1.基礎(chǔ)研究不力,核心技術(shù)少,創(chuàng)新能力弱
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基礎(chǔ)研究乏力,新原理、新器件開發(fā)鳳毛麟角,新材料研發(fā)屈指可數(shù),特性研究不深不透。國內(nèi)對傳感器的雜礎(chǔ)理論研究重視不夠,很難得到國家立項,即使得到立項經(jīng)費也甚少,很難吸引人才;企業(yè)忙于效益,無暇顧及;政府看重政績,很難顧及。
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因此對傳感器的基礎(chǔ)研究缺乏厚實環(huán)境,如數(shù)學(xué)模型建立、芯片設(shè)計軟件開發(fā),仿真及工藝模擬,工藝裝備研發(fā)、各種結(jié)構(gòu)材料特性研究、產(chǎn)業(yè)化中規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)研究……由于各種原因,投入資金甚少,大大落后國外同行的研究工作。
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出于基礎(chǔ)研究乏力,近幾十年來,國內(nèi)少有傳感器新原理問世,一般是將國外樣品(樣機),分析測繪,充其量有點集成創(chuàng)新,“克隆”而己。
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國內(nèi)在傳感器新材料研究方面也很薄弱,有一些化合物傳感材料的研究,但都在實驗室里小打小鬧,功能傳感材料的研究舉步維艱,真正應(yīng)用生產(chǎn)實際,產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟效益的很少。應(yīng)特別重視非硅基傳感器材料的研究,尤其是石墨烯材料的研究。
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對傳感器的特性研究往往只注意靜特性研究,對動特性研究不甚了了,對航天類傳感器,動特性尤為關(guān)鍵,忽視傳感器動特性的檢測及評估,低估測量參數(shù)的動態(tài)分量,甚至造成傳感器無法使用。
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2.共性關(guān)鍵技術(shù)尚未真正突破
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設(shè)計技術(shù):傳感器的設(shè)計技術(shù)涉及多種學(xué)科、多種理論、多種材料、多種工藝及現(xiàn)場使用條件;設(shè)計軟件價格昂貴、設(shè)計過程復(fù)雜、考慮因子眾多;設(shè)計人才匱乏,設(shè)計人員不僅需了解通用設(shè)計程序和方法,還需熟悉器件制備工藝,了解器件現(xiàn)場使用條件。國內(nèi)雖有一套MEMS傳感器設(shè)計軟件,伹問題較多,離實際普遍應(yīng)用尚有很長路要走??梢哉f國內(nèi)尚無一套有自主知識產(chǎn)權(quán)的,真正好用的傳感器設(shè)計軟件。
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可靠性技術(shù):國產(chǎn)傳感器可靠性不高是影響國產(chǎn)傳感器大量應(yīng)用的主要原因之一,據(jù)了解電力部門采用國外傳感器產(chǎn)品三年不需檢修,采用國內(nèi)產(chǎn)品每季度檢修一次,石化部門,重要生產(chǎn)線幾乎全部采用國外傳感器,而不敢使用國內(nèi)產(chǎn)品。通常國產(chǎn)傳感器可靠性指標(biāo)比國外同類產(chǎn)品低1?2個數(shù)量級。
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國產(chǎn)傳感器可靠性指標(biāo)的提高,不僅有技術(shù)問題、材料問題、工藝問題更有管理問題、使用問題。這些問題必須在批量生產(chǎn)過程中才能發(fā)現(xiàn)、解決。
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封裝技術(shù):傳感器的封裝結(jié)構(gòu)和封裝材料,影響傳感器的遲滯、時間常數(shù)、靈敏限,使用壽命等性能。從制造成本看,傳感器的封裝成本通常為總成本的30%?70%。國內(nèi)對傳感器的封裝技術(shù)尚未形成系列、標(biāo)準(zhǔn),也無統(tǒng)一接口,因而傳感器的外型千差萬別,很不利于用戶選用和產(chǎn)品互換。
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傳感器的封裝有芯片級、芯體級、器件級、系統(tǒng)級等。國內(nèi)對傳感器的封裝重視不夠,更無這方面的專門研究。
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傳感器工藝裝備:傳感器的工藝裝備問題,長期以來,一直得不到應(yīng)有的重視與關(guān)注。傳感器工藝創(chuàng)新依賴于新工藝裝備的問世。在傳感器工藝裝備的研發(fā)與生產(chǎn)方面,國家無規(guī)劃,很難立項,也少投入,靠企業(yè)自籌資金,零敲碎打進(jìn)行研發(fā),既不利于傳感器工藝研究之創(chuàng)新,且這塊市場被國外所壟斷和占領(lǐng),嚴(yán)重制約了我國傳感器行業(yè)的獨立前行。
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國內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)對工藝了解有限,設(shè)備應(yīng)用部門工藝人才培養(yǎng)問題突出,設(shè)備維修換代代價高昂,工藝設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測及調(diào)控手段不足,除非“整線引進(jìn)”,設(shè)備間工藝協(xié)調(diào)性難以較好解決,柔性化生產(chǎn)組織難度較大。
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國有企業(yè)發(fā)展處于平穩(wěn)增長狀態(tài),總體上跟不上國外最新技術(shù)發(fā)展的步伐,除少數(shù)廠家外,總體差距有擴大的趨勢。這是因為傳感器技術(shù)發(fā)展快,工藝和制造設(shè)備更新快。絕大多數(shù)廠家靠自身積累很難購買新型設(shè)備,致使在許多新技術(shù)、新工藝方面無法跟上國外傳感器飛速發(fā)展的步伐。
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3.品種、規(guī)格、系列不全,性能指標(biāo)不高
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國內(nèi)傳感器產(chǎn)品往往形不成系列,系列中比較易生產(chǎn)的某些規(guī)格尚能生產(chǎn),且重復(fù)生產(chǎn),惡性競爭,系列兩端的產(chǎn)品往往不能生產(chǎn),多需國外進(jìn)門,給用戶造成很大不便,使傳感器應(yīng)用的顯示度大打折扣。
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如工業(yè)自動化儀表中廣為應(yīng)用的、髙精度、高穩(wěn)定的低微差壓傳感器(量程《=1KPa),高差壓、高靜壓傳感器(量程》=3MPa、靜壓》=60MPa),國內(nèi)尚不能穩(wěn)定、批量供貨,基本靠國外進(jìn)口。
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國內(nèi)高水平的車用傳感器,每年需進(jìn)口50萬套以上,不需加裝鋰電池的胎壓傳感器尚屬空白之列,某些特種用途和特殊量程的傳感器,如航天傳感器可基木滿足,自給自足,部分極端環(huán)境下使用的特種傳感器,性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。但航空、航海專用傳感器,國內(nèi)基本不能滿足。
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民營或合資企業(yè)的產(chǎn)品占據(jù)了中低端市場。
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除個別廠家在個別品種方而將國外生產(chǎn)的芯片拿到國內(nèi)封裝組裝成相關(guān)產(chǎn)品、占據(jù)市場較大份額外,其他高端產(chǎn)品均是國外廠商在壟斷。
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但山于產(chǎn)業(yè)檔次偏低、技術(shù)創(chuàng)新能力較差,國內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)低端過剩、中高端被國外壟斷的市場格局。
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傳感器技術(shù)發(fā)展滯后,性能指標(biāo)不高,已掣肘國內(nèi)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的順利推進(jìn)。
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國產(chǎn)傳感器在測量精度、溫度特性、響應(yīng)時間、穩(wěn)定性、可靠性等指標(biāo)與國外也有相當(dāng)差距。如以壓力傳感器為例,國產(chǎn)傳感器精度通常為0.1%FS,較好能到0.075%FS,國外通常為0.075%FS,甚至0.04%FS。如量程比,國內(nèi)通常為100:1,國外通常為400:1。
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國產(chǎn)硅基傳感器的溫度誤差通常在(0.25%?0.65%)/55°C之間,與國外產(chǎn)品相比,溫度漂移比國外產(chǎn)品的典型值大50%?100%。傳感器的響應(yīng)時間比國外同類產(chǎn)品要人1倍,甚至數(shù)十倍。問題最嚴(yán)重的是國產(chǎn)傳感器的穩(wěn)定性和吋靠性,往往比國外傳感器同類產(chǎn)品低1?2個數(shù)量級,以至國內(nèi)用戶不敢用、不愿用、不能用。
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由于國內(nèi)不能生產(chǎn)出高性能的傳感器產(chǎn)品,嚴(yán)重影響國內(nèi)新興產(chǎn)業(yè)的順利推進(jìn),如物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)、智能制造產(chǎn)業(yè)、人工智能產(chǎn)業(yè)、數(shù)字經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)等。
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4.傳感器的產(chǎn)業(yè)化問題沒有得到長期的足夠重視
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傳感器作為一種基礎(chǔ)元器件必須實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,才能體現(xiàn)其經(jīng)濟效益,降底成本,穩(wěn)定工藝。做十支百支甚至萬支傳感器不說明任何問題,也不會帶來明顯的直接的經(jīng)濟效益。國家從“七五”開始就提出傳感器的批量生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化問題,但力度不夠,未持之以恒,至今尚未形傳感器產(chǎn)業(yè)的籠頭企業(yè)和標(biāo)桿單位。
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民用工業(yè)傳感器的應(yīng)用與軍用傳感器的應(yīng)用有很大不同,軍傳感器雖然技術(shù)指標(biāo)要求很高,應(yīng)用環(huán)境嚴(yán)苛,技術(shù)參數(shù)眾多,但往往不計成本,一次性應(yīng)用,可動用全國之力,總能在眾多器件中挑選出符合要求的產(chǎn)品。民用工業(yè)傳感器則不同,我們和國外傳感器的差距往往不是技術(shù)指標(biāo)的差距,而是成本的差距、性/價比的差距、批量生產(chǎn)的差距,而要解決這些問題,傳感器產(chǎn)業(yè)化是不可逾越的門檻。
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傳感器產(chǎn)業(yè)化是一個系統(tǒng)工程,它涉及國家政策、體制、機制等政府行為;傳感器產(chǎn)業(yè)化投資機制;市場、用戶、產(chǎn)業(yè)鏈和經(jīng)營模式;傳感器本身產(chǎn)業(yè)化的條件、規(guī)律,即傳感器的“產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”、“產(chǎn)業(yè)化市場”、“產(chǎn)業(yè)化條件”、“產(chǎn)業(yè)化人才”等問題沒有得到有效解決。而傳感器的根本出路也在于傳感器能否走出“象牙之塔”進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
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目前傳感器市場魚目混雜,良莠不齊,存在“虛胖”乏力之勢。