科研“父子兵”，為大國重器打造“感知神經”

對話

中國科協之聲原創欄目。與大家對話，前沿探索娓娓道來，用科學初心與熱忱同您交流。

當高鐵提速，站臺上劃定的安全線是否需要改變？汽車行駛時，燃油是否存在揮發的情況？無人機飛行時，高度和速度如何確定？旋轉手機后，視頻如何同步切換至橫屏或是豎屏……這些問題，都需要MEMS傳感器（微機電系統傳感器）來解決。

MEMS傳感器的工作原理，是通過微電子制造技術和微機械加工技術，使硅薄膜在受力時產生硅壓阻效應，從而將壓力信號轉為電信號。MEMS傳感器在20世紀60年代由美國研發，因其微型化、成本低、敏感度高等優勢，在誕生后的幾十年里被廣泛應用于高精尖設備和日常生活中。

據工信部直屬產業研究機構賽迪研究院公布的數據顯示，2024年智能傳感器市值規模在傳感器產業占比超40%。MEMS作為智能傳感器重要的制造技術，其市場規模已達1000.3億元。

從行業空白到占據傳感器主流市場，中國僅用了五十年時間。這“逆襲”的背后離不開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。這對父子的“科研接力”，正是中國MEMS傳感器崛起之路的一個縮影。

以下是王冰的講述。

從零起步，為大國重器打造“感知神經”

我和父親的科研事業與國家傳感器產業的發展緊密相連。

20世紀60年代，國際局勢風云變幻。我國將東部沿海的工業體系向內陸遷移，開展了大規模的“三線建設”。寶雞地處關中平原西部，因其南依秦嶺、北靠黃土高原的復雜地形，成為理想的工業基地，中國航天科技集團有限公司第九研究院7107廠在此建立，為航天器研發配套的傳感器和導航系統。

1970年，為了進一步擴大傳感器產業，寶雞秦嶺晶體管廠開始籌建。我的父親從西安交通大學畢業后，被分配到這里并參與建廠，在車間負責晶體管半導體工藝制造。

王文襄在寶雞秦嶺晶體管廠工作

當時，我國的“兩彈一星”已經研制成功，但對于核爆沖擊波的精確測量還是空白。父親受邀參加了幾次相關科研會議后，自告奮勇接下了這個艱巨的任務，和林俊德院士搭檔，從零開始，進行硅壓阻壓力傳感器的研發。

父親讀書的時候，學習的外語是俄語，但當時硅壓阻壓力傳感器可查閱的只有英文資料，為了第一時間掌握相關技術進展，他開始邊學英語，邊搞研究。

立項之初，父親拿到的唯一資料只有一本國外硅壓阻傳感器的簡要產品說明書。他帶領團隊“摸著石頭過河”，從理論到實踐，從傳感器芯片設計到芯片加工的工藝裝備，逐一研究，逐個攻破。沒有專業的腐蝕裝備，他們就用玻璃燒杯和酒精燈反復試驗；缺乏有效的溫度補償機制，他們就用“高濃度硼擴散+二次補磷”降低零點溫漂……

功夫不負有心人，1974年，我國第一支硅壓阻壓力傳感器研發成功。為了提高良品率，實現商業化量產，父親帶著團隊繼續攻關。通過改變焊點位置、改變腐蝕方式等方式，將良品率從最開始的40%提升到了75%。1977年，CYG2-6系列壓阻壓力傳感器正式通過國家鑒定，成為中國第一個商品化的壓阻壓力傳感器系列，這也意味著國產傳感器進入了可批量生產和市場應用階段。

在一窮二白的科研條件下，寶雞秦嶺晶體管廠陸續開發出固態加速度傳感器、醫用脈象傳感器、腦壓傳感器、微壓傳感器、液位傳感器等產品，為我國硅壓阻傳感器產業奠定了堅實的技術基礎。

之后的幾十年，父親不斷攻克技術難題。從寶雞傳感器研究所退休后，他選擇了再次創業，成立昆山雙橋傳感器測控技術有限公司（以下簡稱雙橋公司），繼續為解決我國MEMS傳感器領域的難題而努力。

接棒攻堅，打破國外壟斷

2004年，因為常年勞累，父親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。當時，我在計算機專業讀大四，畢業前就簽好了專業對口的公司，薪資、職業發展都和我的人生規劃高度一致。

在面臨抉擇的時刻，我毫不猶豫地回到父親身邊，幫助公司共渡難關。從計算機到傳感器，隔行如隔山。父親雖然是業內首屈一指的專家，但他工作忙碌，對我又嚴厲，我不敢向他請教，只能白天工作，晚上一點一點“啃”他厚厚的工作筆記。就這樣過了五年，科研工作慢慢變得得心應手。

工作中的王冰

在MEMS傳感器領域，美國的科萊特公司一直處于壟斷地位。我國要使用相關傳感器，只能依賴進口。由于訂單量大，科萊特公司的產品不僅價格高昂，交貨周期還十分漫長。

打破國外技術壟斷，實現關鍵傳感器的自主可控，成為了我堅定的科研目標。

研發之路并不順利。最初，國內的企業和科研院所都抱著“進口即最優”的心態。我們開始嘗試通過科萊特公司“瞧不上”的項目打開市場。有特殊需求但訂貨數量不高的，科萊特公司不愿意進行定制的，或者經費有限用不起科萊特公司產品的……都成了我們的目標客戶。

2014年，我們接到一個需求，要解決飛機脈動壓力測試系統中所使用的傳感器故障率高的問題。拆解分析故障產品后，我們發現，問題的根源出在封裝技術上。雖然科萊特公司的封裝技術先進，但在極限高低溫環境下，傳感器很容易失效。我們對芯片設計、封裝工藝等進行了全流程優化，給出了詳細的設計方案。

為驗證產品質量，主機單位決定做一個測試：在一架飛機上一半使用科萊特公司的傳感器，一半使用我們生產的傳感器。試飛一年后，科萊特公司的傳感器壞了大半，我們的產品卻完好無損。后來，那架飛機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，讓我們在傳感器領域“一炮而紅”。曾經被國外壟斷的產品我們也能做了，并且成本更低、質量更好，越來越多的企業開始找到我們進行合作。

在一個個科研項目中，我們對自己的要求愈發嚴格。一旦成品在使用過程中出現問題，管理和技術兩個層面都要推倒重來。這份嚴謹，讓我們不斷突破“卡脖子”技術，為國家高精尖產業的更新迭代保駕護航。

高鐵的速度越來越快，我們攻克了薄型脈動壓力傳感器技術，為檢測弓網接觸力波動、隧道活塞效應、車體疲勞壽命等方面提供了保障；潛水器不斷向深海進發，我們解決了傳感器在極限高低溫環境下的耐受性問題，再深的海洋都不影響高精度測量，為實現“全深海，全溫區”覆蓋創造了可能；航天領域高速發展，我們研發出了2mm級高頻探針傳感器，基本實現與航天器壁面齊平安裝，對流場的干擾降低了一個量級，也實現了航天高頻脈動壓力傳感器的國產化覆蓋。

我國第一代半導體壓力傳感器的機械磨硅杯感壓芯片

如今，國產傳感器的印記已深深烙在國家高精尖產業的版圖上，中國高端傳感器也發展得越來越好。但我們仍然沒有停止探索的腳步，而是緊握科研接力棒，朝著更高精度、更極端場景的技術難關邁進。因為每一個“卡脖子”技術的突破，都會離“國家裝備百分之百國產化”的目標更近一步。

將科研精神傳承下去

從接過父親手里的接力棒，到帶領雙橋公司走向國際舞臺，二十年時間里，王冰牽頭承擔了國家863專項、國家重點研發計劃等各級科研項目數十個，研發的高性能MEMS傳感器成功應用于航天航空、水下兵器、高鐵測量等不同領域的國家重大工程，為我國科技自立自強不斷貢獻力量。

王冰和父親王文襄探討科研問題

在攻克技術難關的同時，王冰深知人才是創新的核心。他主導建設國家級博士后科研工作站，構建老中青結合的人才培養體系，打造出了一支能“打硬仗”的科研團隊。2021年，王冰獲得由江蘇省委宣傳部和江蘇省科協頒發的最美科技工作者稱號，在王冰看來，這是對他的肯定，也是對他的激勵：“做科技自立自強的‘排頭兵’，這是我的本職工作，將科研精神傳承下去，是我接下來要努力的方向。”

對話

目前在MEMS傳感器領域，我國還有哪些急需攻克的“卡脖子”技術？

中國現在在很多科技領域都有了引領全球的技術，在這些技術領域是否需要傳感器的支撐？比如現在我們國家發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。

這個路很艱苦，但必須有人去走，雙橋公司愿意繼續承擔這樣的任務。

在激烈的國際競爭中，您覺得中國有哪些優勢？

以前我們做科學研究，經常是看到西方在做什么前沿研究，我們就跟著做什么。在追趕的過程中，我們看到了一個很明顯的現象，就是西方在一個科研產品定型之后，很多年都不會更新換代，直到它不能滿足需求的時候，再去考慮新的研發。但是中國不是這樣，我們是做出來一項研究之后，立刻就要去思考如何能讓成本更低，如何能讓技術更先進。

我的父親經常跟我說，中國的科研工作者，骨子里就沒有享樂主義。我覺得這是我們從跟跑到并跑再到領跑的原動力，也是能讓我們持續創新的優勢所在。

您覺得十年之后，中國的MEMS傳感器產業會發展到什么樣的水平？

目前全球MEMS傳感器市場競爭激烈，國家政策的扶持和市場需求也逐步增加，越來越多的企業和科研人員投入其中，我覺得到2035年的時候，我國的傳感器技術在全球應該可以達到引領行業的水平，相關制造業也會走到第一梯隊。我們的未來大有可為。

您對青年人有哪些寄語？

現在年輕人在創新能力上是最好的一代，但有些人可能缺少在一個專業領域沉下心去研究的耐力。

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

這是個人的選擇，應該尊重。但我們的科研還沒有做到世界前沿，在和西方國家角力的關鍵時刻，我們要想的是怎么去奮斗、怎么去追趕。

王冰指導學生進行科研工作

一代人有一代人的長征

現在科研環境越來越好

我們更應該努力鉆研

把國家建成科技強國

應該是所有科研工作者

為之奮斗的目標

口　　述：王 冰

責　　編：謝 蕓 郭瑋瑾

審　　核：張敬一

值班編委：宋玉榮