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傳感器轉型 專利技術是關鍵

物聯網、消費電子、智能管理等應用的發展,使我國傳感器市場快速成長起來。但是必須正視的一個問題是,目前我國高端傳感器大部分需從國外引進。這與我國傳感器產業核心技術不過關、掌握程度較低密切相關。在近日召開的由中電元協敏感元器件與傳感器分會主辦的“敏感元器件與傳感器創新發展論壇暨中電元協敏感元器件與傳感器分會2014年會”上,與會專家一致認為,提升我國傳感器產業的整體實力,既要立足產業鏈整合,提升企業創新能力,也需在知識產權策略等方面下工夫,合力推進。

處于向新型傳感器轉型階段

作為物聯網服務實現的載體,傳感器在物聯網領域的地位至關重要,無論是智能電網、智能醫療、智能交通,還是智能家居、智能監控、智能樓宇等各大物聯網應用系統中,傳感器都發揮著舉足輕重的作用,離開了傳感器,所有關于智能世界的美好暢想都將化為烏有。對此,工信部電子司巡視員胡燕指出:“傳感技術應同計算技術與通信技術一起合稱為信息技術領域的三大支柱。以傳感器為代表的感知制造業將是未來重要的戰略性新興產業,是信息系統的源頭,是實現自動化、智能化的核心。”

但是,我國傳感器產業在迎來發展機遇的同時,也面臨著挑戰。中國電子元件行業協會理事長溫學禮表示:“目前,我國的敏感元器件與傳感器與國際先進水平差距還很大,國內企業提供的產品還遠遠滿足不了物聯網和IT行業等的需求。”胡燕也表示:“我國市場上使用的高端傳感器核心芯片大量來自進口,國內大多數企業只能集中于中低端市場。2013年我國傳感器市場銷售額突破1000億元,但進口占比較大,其中傳感器約60%,傳感器芯片約80%,MEMS芯片基本100%。由于半導體芯片/MEMS技術進展較慢,國產可用于智能終端、可穿戴設備等產品的傳感器種類及數量較為有限。”

胡燕還指出,更為重要的是,當前傳感器產業正處于傳統型產品向新型傳感器轉型的階段。以MEMS等為代表的新型傳感器,不僅促進了傳統產業的改造,而且在工業化、信息化推進過程中作用巨大,屬于戰略性產業。同時,傳感器產業也是我國可以大有作為的重要產業之一。中國不應在這一領域有所缺失。

積極卡位新產品、新技術

盡管與國際先進水平尚有差距,但是中國依托龐大而多樣的市場,完全有機會追趕,甚至超越。“追趕國際發展步伐,整合產業鏈,加快企業的技術創新,特別是在新技術、新產品的布局上不要落后,十分關鍵。應用是關鍵,技術突破是核心。”胡燕表示。

近年來傳感器在應用端需求的推動下,新技術、新產品發展很快。如MEMS傳感器、磁阻傳感器、熱敏傳感器等領域都出現了許多新的技術進展。中國應在新技術發展之初即積極卡位。

根據胡燕的介紹,消費電子的發展勢頭迅猛,傳感器在智能終端、可穿戴設備等產品中應用廣泛,MEMS傳感器的發展十分迅速。據統計,智能手機中所采用的傳感器在2013年全球出貨量達百億只,產業銷售額達到千億元規模。這是我國必須加快趕上的領域。

江蘇多維科技有限公司董事長薛松生介紹了磁阻傳感器的技術動向。“磁阻傳感器具有可靠、耐用等特點,是磁性傳感器的重要部分,具有極為廣闊的應用空間,以前主要應用于航天和軍工領域,近幾年來已開始被手機、GPS、汽車電子等采用。其中,TMR(MTJ)元件作為磁阻傳感器的下一代技術,利用磁性多層膜材料的隧道磁電阻效應對磁場進行感應,比之前所發現并實際應用的AMR元件和GMR元件具有更大的電阻變化率,可實現更好的溫度穩定性、更高的靈敏度、更低的功耗、更好的線性度,以及不需要額外的聚磁環結構等特點。”薛松生指出。

中國電子科技集團公司第49研究所研究員周明軍則強調了加強片式氧傳感器開發制造的重要性。他指出:“氧化鋯氧傳感器是應用于汽車電子領域的重要器件,正從管式的氧傳感器向板式(片式)、寬域氧傳感器過渡。國內目前沒有一家企業能夠批量生產。而有關數據顯示,自2009年開始,已有75%的新車開始安裝片式氧傳感器產品。”

加強專利情報工作

創新技術的開發與掌握對于包括傳感器在內的電子信息產業來說至關重要,事關基礎實力的提升。在這一發展過程中,技術發展固然重要,但是企業還應重視和靈活應用知識產權策略。它在技術創新過程中的輔助效應極為明顯。

“就國內目前專利狀況來看,與傳感器相關專利累計申請量達到41889件,增速較快,其中發明專利占60%、實用新型35%、外觀專利5%。我國MEMS專利整體申請量大,但是核心專利大多掌握在外國公司手中,國內公司和研究機構的專利大多沒有進入實用化階段。而且國內企業對于專利的維護度不夠,專利過期后沒有后續的保障。”胡燕表示。

國家知識產權局知識產權發展研究中心副主任陳燕指出:“國內傳感器企業應當重視,并加強專利情報工作。專利情報是對產業現狀、研發投資決策、風險評估、技術脈絡、產品定位、技術空白點等進行分析,可以幫助企業充分了解相關技術領域中專利技術的現狀、重點技術、技術生命周期等。在產品研發或投資前進行專利信息采集與分析,可避免決策失誤、浪費時間與金錢;研發中進行專利分析,可及時避開已有專利的技術陷阱,及時發覺并盡早進行專利回避和創新設計;研發后進行專利分析,可跟蹤相關技術發展動態,盡早了解是否被侵權、侵權程度及侵權對象,及早做好應對策略。”

專家觀點

工信部電子信息司巡視員胡燕

新型傳感技術走向移動互聯網化

當前,傳感器正處在傳統型傳感器向新型轉型的發展階段,對物理、化學、生物感應的傳感技術成為熱點。新型傳感器的特點包括微型化、數字化、智能化、系統化、網絡化、移動互聯網化等,多媒體信息采集、地理位置、生物識別、MEMS等發展迅速,微型無線感知技術成為重要技術手段。美國提出第三次工業革命,歐洲提出工業4.0,傳感器都是重要發展內容。

傳感器產業既有機遇也存挑戰。國內企業只能集中于中低端市場,在供給能力與應用需求差距上存在挑戰。中國傳感產業要想取得戰略突破,企業是先鋒,應用是關鍵,技術突破是核心。應積極進行基礎產業提升,整合產業鏈,同時重視應用創新、知識產權策略,協調發展。

國家知識產權局知識產權發展研究中心副主任陳燕

專利情報對傳感器企業有重要作用

傳感器是一門新興的產業,尚存巨大的發展空間,也為我國追趕國際水平提供了機會。專利情報對傳感器企業有重要作用,可促進企業技術價值的最大化和產業價值鏈地位提升、提高企業對產業發展的影響和控制力,增強企業在國際競爭和規則制定中的話語權。要發揮專利在企業發展方式選擇和技術升級、產品結構調整等工作中的引領作用,為企業發展決策提供支撐。

專利情報可進行研發投資決策、風險評估、產品定位和技術空白點研究等,幫助企業充分了解相關技術領域中專利技術的現狀、生命周期研究等;在研發或投資前進行專利信息采集與分析,可避免決策失誤;研發后進行專利分析,可跟蹤相關技術發展動態,盡早了解是否被侵權及被侵權程度,及早做好應對策略。

中國電子元件行業協會理事長溫學禮

傳感器產業發展空間巨大

近幾年來,隨著物聯網的發展,敏感元器件與傳感器行業也得到較快發展,出現了許多新產品。智能機器人、可穿戴設備以及智能終端等,都對傳感器提出了更多和更新的需求。但是我國的敏感元器件與傳感器與國際先進水平差距還很大。國內企業提供的產品還遠遠滿足不了物聯網和IT行業等的需求。

近幾年工信部將敏感元器件與傳感器作為發展的重點,在政策上向行業傾斜,給予支持。希望在政府的支持下,業內人士通過自己的努力迅速趕上國際水平。目前,物聯網的發展整體上仍然不盡如人意,與前幾年的期望相差甚遠。原因是多方面的,其中之一是感知層,即敏感元器件與傳感器的發展水平還遠遠滿足不了物聯網的要求。

中國電子科技集團公司第49研究所副所長張建書

創新跨界引領傳感行業發展

創新跨界,引領行業發展,提質增效,助推企業輝煌。作為物聯網服務實現的載體,傳感器在物聯網領域的地位至關重要,無論是智能電網、智能醫療、智能交通,還是智能家居、智能監控、智能樓宇等各大物聯網應用系統,傳感器都發揮著舉足輕重的作用,離開了傳感器,所有關于智能世界的美好暢想都將化為烏有。

但傳感器在迎來下一個春天的同時,同樣面臨著新一輪的挑戰,那就是傳感器產業核心技術的掌握程度。目前我國高端傳感器大部分是從國外引進的,這跟我國傳感器產業面臨的核心技術不過關、掌握程度較低等因素有關,如果沒有及時進行自主技術的創新發展,那么未來國內傳感器產業有可能在競爭中失去行業優勢。

南陽森霸光電股份有限公司董事長單森林

以掌握核心技術為長期戰略

隨著物聯網、自動化設備的不斷演繹,傳感器市場將得到廣闊的應用與發展。南陽森霸光電的傳感器產業已經發展了十幾年時間,主要經營生產全系列光敏電阻、熱釋電紅外傳感器PIR等。

在整個發展過程中,森霸光電以掌握核心技術為長期戰略,積極探索產學研相結合與創新之路,大力引進人才,推進新產品開發步伐。在紅外傳感、光敏傳感等產品開發生產上取得良好效果,自主研發了熱釋電紅外傳感器(PIR),是繼美國、日本之后全球第三家、國內首家擁有該技術的企業。熱釋電紅外傳感器(PIR),40%以上的產品出口到美國、歐洲等國家和地區。

蘇格蘭Semefab公司首席執行官Allan James

離子刻蝕可降低成本提高產品質量

等離子刻蝕機對MEMS生產十分重要,主要原因是芯片的尺寸對半導體制造而言有非常重大的意義,可以降低成本,取得競爭優勢。以前的氰氧化鉀腐蝕工藝在生產MEMS芯片時,芯片尺寸更大,改用離子刻蝕可以縮小芯片尺寸,降低成本,提高產品質量,最終將有利于公司收入的整體提升。采用等離子刻蝕將是MEMS傳感器行業的發展趨勢。

此外,通過離子刻蝕還可以實現TSV、WSP封裝等先進解決方案。使用3D整合堆疊技術可讓芯片縮短互連長度,進而改善系統效能,是未來包括傳感器在內的所有半導體技術的發展方向。

江蘇多維科技有限公司董事長薛松生

TMR磁傳感技術有更大發展空間

磁阻傳感器的基本原理是由于磁場變化引起磁阻的阻值變化,進而引起電壓變化來檢測磁場變化,具有可靠、耐用等很多特點。磁阻傳感器的發展趨勢一方面是精度更高,另一方面是集成度更高。磁阻以前被作為單獨的器件來使用,現在卻向集成的方向走。

TMR元件是近年來開始工業應用的新型磁電阻效應傳感器,其利用的是磁性多層膜材料的隧道磁電阻效應對磁場進行感應,比之前所發現并實際應用的AMR元件和GMR元件具有更大的電阻變化率。作為GMR元件的下一代技術,TMR(MTJ)元件已完全取代GMR元件,被廣泛應用于硬盤磁頭領域。相信TMR磁傳感技術將在工業、生物傳感、磁性隨機存儲等領域有極大的發展與貢獻。

中國電子科技集團公司第49研究所研究員周明軍

加快開發量產片式氧傳感器

氧化鋯氧傳感器是目前最佳的燃燒氣氛測量方式,具有結構簡單、響應迅速、維護容易、使用方便、測量準確等優點。運用該傳感器進行燃燒氣氛測量和控制既能穩定和提高產品質量,又可縮短生產周期,節約能源。

BOSCH、NGK、DENSO、DELPHI為4大氧傳感器領軍企業,其中BOSCH的市場占有率為60%,我國與4大領軍企業技術差距大約20年。當前國內企業主要生產管式的氧傳感器,這是BOSCH公司20世紀80年代開發的產品,而且管式的技術問題大多數國內企業并沒有解決,主要體現在產品的使用壽命短、響應速度慢。BOSCH公司新推出的板式(片式)、寬域氧傳感器國內目前沒有一家企業能夠批量生產。自2009年開始,75%的新車安裝片式氧傳感器產品。

深圳順絡電子股份有限公司產品總工包漢青

我國NTC熱敏電阻存在不小差距

NTC熱敏電阻是一類在工業測溫領域應用相當廣泛的溫度傳感器。與半導體集成溫度傳感器相比,NTC熱敏電阻具有測溫范圍寬、使用方便、價格低廉等特點;與鉑熱電阻或熱電偶相比,NTC熱敏電阻具有靈敏度高、電路簡單、價格低廉的特點,主要應用于家電、數碼通訊、汽車、工業、醫療等領域,用于溫度檢測及控制、溫度補償、抑制浪涌電流、流體流量測試等。產品類型包括SMD片式型,插件點滴型,PVC線材連接的傳感器、玻璃封裝插件型,漆包線連接傳感器型等。

我國的NTC與國際先進水平還存在不少差距,技術領先企業主要是日本企業。差距主要表現在可靠性、一致性和電性精度方面存在不足。

南陽森霸光電技術有限公司技術總監鄭國恩

積極探索產學研結合

構筑企業為主體的技術創新體系是中國推進傳感產業發展進步的重要途徑。企業要成為技術創新的主體,必須要走產學研相結合的道路。產學研結合是企業技術支撐的重要形式,國內企業人才普遍缺乏,試驗設備不足,相反大專院校和科研院所遍布,技術力量相對較強,但與實際生產結合不足。產學研結合就是學術走向應用的最佳途徑。

具體措施要得當,應鼓勵發展具有自主知識產權的科技企業,積極推進科研院所與企業的新型戰略合作伙伴關系建設,突破傳統模式,積極探索新的產學研合作之路。技術創新要靈活,產學研結合要與科研單位及人員的利益掛鉤,或以企業為主體成立獨立運作的公司,或以市場為導向按實際需要進行有效研發。

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