半导体气体传感器国外的发展现状

半导体气体传感器国外的发展现状,第1张

目前半导体气体传感器的研究动态及其发展方向——气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向发展

国外气体传感器发展很快,一方面是由于人们安全意识增强,对环境安全性和生活舒适性要求提高;另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。因此,国外气体传感器技术得到了较快发展,据有关统计预测,美国1996年—2002年气体传感器年均增长率为(27~30)%。

目前,气体传感器的发展趋势集中表现为:一是提高灵敏度和工作性能,降低功耗和成本,缩小尺寸,简化电路,与应用整机相结合,这也是气体传感器一直追求的目标。如日本费加罗公司推出了检测(0�1~10)×10-6硫化氢低功耗气体传感器,美国IST提供了寿命达10年以上的气体传感器,美国FirstAlert公司推出了生物模拟型(光化反应型)低功耗CO气体传感器等。二是增强可靠性,实现元件和应用电路集成化,多功能化,发展MEMS技术,发展现场适用的变送器和智能型传感器。如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器,使气体传感器具有控制校准和监视故障状况功能,实现了智能化;还有前已涉及的美国IST公司的具有微处理器的“MegaGas”传感器实现了智能化、多功能化。

2国内现状与差距

气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在国家列为重点支持发展的情况下,国内已有一定的基础。其现状是:

(1)烧结型气敏元件仍是生产的主流,占总量90%以上;接触燃绕式气敏元件已具备了生产基础和能力;电化学气体传感器有了试制产品

(2)在工艺方面引入了表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺,使烧结型元件由广谱性气敏发展成选择性气敏;在结构方面研制了补偿复合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构;在气敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生产气敏元件,新研究开发的Al2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体等也开始用于气敏材料

(3)低功耗气敏元件(如一氧化碳,甲烷等气敏元件)已从产品研究进入中试

(4)国内气敏元件传感器产量已超过“九五”初期的400万支。产量超过20万支的主要厂家有5家,黑龙江敏感集团、太原电子厂、云南春光器材厂、天津费加罗公司(合资)、北京电子管厂(特种电器厂),其中前四家都超过100万支,据行业协会统计,1998年全国气敏元件总产量已超过600万支。

总的看来,我国气敏元件传感器及其应用技术有了较快进展,但与国外先进水平仍有较大的差距,主要是产品制造技术、产业化及应用等方面的差距,与日本比较仍要落后10年。

9月15日是美针对华为的极限遏制策略的最终执行时间,这天后,从理论上讲,几乎所有芯片企业都无法向华为供货。

华为旗下海思的高端麒麟芯片将失去台积电的生产代工能力,从联发 科技 MediaTek获取5G移动处理器的通道也基本被堵住。除了手机消费电子需要的移动CPU芯片,来自其他芯片企业的Wi-Fi芯片、射频和显示驱动芯片、存储芯片以及其他组件都在华为的产品体系发挥关键作用,未来两年的5G基站配件显得比消费电子所需要的元件更加重要。

加大库存!华为目前甚至不计成本,付出极高代价积极备货,就是为了生存,赢得珍贵的时间和空间。为此,有消息传出:为了赶上美设定的最后期限,一些芯片供应商甚至向华为输送未经测试或组装的半成品以及晶圆。

封装测试是芯片制造过程的最后终结环节,一般会占据芯片成本的20%以上,且充满不可知的变数,华为冒着成本无法计量的风险肯接收这样的半成品,已显无需多言的悲壮。

这大概也说明了两点:

1、时间可以换取空间,极致的库存策略会多一些应对手段,会多几分转机。

2、我们的半导体产业链,涉及EDA工具、材料、设计能力、设备、封装测试,除了设计能力,目前可以实现自主可控的,可以形成依赖的的当属芯片的封装测试。

随着行业竞争的加剧和封装测试工艺的日渐成熟,集成电路封装测试环节的技术,逐渐转移到封装测试的工艺制程、 生产管理、设备制造和原材料技术中,专业的封装测试公司开始出现,封测行业率先从产业中独立出来。

半导体测试贯穿设计、制造、封装、应用全过程。从最初形成满足特定功能需求的芯片设计,经过晶圆制造、封装环节,在最终形成合格产品前,需要检测产品是否符合各种规范。按生产流程分类。半导体测试可以按生产流程可以分为三类:验证测试、晶圆测试、封装检测。

半导体检测是产品良率和成本管理的重要环节,在半导体制造过程有着举足轻重的地位。为了降低测试成本和提高产品良率, 测试环节的技术升级也处在半导体产业链中的核心地位,比如台积电,不仅仅是全球晶圆代工的龙头企业,也是晶圆级封装的引领者,并且在加码封装技术的进步

摩尔定律预测,芯片上的元器件数目每隔18个月会增加一倍,单位元器件的材料成本和制造成本会成倍降低,但芯片的复杂化将使测试成本不断增加。 根据ITRS的数据,单位晶体管的测试成本在2012年前后与制造成本持平,并在2014 年之后完成超越,占据芯片总成本的35-55%。另外,随着芯片制程不断突破物理极 限,集成度也越来越高,测试环节对产品良率的监控将会愈发重要。

尤其是后摩尔时代,制程趋近极限的时刻,封装和测试成了半导体产业链里彰显实力,不可缺少的一环。

华为接收这样的未经测试的芯片作为储备,可谓是冒了极大的风险,当然这是特殊情况的特殊策略,也说明了: 封装测试在华为供应链体系中,不受美系技术制约,可控程度可依赖度是很高的。

2020年2月25日,在华为全球直播的行业数字化转型大会上,华为企业BG副总裁孙福友说,业务连续性管理(Business Continuity Management,简称BCM)是每一个希望基业长青企业都需要考虑的战略问题。

业务连续性管理,是一项综合管理流程,它使企业认识到潜在的危机和相关影响,制订响应、业务和连续性的恢复计划,其总体目标是为了提高企业的风险防范能力。这是华为花费数千万美金从美系 科技 公司IBM那里学习来的法宝。

业务连续性管理主要针对在上游不能保证供货的极端情况下,依然能够实现业务的持续性,是识别对企业的潜在威胁,以及这些威胁一旦发生可能对业务运行带来的影响的一整套管理过程

任老讲过: 走向自由王国的关键是管理

华为的BCM策略最近几年的内容主要包括:

1)前期大量存货, 在 2018 年中兴通讯被美国列入拒绝清单之后,华为就已经开始做相应的准备;首先是做大量元器件的备货,华为的经营活动现金流净额长期领先于净利润,且走势保持一致,2019年花费了1,674亿元人民币(234.5亿美元)储备芯片,组件和材料,比2018年增长了73%。这里面主要增加的又是原材料,原材料占存货的比例达到了近年的峰值 37.5%。

2)供应链切换, 华为自立业之初就开始储备BCM(Business Continuity Management)计划,就具体落实而言包括非美系技术或厂商的切换和自主研发。

现在是华为存亡时刻,库存的力度和决心超乎一般人想象是正常的,那种危机感从开始就流淌在华为的血液里。

芯片封装测试在传统的印象里一般有着“人力密集”、“技术含量较低”和“利润率较低”的标签,半导体业发展初期,马来西亚、中国大陆及中国台湾的比较成本优势突出,且当地政府大力支持和鼓励集成电路产业发展,因此全球集成电路产业的封装测试环节,大量向这些地区转移。但随着摩尔定律走进“深水区”以及芯片设计和制造愈发复杂以后,先进封装技术的重要性也越来越凸显。

当前大陆地区半导体产业在封测行业整体实力不俗,市场占有率也可圈可点,龙头企业长电 科技 、通富微电、华天 科技 、晶方 科技 市场规模不断提升,对比台湾地区公司,大陆封测行业整体增长潜力已不落下风,台湾地区知名IC设计公司联发科、联咏、瑞昱等企业已经将本地封测订单逐步转向大陆同业公司。

封测行业呈现出台湾地区、美国、大陆地区三足鼎立之态,其中长电 科技 、通富微电、华天 科技 已通过资本并购运作,市场占有率跻身全球前十(长电 科技 市场规模位列全球第三),先进封装技术水平和海外龙头企业基本同步,BGA、WLP、SiP等先进封装技术均能顺利量产。华天 科技 已经表示已具备基于5nm芯片的封测能力:这是一个喜人的消息。

封测行业美国市场份额一般,前十大封测厂商中,仅有Amkor公司一家,应该说贸易战对封测整体行业影响较小,从短中长期而言,Amkor 公司业务取代的可能性较高。

库存策略是以时间换空间的策略,华为背后是强大的祖国,是正在奋勇追赶世界水平的整个产业。变数依然很多,尤其是在时间的考验面前:

1、我们的芯片供应链格局随着持续投入的加大,正在破茧,某些设备例如刻蚀机、某些环节例如封装测试已经具备世界的先进水平,具备替代的能力。

2、美的遏制策略下,它们自己的半导体供应商的库存有扩大的趋势,美系技术不被信任的破坏性效应也已经开始显现,它们能承受多久?

3、其他国家和地区的半导体厂商,会忍耐到什么程度?

华为创始人任正非最近讲到,“求生的欲望使我们振奋起来,寻找自救的道路。我们仍然要坚持自强、开放的道路不变。你要真正强大起来,就要向一切人学习,包括自己的敌人。”


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