科產(chǎn)融合闖新路⑥ | 把傳感器做成中國(guó)的一張名片

在湖南啟泰傳感科技有限公司超凈車(chē)間，技術(shù)人員正在忙碌。　長(zhǎng)沙晚報(bào)全媒體記者　徐運(yùn)源　攝

“你看，工裝都震斷了，傳感器還完好無(wú)損。”近日，在湖南啟泰傳感科技有限公司，董事長(zhǎng)王國(guó)秋點(diǎn)開(kāi)一段檢測(cè)視頻向記者介紹。畫(huà)面中，劇烈震動(dòng)的金屬工裝已經(jīng)斷裂，兩端的傳感器性能依然穩(wěn)定。而傳感器里的核心，是該公司自主研發(fā)的耐高電壓金屬基壓敏芯片。

王國(guó)秋的身份有些特殊——他既是這家國(guó)家級(jí)專(zhuān)精特新“小巨人”企業(yè)的掌舵人，也是湖南師范大學(xué)的教授、博導(dǎo)。從高校講臺(tái)到產(chǎn)業(yè)一線，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)多年，攻克了這款芯片的生產(chǎn)工藝及設(shè)備改造升級(jí)難題，將耐電壓能力從國(guó)際主流的500伏交流，一舉提升到超過(guò)1000伏交流。

這個(gè)看似簡(jiǎn)單的數(shù)字跨越，讓湖南在高端傳感器領(lǐng)域拿到了一張極具分量的“通行證”。

“小紐扣”攻克一道全球性技術(shù)難題

在啟泰傳感超凈車(chē)間，經(jīng)過(guò)一系列精密制造流程，一顆顆小指甲蓋大小、形似“小紐扣”的芯片在自動(dòng)化生產(chǎn)線上成型。

“這顆‘小紐扣’，就是壓力傳感器的核心元件——金屬基壓敏芯片，它相當(dāng)于人類(lèi)的感知器官，可以感知外部壓力變化，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。”王國(guó)秋介紹，公司2019年就建立了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)唯一的金屬基壓敏芯片規(guī)模量產(chǎn)線，經(jīng)過(guò)良率和產(chǎn)能提升，產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。

但團(tuán)隊(duì)沒(méi)有止步。金屬基壓敏芯片多了“耐高壓”三字，產(chǎn)品表面也看不出差別，背后卻是一道世界性的技術(shù)難題——全球同類(lèi)芯片耐電壓長(zhǎng)期卡在500伏交流，無(wú)法滿(mǎn)足高鐵、核電等強(qiáng)電場(chǎng)景的需求。

難題的核心，在于絕緣。

金屬基壓敏芯片，基底是金屬，有著硅基等材料不具備的良好彈性和耐疲勞性質(zhì)，依托其生產(chǎn)的傳感器具有高精度、優(yōu)良的穩(wěn)定性、可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。但它也存在技術(shù)短板，如絕緣耐壓水平。

因此，要在天生導(dǎo)電的金屬上面做芯片，必須先鋪一層絕緣層。國(guó)際上常用的二氧化硅材料存在諸多缺陷：有細(xì)密小孔，介電常數(shù)較低，電壓高了容易被擊穿；材質(zhì)脆，做厚了易裂，做薄了又扛不住高壓。

“又要薄又要耐高壓，這本身是個(gè)矛盾。”王國(guó)秋說(shuō)。

為了破解這個(gè)矛盾，王國(guó)秋帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一干就是五六年。材料換了又換，工藝試了又試，終于在2025年拿到想要的結(jié)果——通過(guò)具有更高介電常數(shù)的多層復(fù)合絕緣膜沉積等關(guān)鍵技術(shù)，將耐壓能力提升到1000伏交流，產(chǎn)品通過(guò)了中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所的測(cè)試。

從產(chǎn)品“沒(méi)人理”到客戶(hù)“找上門(mén)”

啟泰傳感的金屬基壓敏芯片產(chǎn)線2019年建成，但產(chǎn)品出來(lái)后，市場(chǎng)反應(yīng)并沒(méi)有預(yù)期的熱。

王國(guó)秋回憶，當(dāng)時(shí)不少用戶(hù)還存有“國(guó)產(chǎn)不如國(guó)外”的慣性思維，即便價(jià)格更低、服務(wù)更好，也不愿給國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品試錯(cuò)的機(jī)會(huì)。

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在兩個(gè)層面。

一是大環(huán)境變了。從上到下的國(guó)產(chǎn)化意識(shí)覺(jué)醒。“現(xiàn)在只要你產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)做得好，用戶(hù)也很歡迎。”

二是產(chǎn)品自己會(huì)說(shuō)話(huà)。工程機(jī)械領(lǐng)域，啟泰傳感的液壓傳感器經(jīng)過(guò)迭代升級(jí)，已實(shí)現(xiàn)全面進(jìn)口替代，為湖南乃至全國(guó)工程機(jī)械產(chǎn)業(yè)解決了供應(yīng)鏈配套安全難題。去年公司產(chǎn)值過(guò)億元，今年預(yù)計(jì)翻番。

高鐵部門(mén)的反應(yīng)最能說(shuō)明這種變化。當(dāng)金屬基壓敏芯片良率攀升，相關(guān)企業(yè)第一時(shí)間找上門(mén)，聯(lián)手研發(fā)生產(chǎn)高鐵產(chǎn)業(yè)急需的特種傳感器。

如今，基于耐高電壓芯片生產(chǎn)的特種傳感器正在湖南省計(jì)量檢測(cè)研究院接受最嚴(yán)苛的考驗(yàn)。沖擊測(cè)試通過(guò)了，強(qiáng)震測(cè)試通過(guò)了，接下來(lái)還有鹽霧、高濕……五六十項(xiàng)指標(biāo)，一項(xiàng)項(xiàng)往下測(cè)。

“沖擊和震動(dòng)是我們最擔(dān)心的，因?yàn)榻鸾z引線直徑只有25微米，擔(dān)心它扛不了幾十個(gè)G的震動(dòng)負(fù)載，沒(méi)想到順利通過(guò)了，心里就有底了。”王國(guó)秋說(shuō)，產(chǎn)品同時(shí)在高鐵上試用，有望今年內(nèi)應(yīng)用落地。

一顆芯片和它背后的“百億目標(biāo)”

耐高電壓金屬基壓敏芯片的意義，遠(yuǎn)不止于高鐵。

發(fā)電廠、大型中央空調(diào)、醫(yī)用設(shè)備……但凡與強(qiáng)電相關(guān)的場(chǎng)景，都需要一顆“扛得住”高電壓的芯。在高海拔地區(qū)，它更是“剛需”——當(dāng)其他傳感器絕緣性能下跌“失效”時(shí)，它依然能發(fā)揮作用。

而在更廣闊的市場(chǎng)里，一場(chǎng)靜悄悄的技術(shù)替代即將發(fā)生。“陶瓷基傳感器、硅基傳感器，未來(lái)有望被金屬基傳感器替代。”王國(guó)秋介紹，金屬基傳感器的溫區(qū)適應(yīng)性廣（從零下200℃到300℃），穩(wěn)定性和可靠性更是“降維打擊”。

這種取代，孕育著巨大的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)。

目前，金屬基芯片傳感器在整體市場(chǎng)中占比僅1％左右，陶瓷基和硅基分別占了75％和20％。王國(guó)秋的目標(biāo)是金屬基傳感器和陶瓷基硅基傳感器形成自然的高、低檔，“三分天下有其一”，“如果實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，單靠這一款傳感器，一年就能做300億元產(chǎn)值。”

更何況，金屬基芯片傳感器的下游還能延伸出無(wú)數(shù)可能。

王國(guó)秋隨手拿起辦公桌上的幾件樣品向記者展示：汽車(chē)車(chē)身穩(wěn)定系統(tǒng)裝上傳感器，能監(jiān)測(cè)四個(gè)輪子力的大小，讓車(chē)身更加穩(wěn)定；柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)加上傳感器，能讓燃燒效率發(fā)揮到極致；正火熱發(fā)展的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，傳感器更是必不可少的感知器官。

“我們的志向，是把傳感器做成中國(guó)的一張名片。”王國(guó)秋說(shuō)。

長(zhǎng)沙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“母雞帶小雞”

在王國(guó)秋看來(lái)，能啃下耐高壓金屬基壓敏芯片這根硬骨頭，離不開(kāi)長(zhǎng)沙這片土壤。

“傳感器業(yè)界流行一句話(huà)，‘如果沒(méi)有掌握傳感器敏感芯片，就不叫掌握了傳感器核心技術(shù)’。傳感器芯片，全國(guó)能做好的掰著指頭都數(shù)得過(guò)來(lái)。”他說(shuō)，啟泰傳感的創(chuàng)新突破為湖南爭(zhēng)得了一席之地。

當(dāng)年產(chǎn)品剛出來(lái)沒(méi)人用，有關(guān)部門(mén)把幾家工程機(jī)械龍頭企業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人請(qǐng)到一起：“你們是母雞，要像帶小雞一樣，把本地配套企業(yè)帶起來(lái)。”

這一“帶”，就有了工程機(jī)械液壓傳感器的全面國(guó)產(chǎn)化。如今啟泰傳感的布局早已不止于壓力傳感器。溫度、流量、陀螺……產(chǎn)品線不斷拓寬。

采訪臨近結(jié)束時(shí)，王國(guó)秋說(shuō)的一句話(huà)讓記者印象深刻：“傳感器別看單體價(jià)值不大，但幾乎所有工業(yè)都離不開(kāi)它。”

這或許就是對(duì)“科產(chǎn)融合”最好的注解——當(dāng)一顆小小的芯片扛住了1000伏高壓，它撐起的，將是未來(lái)高端制造業(yè)的脊梁。