传感器的发展现状及西安传感器的优势(一)

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我国电子信息业在上世纪八十年代第一次腾飞后,随着国民经济信息化进程的加快,之后又进入持续快速发展的新时期。这个时期电子信息产业的主要特征表现为:一是正在从单一的制造业转变为物质生产与知识生产,装备制造与系统集成,硬件制造与软件制造,工业生产与信息服务相结合的现代信息产业;二是产业结构,产品结构,企业结构,运行机制,管理模式等方面发生了深刻变化;三是我国信息产业成为国民经济的支柱产业和先导产业,是新世纪的战略产业,为国民经济和社会信息化建设提供主要技术和物质支撑。

传感器技术及其产业的特点是:基础、应用两头依附;技术、投资两个密集;产品、产业两大分散。基础、应用两头依附,是指传感器技术的发展依附于敏感机理、敏感材料、工艺设备和计测技术这四块基石。敏感机理千差万别,敏感材料多种多样,工艺设备各不相同,计测技术大相径庭,没有上述四块基石的支撑,传感器技术难以为继。

应用依附是指传感器技术基本上属于应用技术,其市场开发多依赖于检测装置和自动控制系统的应用,才能真正体现出它的高附加效益并形成现实市场。也即发展传感器技术要以市场为导向,实行需求牵引。技术、投资两个密集技术密集是指传感器在研制和制造过程中技术的多样性、边缘性、综合性和技艺性。它是多种高技术的集合产物。由于技术密集也自然要求人才密集。投资密集是指研究开发和生产某一种传感器产品要求一定的投资强度,尤其是在工程化研究以及建立规模经济生产线时,更要求较大的投资。增加投资和正确的投资方向是提高传感器产业水平的主要条件之一,也是企事业决策者谋求最佳经济效益的重要手段。产品、产业两大分散,产品结构和产业结构的两大分散是指传感器产品门类品种繁多,生产、研究单位分布在除地方外有12个部委(电子、机械、科学院、航空航天、教委、冶金、船舶、铁道、轻工、化工、煤炭等),其应用渗透到各个产业部门,它的发展既是各产业发展的推动力。只有按照市场需求,不断调整产业结构和产品结构,才能实现传感器产业的全面、协调、持续发展。

在国家的支持下,“八五”以来,我国的传感器技术及其产业取得了长足进步。

在学术交流方面,1989年10月由敏感元器件与传感器分会发起主办的“STC〞89 首届全国敏感元件与传感器学术会议”已延续至今,固定每两年召开一次,每逢活动不但国内学者、企业家云集且有不少其它国家的人士参加。目前,其论值组织机构为:“全国敏感元件与传感器学术团体联合组织委员会”。

在原电子工业部的努力及敏感元器件与传感器分会的积极组织下,实施的“双加工程”即:加快力度加快发展,的方针指导下,建立了我国敏感元器件与传感器生产基地。这三大基地分别为:

“安徽基地”,主要是建立力、光敏规模经济。

“陕西基地”,1990年2月成立了“陕西省敏感技术产业集团公司”主要是建立电压敏、热敏、汽车电子规模经济为主要目标。

“黑龙江基地”主要建立气、湿敏规模经济为主要目标。

多年来,三大基地在发展过程中虽然兴衰不一,历史地看,它对我国敏感元件与传感器行业的建设起到了一定的推动作用。“九五”期间传感器技术研究国家重点科技攻关项目取得了51个品种86个规格的新产品。初步建立了敏感元件与传感器产业。

产品已进入到亿万人民的家庭生活中,并已在国民经济各部门和国防建设中得到一定应用。近年来,在研发主力军的建设方面,主要表现在:(1)建立了“传感技术国家重点实验室”、“微米/纳米国家重点实验室”、“国家传感技术工程中心”等研究开发基地。

全国已有1688家企事业从事传感器的研制、生产和应用,其中从事MEMS研制生产的已有50多家。目前全行业正在执行“十五”规划,MEMS等5项新型传感器已列入研究开发的重点;国家计委决定从2002年开始组织实施的新型电子元器件产业化专项中有5项新型敏感元件与传感器已经启动;一些省、市新建立的“传感器产业基地”、“MEMS科技股份有限公司”,呈现出良好的发展态势。

我国开发新一代的高、精、尖传感器已具备条件,如光纤、红外、超声波、生物、智能及模糊控制传感器,采用MEMS技术制作微传感器等,这些新产品逐步实现了CAD设计、全部实现可靠性设计,质量分析及质量信息管理均采用计算机化。

2003年,我国传感器销售额达186亿元,同比增长32.9%。热敏年产量在1000万只以上的企业有5家。虽然它的附加值不高,但它在整个电子行业是不可或缺的。

以热敏电阻器为例,西安市榜上有名,名列全国前五。

由于该行业近年来一直保持稳定的增长态势,目前,年总产量超过13亿只,从而初步形成了电子制造业中的经济增长点。

以流量计批量生产为例,多年来,西安市可谓是全国的排头兵。

以力敏元件与传感器批量生产为例,陕西省名列榜首。

“九五”其间,通过科技攻关,传感器技术领域水平得到较大的提高。主要以工业自动控制、机电一体化、科学测试仪器为服务领域,以市场需求为导向,以提高敏感元件及传感器的技术水平、可靠性水平和产业孵化为目标,安排工程化研究、新产品、共性关键技术攻关三个层次内容。在国家计委,科技部,国家机械工业局的组织和领导下,在承担单位和广大科技人员的努力下,比较圆满地完成了攻关任务,攻关成果具有一定的显示度。通过三年的攻关:(1) 工程化课题共计建成中试生产线11条,使18个品种75个规格的新产品形成一定规模的生产;(2) 新产品课题开发力敏、磁敏、温度、湿度、气敏传感器的新产品共5个品种86个规格,90%开始小批量生产并供应市场;(3) 在共性关键技术课题自主开发方面,攻克了一批共性新工艺技术和批量生产技术,传感器的CAD技术、关键工艺技术、微机械加工技术、可靠性技术在生产中得到应用,使传感器的成品率普遍提高10%,可靠性水平提高1~2个等级;(4) 据不完全统计攻关三年累计销售各类传感器1260多万只,实现销售收入14418万元。取得科研成果59项,获得国家专利32项,在国内外各类期刊上发表论文和研究报告244篇,攻关成果的总体水平达到国外90年代的先进水平。取得了较好的成绩 。“十五”其间,传感器技术国家指定的科技攻关范围较小,仅选择了少数项目,集中在几个单位内进行,没有起到行业推动作用。

通过国家实施“863”计划,中国半导体行业专门成立了“支撑业”分会,按照一般制造业的发展规律应该是前端材料先行。我国集成电路产业由于特殊的现状和历史原因,选择了产业链中端的集成电路制造作为突破口,这也符合市场引导的原则,先建生产线再吸引上下游企业,在发展过程中人们看到了材料先行,但从外部环境来看,许多地区,支撑材料企业没有享受到国家规定的集成电路产业的优惠政策,影响了支撑材料的发展,而企业面临的是提高产品质量水平与降底价格双重压力也无法回避。没有好的支撑材料就作不出好的传感器。未来10~20年,传统硅技术将进入成熟期(预测为2014~2017年),届时,φ300mm(12英寸)硅晶片将大量用于生产,我国(有研半导体材料股份有限公司)12英寸硅单晶抛光片和外延片,将于2005年地底形成月产1万片试生产能力;大直径硅外延片“SOI”材料(上海新傲科技有限公司)利用注氧隔离(SIMOX)和外延技术开发的大直径“SOI”材料,目前4英寸--6英寸“SOI”圆片年生产规模达30000片;由北京师范大学低能核物理研究所承担的“大直径SOI材料国产化装备及相关工艺研究”已通过讨论了专家验收;清华大学微电子学研究所承担的“大直径SiGe/Si外延材料”目前月产5英寸硅片达3000片;由中电科技集团第四十六研究所承担的“直径6英寸半绝缘GaAs单晶晶片制备技术研究”,目前其指标达到了国际同类商品水平的6英寸“开盒即用”半绝缘砷化鎵双面抛光片,已建成年产5000片的生产线。上述进步,使得材料的低成本制造技术和材料的应用技术将得到空前的发展,这无疑将为研制生产微型传感器、智能传感器等新型传感器提供技术保障。

从总体发展看,传统硅技术将一直延续到2047年(即晶体管发明100周年),才趋于饱和(即达到芯片特征尺寸的极限)和衰退。而当前微电子技术仍将依循“等缩比原理”和“摩尔定律”两条基片规律走下去,在尽力逼近传统硅技术极限中,不断扩展硅的跨学科横向应用(如MEMS等)和突破“非稳态物理器件”(量子、分子器件),而上述微电子技术发展中的两大方向正是当前乃至未来20年传感器技术的主要发展方向。

多学科、多种高新技术的交叉融合,推动了新一代传感器的诞生与发展:例如:当前我国正在重点开发的MEMS(微电子与微机械的结合)、MOMES(MEMS与微光学的结合)、智能传感器(MEMS与CPU、信息控制技术的结合)、生物化学传感器(MEMS与生物技术、电化学的结合)等以及今后将大力开发的网络化传感器(MEMS网络技术的结合)、纳米传感器(纳米技术与传感器技术的结合)均是多学科、多种新技术交叉融合的新一代传感器。

 
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