人類社會進入到信息化時代，隨處可見的都是高科技技術產品，小到遙控器，大到汽車幾乎都離不開人類工業文明的發展成果。而這些成果有不少掌握在國外公司手中，不僅賺取巨大的銷售額，還壟斷了行業市場。

對方隨意修改規則便能影響消費市場獲取技術支持，因此自研成為了突破的重點目標。其中在五大頂尖技術方面急需突破，一旦突破，將不懼任何國家壟斷，有哪五大技術呢？

01

光刻機

***作為芯片產業的核心裝備，有人稱它為“人類最精密復雜的機器”。同時，***也被稱為半導體工業皇冠上的明珠。***產業鏈主要包括上游設備及材料、中游***生產及下游***應用三大環節。***技術極為復雜，在所有半導體制造設備中技術含量最高。主要涉及系統集成、精密光學、精密運動、精密物料傳輸、高精度微環境控制等多項先進技術，生產一臺***往往涉及到上千家供應商。

目前，***市場競爭格局明確，主要由阿斯麥、日本尼康和佳能三家把持，其中阿斯麥更是全球絕對龍頭，市占率83.3%，幾乎壟斷了高端***（EUV）市場。日本尼康和佳能產品主要為中低端機型。國產***領域中，上海微電子一枝獨秀。國產***市場前景廣闊，同時，為了避免在芯片產能爬坡時被外界的設備供應“卡脖子”，國產***正在逐步突破。近年來，我國科技取得了巨大突破，五年內有望解決高端芯片短缺問題。

現代社會離不開芯片的支持，任何的智能終端產品都需要搭載芯片，而***就是制造芯片的重要工具。在芯片制造過程中，需要將設計好的芯片圖案復刻在晶圓表面，但即便是28nm，14nm的成熟芯片也會集成幾十億根晶體管。如何在有限的單位面積內曝光更多的晶體管數量，讓每根晶體管縱橫交錯，甚至在上百個層級中錯落有致，這就需要***運用深紫外或極紫外光源來實現了。以EUV***為例，波長為13.5nm，運用多重曝光可以輕松完成7nm及以下的高端芯片制造。只不過目前只有荷蘭ASML一家公司掌握EUV***量產技術，也是許多國家爭相突破和發展的目標。

“10nm”“7nm”“5nm”這些詞大家想必都不陌生。2018年，中微半導體成功研制7nm的刻蝕機，這是國產造芯的一大進步。（但是成功研制刻蝕機并不代表我們就有能夠制造7nm制程的芯片的實力，原因后面會講到。）這些數字指的是什么？為什么我們需要所謂7nm的***呢？ 芯片界有一個著名的定律——摩爾定律，即集成電路上可以容納的晶體管數目大約每24個月增加一倍，當然對應的理論性能也能增加一倍。但如何在同樣尺寸的芯片上增加晶體管數量呢？當然就是把晶體管做小，提高晶體管密度。

“7nm”中的數字最初指的就是晶體管中的溝道長度，它也是區分半導體加工技術換代的重要標志（當然現在的命名更多的是代表技術迭代，其實是要長于7nm的）。想把晶體管越做越小，自然需要更精密的刻刀——***，所謂7nm***就是***能刻蝕的最大分辨率。 除了光學設計部分的難題，一臺***需要實現的還有大量挑戰極限的事情。比如鏡片吸收光會產生熱量，因而要對系統進行冷卻，那如何解決過程中的振動導致精度問題呢?高分辨率的光刻自然需要高分辨率的光刻膠，如何制備呢？錫微流體如何精確控制大小與流速？整個體系如何確保高精密的機械控制？如何保證整體的可靠性呢？這一切問題都需要系統中任一部分完美配合才能達到，因此EUV***要比你想象的大——大約一輛公共汽車那么大。整個機器包含10萬個部件和2公里長的電纜。每臺機器發貨需要40個集裝箱、3架貨機或者20輛卡車。

而且，要制造芯片僅有一臺***可不夠，它的工作環境非常挑剔。首先光刻需要的房間全部為純凈的黃光，因為短波長的光會造成光刻膠變性，無法實現功能。因此黃光對于光刻，就像暗房對于膠片一樣。此外，光刻所需的無塵環境要求每立方米的空氣中不能有超過10個顆粒，并且顆粒大小小于0.5微米，每小時要凈化30萬立方米的空氣。廠房對地基要求也很嚴格，不能有任何微小的振動，因而某種意義上講廠房需要類似“懸浮”。光刻需要的電能也達到非常恐怖的量級，一臺EUV工作24小時，耗電量達到3萬度。這就是為什么我們擁有了7nm的刻蝕能力，也不等于能夠制造7nm的芯片。毫不夸張地說，***是在挑戰人類文明的極限，是人類工藝的巔峰之作。

02光 刻 膠

光刻膠又稱光致抗蝕劑，是指通過紫外光、電子束、離子束、X射線等的照射或輻射，其溶解度發生變化的耐蝕劑刻薄膜材料，在半導體工業、PCB、平板顯示等領域得到廣泛應用。目前，全球缺芯背景下晶圓廠產能擴張正逐步迎來落地，半導體光刻膠市場需求穩步向上。光刻膠同樣是半導體行業的關鍵技術之一，屬于原材料的一種，而且和***的聯系非常密切。光刻膠作為一種光敏化學材料，需要涂抹在晶圓表面，用于保護襯底基座，并且在接收***的曝光光源時承擔媒介的作用，將芯片圖案轉移到晶圓上。

我國光刻膠產業鏈中，上游主要為原材料及設備，包括樹脂、溶劑、單體、光引發劑、生產設備以及檢測設備等；中游為光刻膠，主要包括PCB光刻膠、面板光刻膠、半導體光刻膠；下游為應用領域，光刻膠廣泛應用于PCB、半導體、面板顯示、芯片等。目前，光刻膠生產制造主要被日本JSR、東京應化、信越化學、住友化學等制造商所壟斷，尤其在高分辨率的KrF和ArF光刻膠領域，其核心技術基本由美國和日本制造商所掌握。中國本土企業在光刻膠市場的份額較低，與國外光刻膠制造商仍存在差距。數據顯示，東京應化市場占比最大達27%，杜邦、JSR、住友化學市場占比分別為17%、13%、13%。

雖然我們反復強調光刻膠在半導體制產業中的重要地位，但當前的國產替代進度，真的不怎么樣。首先，擺在光刻膠面前第一道繞不過去的坎，就是上文所說的產品配套測試需要的***。可這恰恰也是中國目前遭到限制的領域之一，而且比光刻膠還要嚴格。無論是國內企業還是阿斯麥（AMSL，荷蘭公司，美資控股）方面都做了不小的努力，試圖尋求一種方法繞過美國的封鎖，但至今收效甚微。 另一方面，國內也不只是無法生產光刻膠，整體產業鏈都比較薄弱，供應鏈整合能力不強。樹脂、單體等上游核心原材料的國產化率也并不高，現有工藝與國際先進水平有不小的差距，作為光刻膠核心原材料的專用化學品本身同樣依賴進口。國內企業只在PCB光刻膠上游有一定競爭力，但在面板和半導體光刻膠上游，供應商仍然普遍受困于技術積累不足、產能低、投入水平不高、打不開市場等問題。

再次，客戶高度特化的需求同樣是個問題。在技術發展以及加速升級的驅動下，當前光刻膠下游的終端應用產品，表現出了趨向定制化和多樣化的特征：下游不同客戶的需求差異明顯，即使同一客戶的不同應用需求也不一致。這就導致光刻膠的整體生產缺乏統一的工藝，每一類光刻膠使用的原料在化學結構、性能上均有所區別，要求使用不同品質等級的專用化學品。這就迫使制造商需要有能力設計出符合不同需求設計不同配方，并有相應的生產工藝完成生產。這屬于行業的核心技術之一，對企業的技術能力要求比較高，目前本土企業還比較欠缺。

越高端的芯片同樣需要越高端的光刻膠支持，日本JSR、富士化學、東京應化、信越化學這些日企掌握了全球9成以上的光刻膠市場，對中高端的DUV，EUV光刻膠有極大的話語權。所以如果想要順利完成高端芯片的制造，那么突破光刻膠核心技術也是一大關鍵。

03EDA 工 業 軟 件

從一般意義上講，所有跟電子設備和裝備相關的設計，仿真，驗證，實驗等相關都可以納入EDA的范疇，類似于CAE。從納米級的器件晶體管，到IC集成電路，PCB，顯卡，收音機，家用電器，手機電腦，車載電子系統，天線，大型相控陣雷達，其實都和EDA相關。目前大家對EDA的解讀主要在于集成電路設計，這個屬于行業理解范疇，而通常講的EDA，主要是指EDA軟件，是工業軟件一個子類，也是一直以來國內發展最弱的工業軟件之一。

EDA行業的上游主要包括硬件設備、操作系統、開發工具及其他輔助性軟件等供應商。EDA行業中游為EDA企業。EDA行業的下游主要包括集成電路設計、制造、封測企業。國內EDA市場一直被國際三巨頭控制，國內企業面臨的專利壁壘主要來自Synopsys，Mentor Graphics和Cadence雖然在中國大陸不具有明顯的專利布局優勢，但兩家公司進入中國大陸較早，扎根本地市場程度較深，國內公司對其產品具有較高的依賴性。

一款芯片誕生之初離不開設計，就像蓋一棟高樓大廈之前，需要設計好圖紙。按照圖紙來規劃樓層的框架，每一個空間面積內的細節分布也需要通過精密的設計來完成。同樣的道理，芯片具備怎樣的功能，性能和制程都離不開EDA工業軟件。使用EDA來完成芯片設計過程中的布局、布線、版圖等一系列工作。那么EDA到底難在哪里呢？原因主要有以下3點：

EDA是集成電路相關知識的沉淀，產品的成熟、完善需要較長時間。

客戶對于新產品接受度低，從而導致新產品缺乏工程應用場景來打磨產品。

海外EDA龍頭與IP商、代工廠組成生態圈，增加后來者趕超的難度。

近年來，受益于產業政策、產業環境、投資支持、行業需求、人才回流等各方面利好的影響，中國EDA市場逐漸興起。根據中國半導體行業協會的數據，2020年中國 EDA市場規模約93.1億元，同比增長27.7%，占全球市場份額的9.4%。隨著中國集成電路產業的快速發展，中國的集成電路設計企業數量快速增加，EDA工具作為集成電路設計的基礎工具，也將受益于高度活躍的下游市場，不斷擴大市場規模。

但目前國內集成電路在先進工藝節點的技術發展上，較國際最先進水平仍有較大差距，先進設備等關鍵生產元素的獲取也受到了一定限制。盡管不需要投入太多的硬件設施搞研發，可EDA涉及到大量的專利技術，對于后來者而言，是一道必須繞過的門檻，在更多的路徑上進行探索。

04高 端 醫 療 器 械

醫療器械作為現代醫療衛生體系建設的重要支柱之一，具有高度的戰略性、帶動性和成長性。我國高度重視醫療器械產業的創新發展，主管部門出臺多項政策鼓勵國產醫療器械加快創新，推動高端醫療器械國產化，促進新技術的推廣和應用，推動國內高端醫療器械產業快速發展。高端醫療器械涉及到醫藥、機械、電子、塑料等多個行業，是一個多學科交叉、知識密集、資金密集的高技術產業。目前，我國高端醫療器械產品主要包括影像設備、治療設備、體外診斷和植入介入產品四類，具有使用量大、應用面廣、技術含量高的特點。

在醫療器械的產業鏈中，上游為電子器件供應、材料供應等基礎設備支撐，中游為醫療器械的制造和檢測，下游為醫療機構、實驗室等其他終端市場。高端醫療器械行業涉及到醫藥、機械、電子、塑料等多個行業，是一個多學科交叉、知識密集、資金密集的高技術產業。目前，我國高端醫療器械目前仍然主要依賴進口，僅占市場約30%。2020年，我國提出需要加快補齊高端醫療器械短板，加快關鍵核心技術攻關，實現高端醫療器械自主可控，全國各地、各部門紛紛響應號召，加速高端國產設備研發。

我國醫療器械整體國產化率較低的主要原因是：核心技術不足，核心產品和技術的國內自主可控化程度低。尤其是高端醫療器械核心技術，如呼吸機核心部件渦輪風機、傳感器、芯片等依賴歐美進口的配件，國產渦輪風機和傳感器關鍵性能指標較進口醫療器械配件差，無法及時捕捉患者呼吸頻率變化而迅速加、減壓力，且無法達到呼吸機對可靠性、安全性的嚴格要求。只有提高國產供應商的各種元器件研發水平，才能保證醫療器械的整體質量。供應鏈的國產化和本地化是國產醫療器械走向自主可控和擺脫進口的必由之路，除保持在注塑、機械、電子行業的傳統優勢外，還需要向芯片、精密控制等高端技術攻關。

由于國產醫療設備產業發展長期落后于發達國家，醫院在采購高端醫療設備時沒有足夠的選擇余地，外企對醫療設備售后服務市場的壟斷之所以沖不破，也與本土企業和醫療機構的“內憂”尚未得到解決有很大關系。

醫療行業是人類最復雜的學科之一，涉及到方方面面的科學技術多如牛毛，也因此造就了龐大的高端醫療器械市場。類似達芬奇手術機器人、核磁共振儀、高速離心機、冷凍電子顯微鏡、高效液相色譜儀等等都是頂級的高端醫療器械設備，而他們都有不少共同點，價格昂貴，且核心市場被國外公司壟斷。

達芬奇手術機器人是美國直觀醫療公司制造的設備，一臺售價大約2500萬人民幣，可以幫助外科醫生完成精密的手術，在工作臺上操作機械臂，反應靈敏的同時還能過濾不自覺的抖動，讓操作十分精細。這樣一臺手術機器人有價無市，被全球各大醫院搶購，還未必能買得到。可由于高端醫療器械對專業學科知識要求太高，對企業的研發環境，人才儲備等提出了很大的要求，導致目前為止還是國外公司占主要話語權。

05工 業 機 器 人

工業機器人是在工業生產中使用的機器人的總稱，是一種通過編程或示教實現自動運行，具有多關節或多自由度，能對環境和工作對象作出自主判斷和決策，并能夠代替人工完成各類繁重、乏味或有害環境下體力勞動的自動化機器。工業機器人是我國智能制造2025的核心抓手之一，是我國機器換人、制造業產業升級的核心環節。

工業機器人上游為控制器減速器、伺服系統、減速器、傳感器、末端執行器等核心零部件生產，中游為工業機器人本體生產及基于終端行業特定需求的工業機器人系統集成，下游應用主要包括汽車、3C電子、家電制造等對自動化、智能化需求高的終端行業。目前工業機器人的市場份額計劃都被日本企業壟斷，全球十大工業機器人企業中日本占到了7家。伴隨著我國信息化的高速發展，近年來我國的傳感器行業發展飛快。從競爭格局來看，我國傳感器行業TOP5占據了國內傳感器市場40%以上的份額，行業競爭格局逐漸成熟。

現代化社會的構建離不開工業制造，基礎的制造業覆蓋汽車、輪船、飛機、手機等等上百種行業。這些行業所需的零部件是怎么制造出來的呢？汽車的框架，底盤等關鍵部件又是如何組裝的呢？答案是工業機器人。

相信很多人都看過這樣一個場景，一條汽車制造生產線的周圍有許多機器人手臂在忙活著，動作靈敏，精細，在機器人的操作下完成復雜的零部件組裝工作，這就是工業機器人，也是發展高端制造業的必備設施。可是我國工業機器人行業的發展還面臨著以下問題：

核心零部件國產化率低，制約國產機器人發展：三大核心零部件仍然是制約國產機器人發展的最大瓶頸。三大核心零部件占工業機器人成本70%左右。盡管近年來核心零部件的國產化率逐步提升，但仍然制約著整機制造的利潤水平、性能提升，導致大部分國產整機企業處于虧損狀態。隨著外資品牌價格逐漸降低，國產品牌面臨更加嚴峻的局面。

競爭加劇，平均價格持續下降，國產品牌盈利狀況較差：2018年以來，以工業機器人四大家族為代表的國外工業機器人企業加大了在中國產能布局，全球工業機器人產業鏈向中國大陸轉移，增加了國內競爭強度。同時，全球工業機器人平均價格整體持續下行。在工業機器人產業鏈上，整機制造業毛利率最低，在10%-20%左右。在國產品牌核心零部件國產化率尚低的情況下，工業機器人價格持續下行，導致盈虧平衡點銷售數量持續上移，對國產品牌盈利能力形成較大沖擊。

高端技術人才較為缺乏，人才培養重研發輕應用：工業機器人行業屬于技術密集型行業，對從業人員的行業經驗和技術水平具有較高要求。在核心零部件和本機制造領域，掌握核心技術的研發技術人員及具備豐富經驗積累的裝配人員較為缺乏；在系統集成領域，缺乏具備跨學科能力的專業人才，現場調試、維護操作與運行管理等應用型人才的培養力度依然有所欠缺。

新一輪經濟周期下實體經濟面臨下行壓力，導致自動化需求下降：新一輪經濟周期下，尤其是2018年以來，全球實體經濟增長乏力、國內汽車行業下滑，中小企業景氣度不高，削弱了汽車工業、通用工業企業的固定資產投資計劃，自動化資本支出需求下滑。

機器人標準、檢測認證等體系有待進一步健全：中國工業機器人產業起步較晚，原有部分標準已滯后于市場發展，能夠有效覆蓋和引導產業發展的產品標準、檢測認證等體系尚未健全完善，不利于引導整體產業的健康有序發展。

在科技領域，技術變革將激發新的增量市場，對產業格局產生較大的影響。隨著新興技術的發展，未來國產機器人品牌可抓住市場新機會，與外資品牌形成差異化競爭，立足并發展于全球市場。

06結 語

在各類頂尖技術中，大部分都集中在了半導體，這是人類工業文明的基礎，也是科技創新的重要基石。***、光刻膠、EDA工業軟件這些或許只是冰山一角，還有更多的半導體技術仍需展開探索。如果能掌握核心技術，打破國外供應商壟斷，相信行業市場將迎來另一番局面。

您對本文有什么看法？歡迎在傳感器專家網公眾號本內容底下留言討論，或在中國最大的傳感社區：傳感交流圈中進行交流。

您對本文有什么看法？歡迎留言分享！

順手轉發&點擊在看，將中國傳感產業動態傳遞給更多人了解！

審核編輯黃宇