在万物互联的时代浪潮中,“感知”成为了连接物理世界与数字世界的关键纽带。传感器,作为新时代的“耳目口鼻”,担负着采集、转换、传输外界信息的重任。一方面,传感器市场需求呈现爆发式增长;另一方面,高端传感器的国产化突破却面临着重重挑战。从工艺精进到工程迭代,国产高端传感器的进阶之路,究竟该如何探索?
试想一下,你手中的智能手机,一个小小的方寸之间,却集成了数十个精密的传感器。单就拍照功能而言,图像传感器能够捕捉微弱光线,实现精准的自动对焦和高速对焦;运动传感器则能有效抑制拍摄时的抖动,确保画面的清晰稳定。此外,加速度传感器用于记录步数、识别手势;环境光传感器则能根据环境亮度自动调节屏幕显示,呵护使用者的双眼。这仅仅是传感器应用冰山一角,它们早已渗透到我们生活的方方面面。
与早期产品相比,如今的传感器朝着小型化、低功耗、低成本的方向不断演进。这背后,微机电系统(MEMS)技术的进步功不可没。MEMS,即微小的电学机械系统,它以硅片等半导体材料为技术载体,将采集到的微弱信号通过集成电路进行放大和处理。正如上海微技术工业研究院总经理丁辉文所言,从最初级的物理传感——例如对振动和压力的感知,到光、红外、声音等更复杂的信号捕捉,多传感器融合以及人工智能技术的融入,将是传感器技术未来的发展方向。
近年来,传感器市场规模持续扩张。相关行业报告显示,市场规模在过去几年内保持了两位数的年均增长率,这充分表明了市场对传感器的巨大需求。然而,高速增长的市场背后,高端传感器领域“有待突破”的现状不容忽视。尽管国内传感器产业已经形成了从研发、设计、生产到应用的完整产业链,但整体水平与国际先进水平相比仍存在差距,尤其是在高端智能传感器领域,对海外技术的依赖度仍然较高。
令人欣慰的是,通过深入的市场调研,我们发现越来越多的国内企业正在细分领域崭露头角,推出具有竞争力的高端国产传感器产品。
以高精度喷墨打印头为例,某科技公司在该领域取得了显著进展。他们的技术不仅应用于传统的墨水打印,更在生物打印领域展现出巨大的潜力。通过将细胞溶液置于类似墨盒的装置中,利用传感器对流速、温度等关键参数进行精准控制,喷头能够逐个将细胞按照预定的结构排列在培养皿上,最终构建出具有特定功能的类组织。这些类组织可以在药物研发过程中发挥重要作用,代替传统的动物实验,用于观察药物的毒性反应,从而加速新药的研发进程。
在运动传感器领域,另一家科技公司也实现了技术突破。“我们利用十个参数对运动的速度、加速度、转动、高度等进行全面描述。相关的加速度计、磁传感器、陀螺仪、惯性传感器(IMU)芯片累计销量已突破一亿颗。”该公司首席执行官孙臻介绍道。
国产高端传感器的发展机遇,离不开创新基础设施的支撑。目前,多个地区正在积极建设“中试线”,为创新型的小传感器厂商提供从图纸到样品的转化平台,加速技术成果的落地。
高端传感器的研发和生产,需要设计与工艺的紧密配合,以及在应用、设计、生产过程中的持续迭代优化。然而,由于小型传感器厂商的产量有限、资金不足,大型代工厂往往不愿为小公司进行工艺优化调整,因为其“性价比”相对较低。即使调试成功,小型公司通常也无法提供足够的订单量,这与代工厂在工艺调试过程中投入的人力物力并不匹配。
“中试线”的出现,为小型创新传感器厂商提供了一种新的选择。这种介于研发和量产之间的生产线,能够帮助企业进行中间性试验,不断进行工艺优化,从而加速产品的成熟。
上海微技术工业研究院建立了一条8英寸研发中试线。“目前,线上有九十多个项目正在进行研发、中试和量产导入,其中绝大多数都是处于创业阶段的小公司的项目。”丁辉文介绍说。
丁辉文认为,国产高端传感器的发展,也离不开与实际应用的紧密结合,以及在工程上的不断迭代。
“在我们看来,传感器属于‘超越摩尔定律’的范畴,它不再完全追求工艺线宽的持续缩小,而是与材料、工艺密切相关。在许多细分领域,我们的设备和工艺线宽与国外基本处于同一代水平,但细节工艺的积累仍存在差距。然而,广阔的物联网市场使得我们能够更接近应用场景,这有助于技术的迭代更新。”丁辉文说。
孙臻介绍,随着对供应链安全重视程度的日益提高,一些下游厂商,例如手机品牌,开始积极寻求国内产品的替代方案,这为国内高端传感器市场的发展带来了新的机遇。此外,定制化传感器正在成为一种趋势,选择国内传感器厂商也意味着更大的灵活性。
结语
国产高端传感器的崛起,是一场技术与市场的双重考验。只有通过持续的研发投入、工艺创新和应用迭代,才能打破技术壁垒,缩小与国际先进水平的差距。随着国内企业在细分领域的不断突破,以及国内应用市场的持续拓展,我们有理由相信,国产高端传感器必将在万物互联的时代舞台上绽放光芒,为各行各业的智能化转型注入强劲动力。