心痛！何时能有国产传感器芯？！来自从业30年老传感器人的呐喊

本文作者马向宇来自宝鸡传感器研究所，他从上世纪90年代初开始参与国产压力传感器的生产研发工作，宝鸡传感器研究所是我国最早从事扩散硅压力传感器研究的单位之一。

文中，主要聚焦于压力传感器领域（尤其是扩散硅压力传感器），从作者30年来的工作经历，窥视我国传感器产业发展的沉浮，其中的几个主要观点可以概括为：1、早期国产传感器凭借垄断带来的高利润，勉强发展，但进展缓慢；2、改革开放后，“造不如买”思想盛行，许多传感器公司沦为“封装”企业，购买国外传感器芯片封装销售，纯国产传感器芯片产线几无幸存；3、国产压力传感器厂商缺乏核心技术，而低价竞争却愈演愈烈；4、军工高品质压力传感器进口比例极高，国产压力晶圆仅能用于低端产品，国产化举步维艰……

最后，作者发出“中国压力传感器呼唤完全属于中国人的中国‘芯’”的呐喊：业未竟，鬓已秋，何忍夙愿付诸东流！

这些尘封的国产传感器历史值得我们了解。

1、中国人的中国芯

我所供职的压力传感器研究所是扩散硅压力传感器专业化研究所，成立于七十年代初期，座落在秦岭脚下的西北工业重镇宝鸡市。是我国最早扩散硅压力传感器专业化研究所之一。所以文中所叙的压力传感器都是特指扩散硅压力传感器，为了方便叙述统称为压力传感器。

图一：自行研发于一九七三年的CYG01压力芯片，直径约11mm。

图二:CYG01背面的磨硅杯。硅杯的深度决定感压膜面的厚度和输出信号大小。
图三：用于CYG01芯片封装的不锈钢压力壳体
图四：生产于八十年代初的CYG01压力传感器

七十年代直至九十年代初期，压力传感器技术无疑是名符其实的高科技技术，复杂的工艺流程和要求使得民营企业多年不能涉足这一行业，芯片生产我们俗称的前工序最为复杂。   当时国内能够生产压力传感器的企业只有屈指可数的几家。行业内较为有名的还有沈阳的沈*所，陕西**微电子公司等，产品大多服务于军工及科研院所。 那时候没有卫星发射公司，发射卫星都是由国防科工委牵头部队来搞，因为在东方红卫星发射工作中的杰出贡献(注意：只是参与，以当时的水平根本不可能随着卫星上天）曾受到国防科工委的通令嘉奖。八十年代时任国家电子部部长的***部长和习仲勋委员长曾到这里考察指导工作。      2、晶圆级压力传感器芯片出现，国产化生存受到严重威胁  八十年代末期，我们的一位所长还在美国的一家有名的压力传感器企业“考察”过，说是考察实际上是利用在这家企业供职的某华人二代关系，掏了若干美刀利用下班时间和机会在人家的生产线上匆匆的走了一圈。  毕竟内行看门道，他回来就召集我们宣布说国外的生产流程和我们基本相同，只是效率可能有所差距，例如我们的磨杯机是单头的一次只能磨一片，而人家的是多头的，一次可以磨很多片。至于差距我们可能在材料和工艺精度控制及净化程度上有所落后。例如他看到人家的多头磨杯机可能与电脑相连接。由于只能是透窗观望，具体细节无法了解。   然而好景不长，仅仅过了有两年多时间，各种信息都明确的告诉我们大的挑战来了，国外生产出了晶圆片，而且被成功的用于压力传感器的制作。  这种用于压力传感器生产的晶圆每个单元晶片面积仅2mm见方，每一个大片上约上百个单元芯片。而我们的压力芯片是一个一个生产出来的，无论从生产效率和生产工艺及净化控制都和晶圆的生产方式无法相比，且由晶圆芯片所封装的压力芯体方便实用，国产化生存受到严重威胁。 3、一次悲壮的突围经历  晶圆生产我们所面临的第一个难题就是缺少能够满足需要的***。当时我们用是的上海生产的国产化***，远远不能满足晶圆生产的需要。   经多方申请后，国家在“八五”计划中划拨出若干资金用于购买相关设备。这不是一次简单的购买过程，由于***严禁对华出售，所以国家花了很大的精力，终于购回了一台能够满足需要的***。   遗憾的是由于当时的客观原因，只能通过一定的渠道秘密购回散件自行组装，为了这台***应该是很多部门都付出了很大的努力，有些情况我不可能了解也不便了解，也正是这样的原因致使这台悄然来去的***连一张照片都没有留下。   ***为半自动化电脑控制的双面***，没有任何能够表明身份的铭牌及标识。我只是在连接显微镜的光纤上发现了清晰的日文字样。  当时合作的单位主要有三方：东道主是我们 ，还有一方是我们敬若上宾的甘肃平凉一家军工单位，这家单位以装配水平在国内首屈一指，另外就是相关专业的几所大学的老师和教授。我们接触最多的是交大半导体专业的张教授和西安电子科技大学（当时的西军电）微电子所的朱教授和李老师。

遗憾的是，这台***因为机械臂行程重复性差异过大无法正常工作，平凉单位始终无法解决，经多方申请，直到半年之后，一位来自某国防大学的女研究生来到这里，经反验证后得出结论：设备软件和原装产品无异，国外原装产品没有类似问题出现，问题肯定是出在装配环节上。***计划彻底流产，双方单位的巨大付出都因此而付诸东流。我曾有一篇文章专门对这一经历作过详细的描述。这里不作赘言（可参看《鲜为人知的历史，80年代国产压力传感器的艰难突围》）  4、造不如买，关于压力传感器合资公司  首先由于***的原因，国产化晶圆显然短期内无法完成，当时“造不如买”的意识盛行。随着改革开放的步伐逐渐加大，国内精细化控制的要求越来越广泛，对于我国来说切实可行的办法，无疑是从国外购进高质量芯片进行封装。实际上我国最早的压力传感器合资公司的实质就是这样。 合资目标是最初定为同为社会主义国家的南斯拉夫，可惜不久这个国家就陷入了分裂的战乱中，之后又选择了美国的一家公司。   时值中美关系正处于改开之后的蜜月期，国家不但大力支持且有一定的优惠政策，双方一拍即合。筹建工作也紧锣密鼓的进行着。于是中国扩散硅压力传感器的龙头企业*克传感器有限公司就这样诞生了。  合资公司对于当时的国人来说还是比较新奇事物。传说工资比较高。但要累死人。资本主义管理方式。当时国家鼓励合资企业，在各个方面都有政策性的优惠和支持，所以进展很顺利。   在抽调人选时部门的很多年青人都跃跃欲试。但研究所几乎没有一个人被抽调，当时有一个盛行的说法是研究所要并入合资公司。有技术积淀的研究所被并入似乎也是顺理成章的事。更能佐证这个说法的是我们所的*姓所长——一个纯技术人员竟列席为*克公司的董事行列。这让很多年青人都感到兴奋，摩拳擦掌的等待水到渠成的结果。   但后来事态的发展远远超出了设想范围，研究所不但没有并入且*所长的董事位置也被拿下了。   据知情人透漏。问题就是出在理念差异上。当时*克公司成立初期就决定要从国外购进高质量压力芯片生产芯体。单位为打造购买渠道也付出了很大的努力。但作为纯技术出身的*所长充分发挥文人意气，不顾全场的反对，竭力主张自主生产压力芯片，且拿出舌战群雄的气概执拗到底，最终被体面的扫地出门——从此不再收到过董事会议的邀请通知。   当时所里很多年青人为此而愤愤不平，暗自说某姓所长是名符其实的搅事棍子，成事不足败事有余，成功的砸了所里的美好前程。后来所里依然有很多的年青人以各种方式进入*克公司并成为该公司的中坚力量。  若干年后和当时的同事冷静的回想当年，所谓的对错之分根本不存在。站在*所长的角度自然也有他的道理， 于公来说我们这个所以前工序见长，不作芯片我们的优势根体无法发挥。于私来说，所长名牌大学的办导体专业出身，且大半生都投身于压力芯片制作，如果单纯的搞来料封装又何来他的用武之地呢？   事实证明，作为一个企业*克所选择的道路是正确的，迄今为止，*克传感器有限公司年产值已高达约三亿元左右。稳坐中国扩散硅压力传感器企业NO.1的位置。该公司利用美国和德国生产的高质量压力芯片封装生产的M*M系列压力芯体以其良好的质量成为高质量国产化压力芯体的代表。  在无法成为巨人时，那就站在巨人的身上来拔高自己也不失是一种好办法。

我们再来说国产化芯片发展问题，这是整个国家的问题，肯定不是一个公司所要考虑的，或者说能考虑的。国家在“八五”“九五”之后这方面几乎没有作任何的布局和投入，***事件成为失败的收官之作，九十年代初投入百万元之巨以完全失败而告终，这种风险作为一家自负盈亏的公司是无法承担的，也根本承担不起。   2002年，我在火车上和中科院材料所的一位老院士因卧铺相邻而有幸相识，说起了我们的压力传感器产业，说起了那台***，老院士说，首先我们的硅材料质量和国外就有很大差距，即使有适用的***想要制造出质量相仿的产品几乎不可能。这条路显然荆棘密布坎坷不平。  5、一脉留存  九十年代末期，压力芯体产业逐渐形成规模，得到市场的充分认可，我们那条看似很土的国产化生产线终于退出了历史的舞台。  在得到我们要处理设备的消息后，长期合作的某高校办导体专业的一位的教授找到了我们，想购买一些设备作为校办工厂供学生实习使用，也可以适当的为我们投片进行生产，就这样CYG30和CYG15芯片的生产得以延续。   后来由于政策原因校办工厂被取缔，只好有些工序委托加工，总之这条生产线存活的相当不易。就这样的一脉存留为我们高频动态类压力传感器生产提供了良好的保障，使我们的这一产品市场没有彻底丢失。  

CYG30和CYG15是我们70年代初自行研发的压力传感器芯片，石英玻璃环封接，可用于高频动态压力传感器的生产。高频动态压力传感器广泛的应用于爆炸测试及模拟水工实验等工况。国外类似产品价格约7000-20000元，国产化产品仅为国外产品的1/4 -1/3。 

▲八十年代初，使用国产化CYG30芯片生产的CYG146型高频动态压力传感器  

▲自主研发的CYG30，CYG15芯片    6、国产化压力传感器基础产业土崩瓦解的原因分析  继九十年代中期我们的国产化线下马以后，再也没有纯国产化生产线的消息。近年来才有消息说东北某所还有一条自产芯片的生产线，至于进口设备的参与程度不得而知。仔细分析这也是一个必然的结果。究其原因有以下几点： 一. 随着改革开放的逐渐深入，我们原有的垄断被打破，产品的劣势尽显。当年我们生产用的去粒子水的成本高于牛奶，强大的垄断市场及高额利润远远能够保证企业的运行。但这样的产品显然缺乏任何的市场竞争能力。 二. 生产工艺水平及产品落后，不符合现代化生产的要求，晶圆生产工艺无法突破，生产效率低下，质量无法得到保证。在净化车间***高压汞灯的强光照射下，能够清楚的看到空气中弥布的飞舞纤尘。当时国外著名压传公司已逐渐向超净化无人车间迈进。例如瑞士的keller。半导体行业的净化程度对产品质量的影响不言而喻，芯片质量的差距可想而知。  三. 产品操作复杂，不利于规模化生产。当时的成品***组装成一只合格的压力传感器在我们这里称作装配工序。装配工序的学徒期为三年，所以说要培养一位合格的装配工最起码要两年至三年时间。我是有过这样的学徒经历的。  

▲金丝焊接点实物图

首先对于毫无烙铁焊接基础的人来说，把导电金丝和线路板焊接起来就是需要长期练习的一项技能。芯片上用于导电的金丝直径仅0.08毫米，和人的头发直径基本相当，金丝和焊锡在高温下会形成金锡合金，焊接时间长了金丝会熔断，焊接时间短了会形成虚焊。   芯片的密封形式基本上采用胶连和橡胶“O”形圈，胶接厚度和“O”形圈形变的程度都对产品性能产生影响，人为的成份很大，再加上标定测试等其它技能的培养，所定的三年的学徒期不是凭空而来。   这对于现代化企业来说是无法想象的。然而高度集成的压力芯体将芯片集成到芯体里，不锈钢隔离膜片成功的将压力介质和芯片完美隔离，介质的适应性更广。普通导线出线方式方便连接，完全可以作到三月之内就能培养出一位合格的装配工。生产效率方面有着有天壤之别，能够有效的降低生产成本。  四. 没有建立良好的竞争机制，无竞争意识，产品质量及换代停滞不前。从七十年代初企业组建一直到九十年代中期，国产化芯片无论是从产品质量上和生产工艺上都没有大的提高和改进。   再加上繁杂的生产工艺流程除了国家定点的生产单位外几乎没有私企能够介入这个行业。技术垄断多年，由于生产厂家太少以致于很多时候产品供不应求。当时单位小小的招待所经常被外地而来的采购员住的满满当当，好像产品就没有愁卖的时候，利润也相当可观。质量意识淡漠，缺乏对市场的培养和维护意识。    

▲方便实用的压力传感器芯体         7、高质量国产化芯片缺失的影响 一.  核心技术完全依赖进口的产业经不起任何的制裁  曾有一篇仪表专业化平台刊出一篇文章指出，中国压力传感器生产企业所用的芯片95%来自于国外进口。换句话说如果国外对我们的压力芯片进行制裁的话国内95%的相关企业都要倒闭。华为就是个典型的例子。   不光是压力芯片，简称IC的高质量集成放大线路价格杠杆也牢牢的把握在在他人的手中。例如我们用到的一款车规级放大IC，22年七月分报价为二十多元，23年的2月份供应商的报价不约而同的涨到了近二百元，涨幅达七至八倍，原因是受到了出口限制。 

 二.  缺乏高端市场竞争力，本土企业形成激烈的恶性竞争  芯体的普及使用是原本复杂的工艺简单化，大大的降低了进入这一行业的门槛高度，压力传感器生产企业的数量呈井喷式的递增。据不完全统计国内压力传感器生产企业近二千家。然而不难发现，这些企业的产品大多属于中低端产品。供大于求的市场使得产品价格没有最低只有更低。  而高端产品市场基本上被国外知名企业有条不紊的瓜分。如日本的横河EJA以其良好的表现牢牢的控制了工业现场需求，美国的 Rosemount优良的抗电磁干扰能力使其在电力行业独领风骚若干年………   不但瓜分，且瓜分的很有水准，很大程度的避免了竞争而保证利润的最大化。而纵观国产化市场，本土企业在中低端市场争的头破血流，这几年更是有愈演愈烈之势。价格更是没有最低，只有更低！为了争夺市场而突破了价格底限的产品何言质量保障？
 三.  军品国产化进程举步维艰 我国军工方面所需的高品质压力传感器进口比例极高。一方面我们的国产化压力传感器和国际先进水平有一定的差距，无法满足军事工业高精尖的要求，还有一个重要的方面是受到了“造不如买”的思潮导引，有位伟大的领袖曾说过“帝国主义亡我之心不死！”，性格不和的夫妻都会离婚，何况是意识形态完全不同的国家。   随着世界形势的风云变幻，近年来西方一些国家组团对我国军事工业进行明目张胆的打压，不断的叫嚣着“脱钩”。一些和军工技术相关的产品及设备纷纷被列入禁止对华出口名单。甚至在一些可能用于军工需求的重要设备上加装了高精度定位系统。对我们来说这是非常危险的。

国家也意识到了这个问题，提出了军品国产化的目标，然而对于舒舒服服购买了几十年的我们谈何容易。代表压力传感器核心技术的压力芯片我们都没有实现国产化，如何替代？  更谈不上超越。曾经有一些企业也生产出了压力晶圆，但其质量与性能和国外同类产品相比还是有很大差距，仅能用于低端产品。一方面是军品国产化的迫切需求，一方面是我们面对现实的无奈叹息。我们注定要为自己所走的取巧捷径而买单。  8、芯痛，心痛！  现实告诉我们，靠谁都不如靠己。例如制造出全世界最高水平***的瑞士ASML，所代表的并不是瑞士的科技水平，而是世界先进水平的集成。这里有美国的技术，有德国的技术……但复杂的国际环境决定我们若干年内都不可能融入这个圈子，中国更需要独立自主的精神。更需要“那怕雄关真如铁，不惧迈步从头越”的勇气与精神。   从九十年代至今已经发展了近三十年，压力芯片制造技术不再是一个难以突破的技术，它不该像一个不被待见的弃儿一样无人问津。毕竟我们还在依赖大量的进口，这个产业的核心技术为外企所把持，就如同神五神六都上天了却败在了一个小小的原珠笔球珠上的尴尬一样。   前辈们都年已古稀，我于九十年代初进入这个方兴未艾的行业，那时的我风华正茂，打算用一生去陪伴着我们的中国压力“芯”而成长，如今我已两鬓染霜。 业未竟，鬓已秋，何忍夙愿付诸东流！     中国压力传感器呼唤完全属于中国人的中国“芯”。  扩散硅压力传感器专业所，所以眼界窄水平低，如有谬误之处，还望各位同行多多包谅！    您对本文有什么看法？欢迎在传感器专家网公众号本内容底下留言讨论，或在中国最大的传感社区：传感交流圈中进行交流。

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审核编辑 黄宇