发制造的重要性。他指出:“氧化锆氧传感器是应用于汽车电子领域的重要器件,正从管式的氧传感器向板式(片式)、宽域氧传感器过渡。国内目前没有一家企业能够批量生产。而有关数据显示,自2009年开始,已有75%的新车开始安装片式氧传感器产品。”

加强专利情报工作

创新技术的开发与掌握对于包括传感器在内的电子信息产业来说至关重要,事关基础实力的提升。在这一发展过程中,技术发展固然重要,但是企业还应重视和灵活应用知识产权策略。它在技术创新过程中的辅助效应极为明显。

“就国内目前专利状况来看,与传感器相关专利累计申请量达到41889件,增速较快,其中发明专利占60%、实用新型35%、外观专利5%。我国MEMS专利整体申请量大,但是核心专利大多掌握在外国公司手中,国内公司和研究机构的专利大多没有进入实用化阶段。而且国内企业对于专利的维护度不够,专利过期后没有后续的保障。”胡燕表示。

国家知识产权局知识产权发展研究中心副主任陈燕指出:“国内传感器企业应当重视,并加强专利情报工作。专利情报是对产业现状、研发投资决策、风险评估、技术脉络、产品定位、技术空白点等进行分析,可以帮助企业充分了解相关技术领域中专利技术的现状、重点技术、技术生命周期等。在产品研发或投资前进行专利信息采集与分析,可避免决策失误、浪费时间与金钱;研发中进行专利分析,可及时避开已有专利的技术陷阱,及时发觉并尽早进行专利回避和创新设计;研发后进行专利分析,可跟踪相关技术发展动态,尽早了解是否被侵权、侵权程度及侵权对象,及早做好应对策略。”

专家观点

工信部电子信息司巡视员胡燕

新型传感技术走向移动互联网化

当前,传感器正处在传统型传感器向新型转型的发展阶段,对物理、化学、生物感应的传感技术成为热点。新型传感器的特点包括微型化、数字化、智能化、系统化、网络化、移动互联网化等,多媒体信息采集、地理位置、生物识别、MEMS等发展迅速,微型无线感知技术成为重要技术手段。美国提出第三次工业革命,欧洲提出工业4.0,传感器都是重要发展内容。

传感器产业既有机遇也存挑战。国内企业只能集中于中低端市场,在供给能力与应用需求差距上存在挑战。中国传感产业要想取得战略突破,企业是先锋,应用是关键,技术突破是核心。应积极进行基础产业提升,整合产业链,同时重视应用创新、知识产权策略,协调发展。

国家知识产权局知识产权发展研究中心副主任陈燕

专利情报对传感器企业有重要作用

传感器是一门新兴的产业,尚存巨大的发展空间,也为我国追赶国际水平提供了机会。专利情报对传感器企业有重要作用,可促进企业技术价值的最大化和产业价值链地位提升、提高企业对产业发展的影响和控制力,增强企业在国际竞争和规则制定中的话语权。要发挥专利在企业发展方式选择和技术升级、产品结构调整等工作中的引领作用,为企业发展决策提供支撑。

专利情报可进行研发投资决策、风险评估、产品定位和技术空白点研究等,帮助企业充分了解相关技术领域中专利技术的现状、生命周期研究等;在研发或投资前进行专利信息采集与分析,可避免决策失误;研发后进行专利分析,可跟踪相关技术发展动态,尽早了解是否被侵权及被侵权程度,及早做好应对策略。

中国电子元件行业协会理事长温学礼

传感器产业发展空间巨大

近几年来,随着物联网的发展,敏感元器件与传感器行业也得到较快发展,出现了许多新产品。智能机器人、可穿戴设备以及智能终端等,都对传感器提出了更多和更新的需求。但是我国的敏感元器件与传感器与国际先进水平差距还很大。国内企业提供的产品还远远满足不了物联网和IT行业等的需求。

近几年工信部将敏感元器件与传感器作为发展的重点,在政策上向行业倾斜,给予支持。希望在政府的支持下,业内人士通过自己的努力迅速赶上国际水平。目前,物联网的发展整体上仍然不尽如人意,与前几年的期望相差甚远。原因是多方面的,其中之一是感知层,即敏感元器件与传感器的发展水平还远远满足不了物联网的要求。

中国电子科技集团公司第49研究所副所长张建书

创新跨界引领传感行业发展

创新跨界,引领行业发展,提质增效,助推企业辉煌。作为物联网服务实现的载体,传感器在物联网领域的地位至关重要,无论是智能电网、智能医疗、智能交通,还是智能家居、智能监控、智能楼宇等各大物联网应用系统,传感器都发挥着举足轻重的作用,离开了传感器,所有关于智能世界的美好畅想都将化为乌有。

但传感器在迎来下一个春天的同时,同样面临着新一轮的挑战,那就是传感器产业核心技术的掌握程度。目前我国高端传感器大部分是从国外引进的,这跟我国传感器产业面临的核心技术不过关、掌握程度较低等因素有关,如果没有及时进行自主技术的创新发展,那么未来国内传感器产业有可能在竞争中失去行业优势。

南阳森霸光电股份有限公司董事长单森林

以掌握核心技术为长期战略

随着物联网、自动化设备的不断演绎,传感器市场将得到广阔的应用与发展。南阳森霸光电的传感器产业已经发展了十几年时间,主要经营生产全系列光敏电阻、热释电红外传感器PIR等。

在整个发展过程中,森霸光电以掌握核心技术为长期战略,积极探索产学研相结合与创新之路,大力引进人才,推进新产品开发步伐。在红外传感、光敏传感等产品开发生产上取得良好效果,自主研发了热释电红外传感器(PIR),是继美国、日本之后全球第三家、国内首家拥有该技术的企业。热释电红外传感器(PIR),40%以上的产品出口到美国、欧洲等国家和地区。

苏格兰Semefab公司首席执行官Allan James

离子刻蚀可降低成本提高产品质量

等离子刻蚀机对MEMS生产十分重要,主要原因是芯片的尺寸对半导体制造而言有非常重大的意义,可以降低成本,取得竞争优势。以前的氰氧化钾腐蚀工艺在生产MEMS芯片时,芯片尺寸更大,改用离子刻蚀可以缩小芯片尺寸,降低成本,提高产品质量,最终将有利于公司收入的整体提升。采用等离子刻蚀将是MEMS传感器行业的发展趋势。

此外,通过离子刻蚀还可以实现TSV、WSP封装等先进解决方案。使用3D整合堆叠技术可让芯片缩短互连长度,进而改善系统效能,是未来包括传感器在内的所有半导体技术的发展方向。

江苏多维科技有限公司董事长薛松生

TMR磁传感技术有更大发展空间

磁阻传感器的基本原理是由于磁场变化引起磁阻的阻值变化,进而引起电压变化来检测磁场变化,具有可靠、耐用等很多特点。磁阻传感器的发展趋势一方面是精度更高,另一方面是集成度更高。磁阻以前被作为单独的器件来使用,现在却向集成的方向走。

TMR元件是近年来开始工业应用的新型磁电阻效应传感器,其利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应,比之前所发现并实际应用的AMR元件和GMR元件具有更大的电阻变化率。作为GMR元件的下一代技术,TMR(MTJ)元件已完全取代GMR元件,被广泛应用于硬盘磁头领域。相信TMR磁传感技术将在工业、生物传感、磁性随机存储等领域有极大的发展与贡献。

中国电子科技集团公司第49研究所研究员周明军

加快开发量产片式氧传感器

氧化锆氧传感器是目前最佳的燃烧气氛测量方式,具有结构简单、响应迅速、维护容易、使用方便、测量准确等优点。运用该传感器进行燃烧气氛测量和控制既能稳定和提高产品质量,又可缩短生产周期,节约能源。

BOSCH、NGK、DENSO、DELPHI为4大氧传感器领军企业,其中BOSCH的市场占有率为60%,我国与4大领军企业技术差距大约20年。当前国内企业主要生产管式的氧传感器,这是BOSCH公司20世纪80年代开发的产品,而且管式的技术问题大多数国内企业并没有解决,主要体现在产品的使用寿命短、响应速度慢。BOSCH公司新推出的板式(片式)、宽域氧传感器国内目前没有一家企业能够批量生产。自2009年开始,75%的新车安装片式氧传感器产品。

深圳顺络电子股份有限公司产品总工包汉青

我国NTC热敏电阻存在不小差距

NTC热敏电阻是一类在工业测温领域应用相当广泛的温度传感器。与半导体集成温度传感器相比,NTC热敏电阻具有测温范围宽、使用方便、价格低廉等特点;与铂热电阻或热电偶相比,NTC热敏电阻具有灵敏度高、电路简单、价格低廉的特点,主要应用于家电、数码通讯、汽车、工业、医疗等领域,用于温度检测及控制、温度补偿、抑制浪涌电流、流体流量测试等。产品类型包括SMD片式型,插件点滴型,PVC线材连接的传感器、玻璃封装插件型,漆包线连接传感器型等。

我国的NTC与国际先进水平还存在不少差距,技术领先企业主要是日本企业。差距主要表现在可靠性、一致性和电性精度方面存在不足。

南阳森霸光电技术有限公司技术总监郑国恩

积极探索产学研结合

构筑企业为主体的技术创新体系是中国推进传感产业发展进步的重要途径。企业要成为技术创新的主体,必须要走产学研相结合的道路。产学研结合是企业技术支撑的重要形式,国内企业人才普遍缺乏,试验设备不足,相反大专院校和科研院所遍布,技术力量相对较强,但与实际生产结合不足。产学研结合就是学术走向应用的最佳途径。

具体措施要得当,应鼓励发展具有自主知识产权的科技企业,积极推进科研院所与企业的新型战略合作伙伴关系建设,突破传统模式,积极探索新的产学研合作之路。技术创新要灵活,产学研结合要与科研单位及人员的利益挂钩,或以企业为主体成立独立运作的公司,或以市场为导向按实际需要进行有效研发。