對(duì)話

中國(guó)科協(xié)之聲原創(chuàng)欄目。與大家對(duì)話，前沿探索娓娓道來(lái)，用科學(xué)初心與熱忱同您交流。

當(dāng)高鐵提速，站臺(tái)上劃定的安全線是否需要改變？汽車行駛時(shí)，燃油是否存在揮發(fā)的情況？無(wú)人機(jī)飛行時(shí)，高度和速度如何確定？旋轉(zhuǎn)手機(jī)后，視頻如何同步切換至橫屏或是豎屏……這些問(wèn)題，都需要MEMS傳感器（微機(jī)電系統(tǒng)傳感器）來(lái)解決。

MEMS傳感器的工作原理，是通過(guò)微電子制造技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)，使硅薄膜在受力時(shí)產(chǎn)生硅壓阻效應(yīng)，從而將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)。MEMS傳感器在20世紀(jì)60年代由美國(guó)研發(fā)，因其微型化、成本低、敏感度高等優(yōu)勢(shì)，在誕生后的幾十年里被廣泛應(yīng)用于高精尖設(shè)備和日常生活中。

據(jù)工信部直屬產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)賽迪研究院公布的數(shù)據(jù)顯示，2024年智能傳感器市值規(guī)模在傳感器產(chǎn)業(yè)占比超40%。MEMS作為智能傳感器重要的制造技術(shù)，其市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)1000.3億元。

從行業(yè)空白到占據(jù)傳感器主流市場(chǎng)，中國(guó)僅用了五十年時(shí)間。這“逆襲”的背后離不開(kāi)一代代科研人的不斷深耕，王文襄與兒子王冰便是這樣的科研人。這對(duì)父子的“科研接力”，正是中國(guó)MEMS傳感器崛起之路的一個(gè)縮影。

以下是王冰的講述。

從零起步，為大國(guó)重器打造“感知神經(jīng)”

我和父親的科研事業(yè)與國(guó)家傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展緊密相連。

20世紀(jì)60年代，國(guó)際局勢(shì)風(fēng)云變幻。我國(guó)將東部沿海的工業(yè)體系向內(nèi)陸遷移，開(kāi)展了大規(guī)模的“三線建設(shè)”。寶雞地處關(guān)中平原西部，因其南依秦嶺、北靠黃土高原的復(fù)雜地形，成為理想的工業(yè)基地，中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司第九研究院7107廠在此建立，為航天器研發(fā)配套的傳感器和導(dǎo)航系統(tǒng)。

1970年，為了進(jìn)一步擴(kuò)大傳感器產(chǎn)業(yè)，寶雞秦嶺晶體管廠開(kāi)始籌建。我的父親從西安交通大學(xué)畢業(yè)后，被分配到這里并參與建廠，在車間負(fù)責(zé)晶體管半導(dǎo)體工藝制造。

王文襄在寶雞秦嶺晶體管廠工作

當(dāng)時(shí)，我國(guó)的“兩彈一星”已經(jīng)研制成功，但對(duì)于核爆沖擊波的精確測(cè)量還是空白。父親受邀參加了幾次相關(guān)科研會(huì)議后，自告奮勇接下了這個(gè)艱巨的任務(wù)，和林俊德院士搭檔，從零開(kāi)始，進(jìn)行硅壓阻壓力傳感器的研發(fā)。

父親讀書的時(shí)候，學(xué)習(xí)的外語(yǔ)是俄語(yǔ)，但當(dāng)時(shí)硅壓阻壓力傳感器可查閱的只有英文資料，為了第一時(shí)間掌握相關(guān)技術(shù)進(jìn)展，他開(kāi)始邊學(xué)英語(yǔ)，邊搞研究。

立項(xiàng)之初，父親拿到的唯一資料只有一本國(guó)外硅壓阻傳感器的簡(jiǎn)要產(chǎn)品說(shuō)明書。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)“摸著石頭過(guò)河”，從理論到實(shí)踐，從傳感器芯片設(shè)計(jì)到芯片加工的工藝裝備，逐一研究，逐個(gè)攻破。沒(méi)有專業(yè)的腐蝕裝備，他們就用玻璃燒杯和酒精燈反復(fù)試驗(yàn)；缺乏有效的溫度補(bǔ)償機(jī)制，他們就用“高濃度硼擴(kuò)散+二次補(bǔ)磷”降低零點(diǎn)溫漂……

功夫不負(fù)有心人，1974年，我國(guó)第一支硅壓阻壓力傳感器研發(fā)成功。為了提高良品率，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)，父親帶著團(tuán)隊(duì)繼續(xù)攻關(guān)。通過(guò)改變焊點(diǎn)位置、改變腐蝕方式等方式，將良品率從最開(kāi)始的40%提升到了75%。1977年，CYG2-6系列壓阻壓力傳感器正式通過(guò)國(guó)家鑒定，成為中國(guó)第一個(gè)商品化的壓阻壓力傳感器系列，這也意味著國(guó)產(chǎn)傳感器進(jìn)入了可批量生產(chǎn)和市場(chǎng)應(yīng)用階段。

在一窮二白的科研條件下，寶雞秦嶺晶體管廠陸續(xù)開(kāi)發(fā)出固態(tài)加速度傳感器、醫(yī)用脈象傳感器、腦壓傳感器、微壓傳感器、液位傳感器等產(chǎn)品，為我國(guó)硅壓阻傳感器產(chǎn)業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

之后的幾十年，父親不斷攻克技術(shù)難題。從寶雞傳感器研究所退休后，他選擇了再次創(chuàng)業(yè)，成立昆山雙橋傳感器測(cè)控技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱雙橋公司），繼續(xù)為解決我國(guó)MEMS傳感器領(lǐng)域的難題而努力。

接棒攻堅(jiān)，打破國(guó)外壟斷

2004年，因?yàn)槌Ｄ陝诶郏赣H和公司的幾位科研骨干接連病倒，核心研究課題人手緊缺，瀕臨停滯。當(dāng)時(shí)，我在計(jì)算機(jī)專業(yè)讀大四，畢業(yè)前就簽好了專業(yè)對(duì)口的公司，薪資、職業(yè)發(fā)展都和我的人生規(guī)劃高度一致。

在面臨抉擇的時(shí)刻，我毫不猶豫地回到父親身邊，幫助公司共渡難關(guān)。從計(jì)算機(jī)到傳感器，隔行如隔山。父親雖然是業(yè)內(nèi)首屈一指的專家，但他工作忙碌，對(duì)我又嚴(yán)厲，我不敢向他請(qǐng)教，只能白天工作，晚上一點(diǎn)一點(diǎn)“啃”他厚厚的工作筆記。就這樣過(guò)了五年，科研工作慢慢變得得心應(yīng)手。

工作中的王冰

在MEMS傳感器領(lǐng)域，美國(guó)的科萊特公司一直處于壟斷地位。我國(guó)要使用相關(guān)傳感器，只能依賴進(jìn)口。由于訂單量大，科萊特公司的產(chǎn)品不僅價(jià)格高昂，交貨周期還十分漫長(zhǎng)。

打破國(guó)外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵傳感器的自主可控，成為了我堅(jiān)定的科研目標(biāo)。

研發(fā)之路并不順利。最初，國(guó)內(nèi)的企業(yè)和科研院所都抱著“進(jìn)口即最優(yōu)”的心態(tài)。我們開(kāi)始嘗試通過(guò)科萊特公司“瞧不上”的項(xiàng)目打開(kāi)市場(chǎng)。有特殊需求但訂貨數(shù)量不高的，科萊特公司不愿意進(jìn)行定制的，或者經(jīng)費(fèi)有限用不起科萊特公司產(chǎn)品的……都成了我們的目標(biāo)客戶。

2014年，我們接到一個(gè)需求，要解決飛機(jī)脈動(dòng)壓力測(cè)試系統(tǒng)中所使用的傳感器故障率高的問(wèn)題。拆解分析故障產(chǎn)品后，我們發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題的根源出在封裝技術(shù)上。雖然科萊特公司的封裝技術(shù)先進(jìn)，但在極限高低溫環(huán)境下，傳感器很容易失效。我們對(duì)芯片設(shè)計(jì)、封裝工藝等進(jìn)行了全流程優(yōu)化，給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。

為驗(yàn)證產(chǎn)品質(zhì)量，主機(jī)單位決定做一個(gè)測(cè)試：在一架飛機(jī)上一半使用科萊特公司的傳感器，一半使用我們生產(chǎn)的傳感器。試飛一年后，科萊特公司的傳感器壞了大半，我們的產(chǎn)品卻完好無(wú)損。后來(lái)，那架飛機(jī)拆掉了科萊特公司的傳感器，只保留了我們的這一半。又飛了很多年，這些傳感器依然“零故障”。

這次成功，讓我們?cè)趥鞲衅黝I(lǐng)域“一炮而紅”。曾經(jīng)被國(guó)外壟斷的產(chǎn)品我們也能做了，并且成本更低、質(zhì)量更好，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始找到我們進(jìn)行合作。

在一個(gè)個(gè)科研項(xiàng)目中，我們對(duì)自己的要求愈發(fā)嚴(yán)格。一旦成品在使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，管理和技術(shù)兩個(gè)層面都要推倒重來(lái)。這份嚴(yán)謹(jǐn)，讓我們不斷突破“卡脖子”技術(shù)，為國(guó)家高精尖產(chǎn)業(yè)的更新迭代保駕護(hù)航。

高鐵的速度越來(lái)越快，我們攻克了薄型脈動(dòng)壓力傳感器技術(shù)，為檢測(cè)弓網(wǎng)接觸力波動(dòng)、隧道活塞效應(yīng)、車體疲勞壽命等方面提供了保障；潛水器不斷向深海進(jìn)發(fā)，我們解決了傳感器在極限高低溫環(huán)境下的耐受性問(wèn)題，再深的海洋都不影響高精度測(cè)量，為實(shí)現(xiàn)“全深海，全溫區(qū)”覆蓋創(chuàng)造了可能；航天領(lǐng)域高速發(fā)展，我們研發(fā)出了2mm級(jí)高頻探針傳感器，基本實(shí)現(xiàn)與航天器壁面齊平安裝，對(duì)流場(chǎng)的干擾降低了一個(gè)量級(jí)，也實(shí)現(xiàn)了航天高頻脈動(dòng)壓力傳感器的國(guó)產(chǎn)化覆蓋。

我國(guó)第一代半導(dǎo)體壓力傳感器的機(jī)械磨硅杯感壓芯片

如今，國(guó)產(chǎn)傳感器的印記已深深烙在國(guó)家高精尖產(chǎn)業(yè)的版圖上，中國(guó)高端傳感器也發(fā)展得越來(lái)越好。但我們?nèi)匀粵](méi)有停止探索的腳步，而是緊握科研接力棒，朝著更高精度、更極端場(chǎng)景的技術(shù)難關(guān)邁進(jìn)。因?yàn)槊恳粋€(gè)“卡脖子”技術(shù)的突破，都會(huì)離“國(guó)家裝備百分之百國(guó)產(chǎn)化”的目標(biāo)更近一步。

將科研精神傳承下去

從接過(guò)父親手里的接力棒，到帶領(lǐng)雙橋公司走向國(guó)際舞臺(tái)，二十年時(shí)間里，王冰牽頭承擔(dān)了國(guó)家863專項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等各級(jí)科研項(xiàng)目數(shù)十個(gè)，研發(fā)的高性能MEMS傳感器成功應(yīng)用于航天航空、水下兵器、高鐵測(cè)量等不同領(lǐng)域的國(guó)家重大工程，為我國(guó)科技自立自強(qiáng)不斷貢獻(xiàn)力量。

王冰和父親王文襄探討科研問(wèn)題

在攻克技術(shù)難關(guān)的同時(shí)，王冰深知人才是創(chuàng)新的核心。他主導(dǎo)建設(shè)國(guó)家級(jí)博士后科研工作站，構(gòu)建老中青結(jié)合的人才培養(yǎng)體系，打造出了一支能“打硬仗”的科研團(tuán)隊(duì)。2021年，王冰獲得由江蘇省委宣傳部和江蘇省科協(xié)頒發(fā)的最美科技工作者稱號(hào)，在王冰看來(lái)，這是對(duì)他的肯定，也是對(duì)他的激勵(lì)：“做科技自立自強(qiáng)的‘排頭兵’，這是我的本職工作，將科研精神傳承下去，是我接下來(lái)要努力的方向?！?/p>

對(duì)話

目前在MEMS傳感器領(lǐng)域，我國(guó)還有哪些急需攻克的“卡脖子”技術(shù)？

中國(guó)現(xiàn)在在很多科技領(lǐng)域都有了引領(lǐng)全球的技術(shù)，在這些技術(shù)領(lǐng)域是否需要傳感器的支撐？比如現(xiàn)在我們國(guó)家發(fā)展得很快的具身智能，多維力傳感器、電子皮膚柔性傳感器、超高溫傳感器等都是需要攻克的技術(shù)。

這個(gè)路很艱苦，但必須有人去走，雙橋公司愿意繼續(xù)承擔(dān)這樣的任務(wù)。

在激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中，您覺(jué)得中國(guó)有哪些優(yōu)勢(shì)？

以前我們做科學(xué)研究，經(jīng)常是看到西方在做什么前沿研究，我們就跟著做什么。在追趕的過(guò)程中，我們看到了一個(gè)很明顯的現(xiàn)象，就是西方在一個(gè)科研產(chǎn)品定型之后，很多年都不會(huì)更新?lián)Q代，直到它不能滿足需求的時(shí)候，再去考慮新的研發(fā)。但是中國(guó)不是這樣，我們是做出來(lái)一項(xiàng)研究之后，立刻就要去思考如何能讓成本更低，如何能讓技術(shù)更先進(jìn)。

我的父親經(jīng)常跟我說(shuō)，中國(guó)的科研工作者，骨子里就沒(méi)有享樂(lè)主義。我覺(jué)得這是我們從跟跑到并跑再到領(lǐng)跑的原動(dòng)力，也是能讓我們持續(xù)創(chuàng)新的優(yōu)勢(shì)所在。

您覺(jué)得十年之后，中國(guó)的MEMS傳感器產(chǎn)業(yè)會(huì)發(fā)展到什么樣的水平？

目前全球MEMS傳感器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，國(guó)家政策的扶持和市場(chǎng)需求也逐步增加，越來(lái)越多的企業(yè)和科研人員投入其中，我覺(jué)得到2035年的時(shí)候，我國(guó)的傳感器技術(shù)在全球應(yīng)該可以達(dá)到引領(lǐng)行業(yè)的水平，相關(guān)制造業(yè)也會(huì)走到第一梯隊(duì)。我們的未來(lái)大有可為。

您對(duì)青年人有哪些寄語(yǔ)？

現(xiàn)在年輕人在創(chuàng)新能力上是最好的一代，但有些人可能缺少在一個(gè)專業(yè)領(lǐng)域沉下心去研究的耐力。

近幾年的科研現(xiàn)狀讓我有些憂心。我手把手帶出來(lái)的研究生，有很多都表示科研太苦，想追求安穩(wěn)的生活。

這是個(gè)人的選擇，應(yīng)該尊重。但我們的科研還沒(méi)有做到世界前沿，在和西方國(guó)家角力的關(guān)鍵時(shí)刻，我們要想的是怎么去奮斗、怎么去追趕。

王冰指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科研工作

一代人有一代人的長(zhǎng)征

現(xiàn)在科研環(huán)境越來(lái)越好

我們更應(yīng)該努力鉆研

把國(guó)家建成科技強(qiáng)國(guó)

應(yīng)該是所有科研工作者

為之奮斗的目標(biāo)

口　　述：王 冰

責(zé)　　編：謝 蕓 郭瑋瑾

審　　核：張敬一

值班編委：宋玉榮