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郭源生谈“十五五”智能传感器产业高质量发展路径:工艺筑基、质量托底、场景牵引

4小时前
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《电子信息制造业“十五五”规划》明确部署加快智能传感器创新与应用,将MEMS等智能传感器工艺能力提升、全流程质量体系建设作为重点任务,直击我国智能传感器产业发展核心要害。当前我国智能传感器产业已形成完整产业链,消费、环境监测领域国产化取得显著成效,但仍面临MEMS工艺稳定性不足、产品谱系不完善、系统解决方案能力偏弱、产用对接存在产业化“死亡峡谷” 等结构性短板,根源集中体现为认知惯性偏差、产学研机制割裂、产业链协同松散、政策扶持重心错位。面向“十五五”,产业发展需转向工艺筑基、质量托底、谱系供给、场景落地的系统性升级思路,通过MEMS微纳工艺与异质异构集成攻关、构建全链条质量管控体系、完善谱系化产品供给,依托“六网”等重点场景推进产用融合,健全标准、创新联合体、人才与资本配套机制。同时要警惕盲目扩产、重指标轻量产的误区,梯度推进国产替代,夯实我国新型工业化与新质生产力所需的感知产业底座。

智能传感器:数字时代的感知根基与产业底座

(一)规划出台的时代背景

全球新一轮科技革命与产业变革持续深化,人工智能、具身智能、智能制造、低空经济等新赛道加速落地迭代,物理世界与数字世界的交互边界持续消融。智能传感器作为物理信号向数字信号转换的核心接口,是各类数字化、智能化系统不可或缺的 “感知器官”,承担着采集物理环境真实数据信号、识别环境参数变化、支撑智能决策、保障装备安全运行的核心功能,在整个电子信息产业体系中的战略价值持续抬升。没有高可靠的感知能力,数字系统无法获取真实物理世界数字信息,AI大模型、工业自动化、高端智能装备等所有智能化应用,都将失去现实数据源头,沦为无源之水、无本之木。

“十五五” 时期,是我国推进新型工业化、加快发展新质生产力的关键五年。工业和信息化部、国家发展改革委联合印发《电子信息制造业发展“十五五”规划》,将加快智能传感器创新与应用,作为筑牢产业基础能力板块的独立重点任务,与集成电路、核心电子元器件、光子产业等底层基础赛道并列部署。这一安排并非简单在产业目录中新增条目,而是国家针对我国电子信息产业底层短板作出的系统性顶层设计,释放出集中力量攻坚传感产业瓶颈、夯实制造业底层基础能力的明确政策导向。

经过十余年持续培育,我国传感器产业市场规模稳居全球前列,产品品类覆盖范围持续拓宽,产业体量保持稳步增长。但不可回避的现实矛盾长期存在,行业呈现 “大而不强、全而不优、优而无量” 的结构性格局问题。在高端工业控制、汽车电子、高端医疗装备、航空航天等可靠性要求严苛的场景,国产传感器在长期工作稳定性、批次一致性、复杂工况下的可靠性短板突出,已经成为制约产业链供应链自主安全、高端装备国产化落地最突出的瓶颈之一。大量国产整机装备在系统架构、软件算法层面实现突破之后,最终受限于感知元器件的性能短板,难以完成全链条自主化,直接拖累重大装备自主可控的整体进程。

(二)规划中智能传感器任务核心要义解读

通读《电子信息制造业发展“十五五”规划》,其中关于智能传感器创新与应用的部署,清晰勾勒出产业发展双向演进的长期趋势:产业前端聚焦敏感材料、敏感元件、MEMS芯片与核心微纳工艺创新,夯实器件底层物理能力,系统性提升器件在复杂工况下的可靠性与长期稳定性;产业后端面向网络化、智能化、场景适配化方向演进,强化多传感系统集成与行业融合应用,把单一器件的硬件性能转化为面向行业的系统价值。

这条发展主线可以拆解为三层相互支撑的内在逻辑:技术攻关主线,着力提升MEMS等智能传感器工艺能力,重点突破传感器可靠性核心技术,从微纳制造工艺源头解决器件性能衰减问题;质量体系主线,健全设计、制造、封测全流程质量管控机制,系统性提升产品稳定性、一致性,把实验室单点指标转化为规模化量产下稳定可控的工程能力;产业升级主线,推动主流传感器产品向高端市场迈进,增强谱系化供给、系统级应用能力,促进传感器在重点行业场景深度融合落地,打通从元器件研发、量产到行业应用的完整价值闭环。

规划不再孤立看待传感器芯片单品本身,而是将微纳工艺、全链条质量管控、谱系化产品供给、行业场景应用作为有机整体统筹部署,体现出国家层面对传感产业发展规律认知的深化,标志着我国传感产业的扶持思路,从单点技术攻关,转向全产业链体系化能力建设。

(三)规划核心论点与理念解读

进入“十五五”,我国智能传感器产业发展逻辑必须实现根本性转变:产业发展重心不再单纯追求市场规模扩张,要围绕工艺筑基、质量托底、谱系供给、场景落地四个维度协同推进。工艺是底层根本,决定传感器器件的物理性能极限;质量是产业生命线,决定产品能否实现稳定、可控的批量交付;谱系化供给支撑多元化、全场景的差异化需求,补齐产品体系短板;系统级场景应用,是传感技术与产品实现价值释放的最终落脚点。

当前国内传感产业存在突出结构性痛点,大量实验室样品单项指标表现优异,但规模化量产之后一致性不足,形成“样品强、量产弱,能用但不好用”的行业困境。供给侧的可靠性短板造成产品“不能用、不好用”,需求侧出于安全风险、验证成本考量形成“不敢用、不愿用”的市场壁垒,供需两端相互牵制,构成制约国产高端传感器规模化落地的核心堵点。落实“十五五”规划部署,核心任务就是打通这一产业化堵点:以MEMS等微纳工艺攻关夯实器件底层能力,以全流程质量管控体系解决一致性与可靠性难题,以平台化、谱系化产品建设完善产品供给能力,依托重点行业特别是“六网”建设场景牵引产用深度融合。通过全链条协同创新,推动我国传感产业从单点技术突破迈向全链条体系能力跃升,从元器件单品追赶转向系统化感知能力整体跃升,进而迈向智能超感单元,为我国新型工业化和新质生产力培育筑牢坚实可靠的感知底座。

现实审视:产业阶段性成效与深层次结构性矛盾

(一)产业发展阶段性成就

历经多年持续投入,我国智能传感器产业已经积累了扎实的发展基础,呈现规模成型、链条完整、主体成长、替代提速的发展态势。MEMS等成熟赛道实现规模化突破,消费电子、环境监测等领域基本完成国产化替代,本土企业部分产品已经形成稳定批量出货能力,消费端形成充分、良性的市场竞争格局。

从产业链维度看,国内已经构建起覆盖敏感材料研发、芯片设计、晶圆制造、封装测试、系统集成的完整产业链条,长三角、珠三角、环渤海等区域产业集群持续培育成型,上下游配套主体数量不断丰富,初步具备了全链条协同创新与联合验证的基础条件。

创新主体层面,一批本土企业逐步摆脱单纯代工、逆向仿制的发展路径,建立起MEMS传感器正向设计开发能力,掌握从敏感机理、器件结构到工艺开发的自主研发逻辑。部分工业级、车载传感器产品进入下游头部企业长周期验证阶段,国产替代从概念宣传正式进入小批量试用、规模化导入的实质落地阶段,产业整体已经具备向高端市场发起冲击的基础条件。

(二)制约产业升级的四大突出短板

工艺短板:MEMS制造工艺稳定性不足,量产一致性差距显著。

一是国产MEMS产线工艺参数波动大,批次良率管控难度高。MEMS属于典型微纳多物理场制造,工艺容错空间极小,国内产线在薄膜沉积、深硅刻蚀、晶圆键合、结构释放等核心环节的工艺稳定性仍存在明显差距;高端 MEMS专用设备、特种工艺材料、精密检测仪器仍存在外部供给约束,设备与材料的短板反向制约产线工艺迭代优化。

二是工艺开发与可靠性验证脱节。很多实验室环境下制备的样品单项指标十分优异,但进入规模化量产后,面对高低温交变、持续振动、长期老化、交变应力叠加等复杂工况,器件性能会出现快速衰减。实验室环境下测得的单点性能指标,无法等同于工程场景下长期服役的可靠性能,这是产业化转化中最突出的技术鸿沟。

质量短板:全链条质量管控机制尚未真正落地

一是质量管控碎片化。设计端缺少可靠性前置仿真与失效机理预判,大量可靠性缺陷等到制造、封测环节,甚至终端使用阶段才集中暴露;制造端不同企业制程管控标准不统一,工艺管控水平差距悬殊;封测环节测试规范各行其是,同类产品测试条件、判定标准不统一,产品质量缺少横向对比、统一评价的基础。

二是可靠性验证体系不完善。面向车规、工业级等严苛场景的耐久性、环境适应性、长期老化测试能力不足,难以满足高端行业严苛的市场准入门槛。

三是行业统一评价标准、公共第三方检测校准平台供给不足。企业单独搭建全套可靠性验证平台投入巨大,中小企业独立开展全维度可靠性验证,不仅资金压力大,测试周期漫长,还会严重拖累产品迭代速度。

产品供给短板:产品谱系残缺,系统级解决方案能力薄弱

一是单品零散开发居多,平台化产品体系偏少,同类产品重复研发,缺少谱系化、系列化产品布局。很多企业针对单一客户的定制需求单独开发单品,难以基于一套成熟工艺底座衍生多量程、多规格系列产品,造成研发资源分散,规模化成本优势难以发挥。

二是多数企业仅停留在硬件元器件供货层面,缺少标定算法、温度漂移补偿、多传感融合、边缘信号处理一体化交付能力。下游整机厂商需要投入大量人力物力开展二次开发,本土企业难以从单一元器件供应商,升级为感知系统解决方案服务商,无法匹配下游整机系统一体化开发需求。

产用对接短板:技术创新与产业化应用之间存在 “死亡峡谷”

一是下游整机企业对国产传感器长期稳定性存疑,高端装备对器件失效零容忍,国产传感器导入验证周期长、试错成本高,整机企业应用验证意愿不足。

二是上下游供需信息不对称。上游芯片企业对工业、车载、医疗装备真实复杂工况理解不透彻,产品设计简化环境条件,脱离现场复杂工况;下游整机缺少低成本、安全可控的国产器件验证场景,示范应用体量不足,难以积累规模化工况验证数据。

三是面向深海、航空、极端工业等复杂环境与特殊场景,行业对多物理场耦合干扰机理认知不足,产品在多因素叠加的复杂环境下适配能力不足,难以满足特殊领域的严苛需求。

(三)短板背后的深层根源剖析

理念层面:认知偏差,重静态指标轻工程可靠性。长期存在重静态性能指标、轻长期可靠性;重实验室样品指标,轻工程化量产能力的思维惯性。项目立项评价、产品评比更多关注单点性能参数,而长期老化、批次一致性等工程化指标权重偏低,导致大量研发资源向样品指标倾斜,量产可靠性持续打磨不足。

机制层面:链条割裂,缺少共性技术协同攻关长效机制。产学研用创新链条割裂,可靠性工程、失效分析属于典型产业共性短板,投入大、周期长、短期经济回报不明显,单一企业难以独立承担巨额持续投入,缺少跨主体协同攻关的长效组织机制。

生态层面:协同松散,产业链联合验证机制缺失。产业链上下游协同不足,敏感材料、设备、工艺、整机之间缺少常态化联合验证机制,新材料、新设备、新器件无法同步在真实产线、真实工况下开展联合测试,产业链各环节 “各自为战”,跨环节协同与融合能力较低。

政策层面:支持错位,工程化环节公共支撑偏弱。过往扶持资源更多偏向前端研发立项,鼓励样品、样机突破及单项指标提升;针对量产质量体系建设、公共可靠性基础设施、中试验证平台、工况示范场景的政策支持相对偏少,产业从样品走向量产的工程化环节支撑偏弱。

战略逻辑:规划部署的三重价值内涵

(一)安全价值:筑牢电子信息制造业产业链供应链安全底座

高端智能传感器是工业设备、汽车电子、航空航天、能源装备、重大基础设施数字化转型的核心基础元器件。大量高端装备的安全运行高度依赖传感器实时采集的信号,一旦感知器件供给受限或性能失效,将直接影响装备安全与系统整体稳定运行。只有真正解决稳定性、一致性、可靠性短板,实现高端传感器稳定批量供给,才能完成核心器件自主可控,降低外部供应链断供风险。

MEMS工艺属于微纳制造领域通用底层技术与能力,它的突破价值并不局限于传感器单一品类。这套微纳加工、异质集成、薄膜制备工艺体系,还能辐射带动光电子、微流控芯片、射频器件、微型执行器等多个半导体细分赛道协同升级,是支撑整个微纳产业集群持续发展的底层制造底座,MEMS工艺能力提升将带动我国微纳制造整体水平跃升。

(二)质量价值:产业范式从“有没有”向“好不好”转型

“十四五” 阶段,我国传感产业重心更多解决有无的问题,重点实现产品从 0到1的单点国产化突破,补齐国内产品品类空白。进入“十五五”,产业正式迈入质量优先的新阶段,质量管控模式发生根本性转变:由传统终端抽样检测,向前端设计、制造、封测全流程前移。可靠性不再是产品研发完成后附加的可选指标,而是进入工业、车规、医疗高端市场的前置准入门槛。产业发展目标,从“能不能把样品做出来”转向“能不能稳定批量供货,用户愿不愿意长期使用”。这标志着我国传感器产业,从单点元器件国产化追赶,迈向体系化工程化自主可控的范式跃迁。

(三)生态价值:构建技术-产品-市场正向循环,培育新质生产力

高可靠、高一致性的国产传感器实现规模化落地,将直接赋能下游智能制造、机器人、智慧交通、智慧城市等万亿级产业转型升级,为各行各业数字化转型提供基础感知能力。反过来,下游大规模场景应用,会持续积累海量真实工况数据,倒逼上游工艺迭代、良率提升与成本优化,形成 “工艺迭代→产品成熟→场景应用→数据反馈→工艺再优化” 的正向循环。传感技术的产业化落地,能够持续催生新装备、新场景、新业态,打通物理世界数字化的最前端环节,是培育新质生产力的重要一环。

实施路径:落实规划部署五大行动方向

(一)攻坚MEMS核心制造工艺,搭建自主可控工艺平台体系

依托国家重大工程与专项部署,聚焦MEMS刻蚀、薄膜沉积、晶圆键合、结构释放工艺等关键节点,组织产业链上下游开展跨主体联合攻关。同步布局异质异构集成工艺平台,面向具身智能、多参数一体化感知等未来需求,推进硅基、光纤、陶瓷等多种材料体系的异质集成技术研发,突破不同材料、不同功能器件一体化单片集成的技术瓶颈,支撑多功能、多参数一体化智能传感器开发。布局建设一批国家级MEMS中试平台,支撑新工艺、新产品快速验证迭代,降低中小企业新品试产门槛,缩短从工艺开发到样品验证的周期。

推行工艺-装备-材料一体化协同攻关,打通国产MEMS设备、特种工艺耗材在产线的验证、试用通道,建立国产设备材料在MEMS产线的小批量验证机制,以器件工艺需求牵引装备与材料的迭代升级。鼓励龙头企业沉淀标准化工艺模块,搭建企业工艺知识库,把成熟MEMS工艺固化为可复用工艺IP,减少同类产品重复工艺开发,缩短新品开发周期,降低试产成本。

(二)构建设计-制造-封测全流程质量管控体系

在设计阶段前置可靠性工程,引入多物理场仿真、失效机理预判,提前识别温度、应力、疲劳等潜在失效风险,从源头规避稳定性问题,实现可靠性设计前置,把失效管控关口前移至器件设计环节。

制造环节推行数字化制程管控,依托MES系统实现全制程参数可追溯,对薄膜厚度、刻蚀深度、键合应力等关键参数实施闭环管控,严格管控不同批次产品的一致性水平。

封测环节建立分级测试体系,区分消费级、工业级、车规级、航天级差异化测试规范,针对不同等级产品制定对应的老化、环境、可靠性测试项目内容和指标体系,推动分级认证落地,形成国内统一的传感器分级评价机制。

布局国家级、区域级公共可靠性验证与校准平台,面向全行业开放老化试验、高低温循环、振动冲击、长期稳定性测试能力,降低中小企业可靠性测试与认证成本,补齐行业公共检测基础设施短板。

(三)推进谱系化产品布局,提升系统级供给能力

引导龙头企业搭建平台化传感产品架构,基于统一工艺底座衍生多量程、多规格系列产品,构建完整产品谱系,减少低水平重复开发。依托平台化架构,快速衍生同系列不同规格器件,提升产品谱系化供给能力,满足下游整机多样化选型需求,解决下游用户“选品难、品类不全”的痛点。

推动硬件、标定算法、信号处理、多源融合软件一体化协同开发,将补偿算法、多传感融合、边缘预处理嵌入感知单元,推动企业从单一元器件供应商,向感知系统解决方案服务商转型,提升系统级交付能力。

实施分类施策:消费类成熟赛道稳住产能、扩大国产供给,巩固国产化成果;工业、车载、能源、医疗等高可靠赛道集中资源重点攻坚,优先突破市场刚需强、卡脖子特征明显的高端传感器品类,梯度推进高端市场替代。

(四)依托重点行业场景牵引,推动产用深度融合落地

立足国家提出的 “六网” 建设部署,工业互联网、能源互联网、交通网、空天地一体化网络、城市感知网络、民生服务网络,是数字化感知需求最集中、场景最丰富、数据积累最充分的载体,也是国产传感器规模化验证、迭代升级的核心试验场。结合智能制造、智能网联汽车、智慧城市、能源装备、高端医疗装备五大方向,设立国产智能传感器示范工程。面向六大网络场景,布局一批国产传感器规模化示范应用项目,在真实工况下持续验证产品性能、积累长期服役数据。

建立整机+传感器企业联合验证机制,组建上下游联合攻关小组,共同定义工况边界、制定测试标准、开展联合验证。对率先批量采信国产高端传感器的下游企业,落实首台(套)等政策激励,分担应用试错成本,打消下游用户对于可靠性风险的顾虑。

搭建基于真实工况的公共验证场景,复刻高温、高湿、强振动、强电磁干扰等极端及复杂工况,建立标准化工况数据库,缩短产品验证周期,降低下游导入风险,跨越创新成果产业化的 “死亡峡谷”。

(五)完善配套制度保障,培育良性产业生态

加快完善智能传感器国家标准、行业标准体系,统一可靠性、环境适应性、长期老化评价规范,建立统一的产品分级评价体系,解决不同企业测试标准不统一、产品性能无法横向对比的痛点。

组建并强化国家级智能传感器创新联合体,打通产学研用壁垒,协同攻克可靠性、MEMS共性工艺、失效分析等共性难题,集中力量解决单个企业无力承担的基础技术短板,推动创新资源整合共享。

优化人才培养体系,完善高校、科研院所、企业联合培养机制,补齐MEMS工艺工程师、可靠性工程、失效分析、传感器标定等紧缺人才缺口,构建覆盖基础研究、工艺开发、质量管控、系统应用的多层次人才梯队。

引导资本市场转变投资逻辑,从追逐短期概念型项目,转向支持工艺升级、质量体系建设、工程化验证等长周期产业环节,鼓励长期资本深耕传感产业底层能力建设,建立适配基础元器件产业规律的投融资生态。

风险预判与要点把控

(一)警惕两大发展误区

第一,切忌重投资扩产、轻工艺打磨。在政策利好背景下,要防范各地盲目上马MEMS产线,造成低端产能分散过剩、重复建设扎堆,以及低端产能无序扩张、同质化内卷,陷入低价恶性竞争。产业核心短板不是产能不足,而是高端工艺、可靠性能力不足等产用适配性问题,单纯扩充产能无法解决产业根本性矛盾,反而会分散产业资源,延缓高端技术攻关进度。

第二,切忌只追求单项指标突破,忽视整套全链条质量体系建设。部分产品可以通过样品调试实现单点指标达标,但缺少从设计、制造到封测的系统性质量管控,一旦进入大批量生产,就会出现批次离散、一致性不足的现象,导致产品整体品质较差和可用性不足等问题。“样品达标不等于量产可靠和稳定”,这是产业推进过程中必须持续警惕的陷阱,不能把样品性能等同于产业化能力。

(二)坚持梯度推进、市场主导的实施策略

坚持分步走、梯度推进。消费电子、环境监测等成熟领域优先实现规模化国产化替代;车规、航空航天等复杂环境的高可靠领域,按照从非安全部件到安全部件、从辅助感知到核心感知的顺序分步开展导入验证,不急于求成,避免仓促应用带来安全隐患。

清晰划分政府与市场边界。政府侧重点建设公共中试平台、标准体系、公共验证场景、共性技术攻关,补齐产业公共基础设施短板;工艺迭代、产品开发、市场竞争、商业模式创新交由市场主体主导,充分发挥企业创新主体作用,避免行政干预替代市场选择。

总之,面向 “十五五” 新征程,我国智能传感器产业正处于由规模扩张转向质量跃升的关键历史节点。落实《电子信息制造业发展“十五五”规划》部署,必须牢牢抓住MEMS 工艺提升、全链条质量管控两大支点,以可靠性实现产业破局,以谱系化供给夯实产业基础,以场景融合释放产业价值。

传感器产业的进步,从来不是一蹴而就的工程,需要长期、持续、稳定的投入,依靠一代又一代工艺迭代、持续的可靠性打磨。唯有久久为功打磨核心工艺、一丝不苟筑牢质量根基,持续打通产学研用协同链条,推动产业链上下游协同共建产业生态,才能建成具备全球竞争力的智能传感产业高质量体系,为我国新型工业化、发展新质生产力筑牢坚实的感知根基。


作者丨九三学社中央科技委副主任、中国传感器与物联网产业联盟常务副理事长 郭源生

编辑丨张心怡

美编丨马利亚监制丨连晓东

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