系列专题|智能传感器产业专利导航系列第7期:智能传感器产业面临问题

相比较欧美、日本等发达国家，我国智能传感器研发起步较晚。虽然国家早在“七五”时期便提出传感器的批量生产和产业化问题，但至今仍未形成传感器产业的龙头企业和标杆单位。国产传感器企业几乎还是靠模仿外国先进产品而维持运营，且企业规模较小，除航天军工用途外，大多数产品无法进入主流市场。同时在中国 1700 多家的厂商中，约 80%是从事销售贸易业务的，独立从事自主研发的企业偏少，龙头企业不多，严重制约产业集聚效应的发挥和智能传感器产业的做大做强。

传感器产业化涉及多方面因素，包括国家政策、投资机制、市场和产业链等，缺乏有效的产业链合作和统筹规划，导致产业化进程受阻。

得益于国内应用需求的快速发展，我国已形成涵盖芯片设计、晶圆制造、封装测试、软件与数据处理算法、应用等环节的初步的智能传感器产业链，但目前存在产业档次偏低、企业规模较小、技术创新基础较弱等问题。如部分企业引进国外元件进行加工，同质化较为严重；部分企业生产装备较为落后、工艺不稳定，导致产品指标分散、稳定性较差。尽管有华润上华、中芯国际、上海先进半导体等少数几家具备晶圆加工生产线，但加工工艺的一致性、可重复性难以完全满足设计需要，且产业界尚缺失先进的用于研发与中试的创新平台，导致产品的良率和可靠性无法达到规模生产要求，无法形成产品推向市场。

目前我国智能传感器产品主要以压力传感器、硅麦克风、加速度计等成熟产品为主，主要面向中低端市场，智能制造涉及的关键产品如智能光电传感器、光纤传感器等国产化率低于 20%。同时由于晶圆制造对工艺及设备要求极高，投入资金巨大，国内绝大部分厂商为无晶圆厂（Fabless）。

总体来看，我国智能传感器由于缺乏先进制造工艺，而无法实现好的设计迅速转化为先进产品，走向市场并应用，这一“卡脖子”环节极大地阻碍了我国智能传感器产业的健康发展。

在国家及地方政府大力支持集成电路产业发展的前提下，国内已拥有华大九天、广立微、芯和半导体、蓝海微、九同方微、奥卡思、博达微、概伦电子、珂晶达等 EDA 企业。大部分国内 EDA 软件企业在部分单点仿真工具或者综合工具方面已经具备一定竞争力，但在芯片设计的全流程布局方面依然不够齐全，与 EDA 三大巨头之间存在较大的技术差距，仅有华大九天等国内 EDA 软件企业可以面向特定领域提供全流程的集成电路设计和解决方案。

在 EDA 产品方面，华大九天可提供晶圆制造专用 EDA 工具和平板显示（FPD）设计和模拟/数模混合芯片设计的全流程解决方案，并拥有全球领先的高精度、大容量并行 Spice 电路仿真工具等工具，但在数字芯片领域由于缺少数字芯片设计的核心工具模块，无法支撑数字芯片全流程设计，仅能提供后端时序分析、时序优化、版图验证、版图分析等设计与优化解决方案。

图 1 2022 年中国 EDA 软件行业竞争格局我国半导体设备厂商全球竞争力总体水平不强

半导体设备企业主要集中在美国、日本、欧洲等国家，数据显示 2022 年全球半导体制造设备销售额 1076 亿美元。其中美国公司应用材料（AMAT）2022 年营收近 237 亿美元，仍然稳居榜首；荷兰公司阿斯麦（ASML）排名第二；美国公司泛林（LAM）排名第三；日本公司 Tokyo Electron（TEL）排名第四；美国公司科磊（KLA）排名第五，前五大设备商的半导体业务 2022 全年营收合计超过 900 亿美元，占整体营收的 84%。在半导体设备领域，美国掌握着绝对的行业话语权，尤其是在芯片沉积、刻蚀、离子注入、 CMP 等领域，美国技术处于全球遥遥领先地位。

由于半导体设备技术壁垒较高，同时国内技术积累较弱，如果单纯地从零起步研发势必需要较长的研发周期而错过近几年高速放量的市场需求，而失去公司营收高速成长的机会。因此国内半导体设备厂商往往早期就由海外领先团队归国创业成立或者收购海外企业完成技术布局，目前国内也已经在刻蚀机、光刻机、清洗机、薄膜沉积设备等均已经实现了从“0”到“1”的突破，未来伴随着技术实力的进一步提升优化，中国半导体设备厂商也有望在国内多条产线实现从“1”到“N”，实现设备品类的拓展和份额的提升。

目前国内先进封装市场占比与全球先进封装市场占比相比仍有较大差距，中国大陆先进封装占比有望不断提高先进封装市场规模及占比持续提升，中国大陆先进封装占比有望不断提高。据 Yole及集微咨询数据，2022 年全球先进封装市场规模为 378.0 亿美元，到 2026 年全球先进封装市场规模达 482.0 亿美元，2022 年-2026 年全球先进封装市场规模 CAGR 为 6.3%，先进封装占比有望突破 50%。中国大陆的先进封装市场规模有望快速成长，据中国半导体行业协会统计及集微咨询数据，2020 年中国大陆先进封装市场规模为 903 亿元，市场占比仅为 36%，预计 2023 年中国先进封装市场规模预计达 1330 亿元，2020-2023 年 4年的复合增长率约为 13.8%。但是，目前国内先进封装市场占比仅为 39.0%，与全球先进封装市场占比（48.8%）相比仍有较大差距，有较大提升潜力。

中国大陆封测厂商在全球化竞争中已占据重要地位，三家龙头厂商稳居行业营收前十。根据芯思想研究院 2022 年全球委外封测榜单，2022 年全球前三大封测厂商分别为日月光、安靠和长电科技，市占率合计 51.9%，行业集中度较高。在 2022 年营收前三十榜单中，中国大陆上榜四家，其中长电科技、通富微电和华天科技稳居前十，甬矽电子作为行业新秀营收排名达到二十二名。

先进封装市场以倒装工艺为主，未来 3D 先进封装技术占比将进一步提升。根据 Yole及集微咨询数据，倒装（FC）封装技术是目前市场份额最大的板块，2022 年全球倒装封装技术市场规模为290.9 亿美元，占比达76.7%，到2026 年其市场规模有望增加至340.32亿美元。其他高阶的封装形式（如 Fan-Out、3DStacked）占比将有所提升，其中 3DStacked技术市场规模增长速度最快，2019 年-2026 年期间的复合年增长率为 22.7%，预计 2026年市场份额将达到 15.3%。

先进封装的四大要素推动着封装技术向连接密集化、堆叠多样化和功能系统化方向发展。

目前，尽管国内已有二十余条 MEMS 生产线，但高端核心传感器技术仍有待突破，如流程工业压力传感器、变送器等多依赖国外进口。美国等国家对中国的高端传感器实施技术禁运，尤其是航天、航空和航海领域的专用高档传感器，导致国内产品在某些领域的技术差距较大。

我国 MEMS 市场中高端传感器进口占比达 80%，传感器芯片进口率达 90%。据专家估算，我国传感器新品研制落后近 10 年，而产业化水平落后 10-15 年。国内智能传感器产品在灵敏度、可靠性及新技术能力提升方面与国外相比还存在较大差距，在中美贸易摩擦和新冠肺炎疫情持续影响下，智能传感器国产化进程差强人意，发展日益艰巨。

长期以来，芯片、集成电路业界普遍流行“造不如买”“买不如租”等错误观点，致使中国在智能传感器起步较晚，落后较多，人才的培养也跟不上行业的发展，尤其是研发人才严重缺乏。目前国内研究传感器的人才都集中在大中院校，而据工信部的可靠数据，这一部分的研究方案最后能落地的产品只有不到 10%。人才的断板加上行业、产业、学界之间长期形成的“信息鸿沟”，导致智能传感器产业欠账太多，未来形势逼人。

智能传感器产业亟需解决以上问题，从产业规模、技术水平、供应链、人才等多方面入手，提升自身的竞争力。只有这样才能推动产业的持续发展，更好地满足市场的需求。