一台台崭新的新能源车在自动化生产线上有序流转,突然,一颗关键的进口环境传感器芯片断供了——整条产线瞬间停滞、警报长鸣。 这并非虚构,而是国内制造业曾面临的真实困境。传感器,被誉为物联网与智能制造的“五官”,其核心元件能否自主可控,已成为攸关产业链安全的核心命题。
在政策引导、市场需求与技术积累多重驱动下,中国传感器核心元件国产化已取得突破性进展:
中低端领域强势突围: 压力传感器、温度传感器、光电传感器等传统领域已涌现出大批技术扎实的国内企业。以MEMS(微机电系统)压力传感器为例,部分国产产品精度与稳定性已比肩国际二线水平,广泛应用于智能家电、工业控制领域。热释电红外传感器等品类国内份额占比超70%,成为国产替代的“排头兵”。
高端技术壁垒初现曙光 在汽车电子、医疗健康、高端工业传感等壁垒较高的领域,国内企业正加速攻坚:
MEMS高端制造: 歌尔微电子、敏芯股份等在MEMS麦克风、惯性传感器领域跻身全球前列,并向激光雷达SPAD芯片、高性能压力芯片等更高价值环节延伸。
化合物半导体传感器: SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)材料的高温、高频传感器研发获突破性进展,应用于新能源汽车电池热失控监测等关键场景。
先进封装工艺: TSV(硅通孔)、晶圆级封装的逐步掌握,为多传感融合芯片的国产化奠定工艺基础。
产学研协同体系初步成型 政府牵头成立“传感器国家制造业创新中心”,高校、科研院所与企业深度联动。中科院上海微系统所、北京大学微电子所等机构在新型敏感材料、纳米传感器件设计等方面持续输出原创成果,为产业化注入源动力。
尽管成绩显著,传感器核心元件国产化仍面临严峻挑战,尤其是在产业纵深层面:
“卡脖子”环节依然存在
高端设计与仿真工具: EDA(电子设计自动化)软件基本被欧美巨头垄断。国产替代起步晚,高端传感器芯片的设计验证能力严重受限。
特种半导体材料与设备: 高端MEMS晶圆、光刻胶、高性能薄膜沉积设备(如ALD)等制造环节的关键耗材和设备高度依赖日美欧进口,供应链韧性风险突出。
高精度标定与测试体系: 面向汽车级、工业级的高可靠性要求,缺乏被国际认可的权威标定环境和一体化测试方案,成为高端产品推向市场的隐形门槛。
产业生态整合难度高 国内传感器产业链呈现“中间强、两头弱”局面:
芯片设计与制造脱节: MEMS芯片设计公司普遍依赖海外代工(如X-Fab、TSMC),国内头部代工厂(如中芯国际、华虹)的先进MEMS量产线尚未完全成熟,设计端与制造端高效协同不足。
系统整机牵引力不足: 国内大型终端设备厂商(如汽车主机厂、工业巨头)高端采购仍倾向国际头部供应商。对国产器件的验证周期长、导入意愿保守,缺乏类似华为扶持麒麟芯片的强力“链主”推动。
高端人才缺口显著 兼具传感器物理机理研究、半导体工艺整合、复杂电路设计能力的跨学科领军人才极度稀缺。在器件物理模型构建、工艺-设计协同优化(Design For Manufacturing)等关键环节,人才梯队建设滞后于产业发展需求。
破解困局需要系统思维,在关键节点重点发力:
政策精准聚焦“深水区”: 加大国家专项对高端EDA工具、特种材料、先进半导体设备的扶持。建立“传感器国产化可靠性认证”体系,降低下游应用端的试错成本与顾虑。
构建产业协同创新联合体: 引导芯片设计公司、晶圆代工厂、封测厂、终端设备商组成风险共担、利益共享的创新共同体。在先进工艺开发、车规级认证、规模化量产上实现深度绑定。
“链主”企业引领应用牵引: 鼓励汽车、工业自动化、医疗设备等领域龙头开放应用场景,明确国产化替代比例与路线图,为传感器供应商提供宝贵的迭代升级机会与市场空间。
夯实人才与基础研究: 高校应打破学科壁垒,设置跨微电子、材料、物理、机械的传感器专业方向。国家科研项目重点支持面向未来需求的传感器前沿探索,如量子传感器、仿生传感、神经形态传感芯片等,抢占技术制高点。
传感器核心元件的国产化,是一场关乎中国制造业底层根基的持久战。在“进展”中需保持冷静,在“挑战”面前更需战略定力。唯有穿透产业链深层堵点、构建自主可控的生态闭环,才能让中国制造的神经系统真正免于“断芯”之忧。
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