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之前寫(xiě)過(guò)一篇關(guān)于TMR技術(shù)功能和優(yōu)勢的內容，因而也收到一些技術(shù)工程師的回應和問(wèn)詢(xún)，主要關(guān)于國內TMR的環(huán)境和目前現狀。 其實(shí)非常能夠理解終端或者集成商對于國內技術(shù)的關(guān)切度，因為不管從元器件哪個(gè)分支去評估，國內廠(chǎng)商對標國外廠(chǎng)商，在元件產(chǎn)品檔位相當的情況下，往往都具有成本低、運輸快、量產(chǎn)猛這些實(shí)打實(shí)的優(yōu)勢。而元器件廠(chǎng)商又是一個(gè)靠量產(chǎn)和出貨來(lái)謀求生存和發(fā)展的行業(yè)，所以能否享受到這些優(yōu)勢帶來(lái)的紅利，是至關(guān)重要的。但矛盾點(diǎn)也非常明顯，在于一些高精尖的前沿技術(shù)，事實(shí)上國內并沒(méi)有成熟配套的產(chǎn)品線(xiàn)，一直是處于追趕國外節奏中，而如果沒(méi)有達到國外技術(shù)的高端性，上述說(shuō)的這些實(shí)打實(shí)的優(yōu)勢也只不過(guò)是一種“低價(jià)買(mǎi)低端”的無(wú)奈之舉，依然無(wú)法從頂尖技術(shù)中獲得優(yōu)勢應用的延展性。而TMR其實(shí)就屬于這種。今天就主要來(lái)說(shuō)一下，TMR技術(shù)在國內的綜合現狀和技術(shù)壁壘性，以及未來(lái)的國內破局點(diǎn)。 歷史原因是國內TMR先天不足的根源 可能先天不足導致土壤匱乏是國內眾多高精技術(shù)及其行業(yè)得不到有效發(fā)展的通病，而TMR的現狀可能是尤其顯著(zhù)的一支。 從歷史去看，這個(gè)短板問(wèn)題會(huì )顯露得尤其尖銳和露骨。 從1856年威廉·湯姆森發(fā)現磁阻效應，到1975年Michel Julliere發(fā)現低溫條件下TMR效應，國外科學(xué)家花了近120年。然后又用了20年，在1995年Terunobu Miyazaki 和Moodera才發(fā)現了室溫下的TMR，這才把TMR推向實(shí)用化，當然這個(gè)實(shí)用化依然是停留在極少數的工業(yè)級和學(xué)術(shù)級。之后的11年內，TMR技術(shù)在國外可以說(shuō)是迅猛崛起的11年，先是發(fā)現MgO作為新一代絕緣層材料（替代了原有材料鍺Ge），然后發(fā)現了CoFeB/MgO/CoFeB材料的高電阻率變化，接踵產(chǎn)生的連鎖反應是第一批次專(zhuān)注于TMR技術(shù)研發(fā)的公司開(kāi)始冒頭，其中包括我之后會(huì )提及的專(zhuān)注TMR技術(shù)型公司Crocus，而從那時(shí)起TMR技術(shù)算是正式獲得業(yè)界重視并進(jìn)入大規模商業(yè)開(kāi)發(fā)階段，這里劃個(gè)重點(diǎn)，國外對于該項技術(shù)的發(fā)現到商業(yè)化經(jīng)歷了整整150年，盡管這個(gè)時(shí)間里有很多冗余處在發(fā)現停滯狀態(tài)，但對于技術(shù)的發(fā)明和探索依然存在100多年的積累，這保證了國外在該項技術(shù)上有著(zhù)絕對優(yōu)勢和相對壟斷性，這是無(wú)可辯駁的。那反觀(guān)國內呢？有據可查的搜索資料里，國內最早投入TMR技術(shù)研發(fā)的公司多維成立在10年前，并且先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品依然選擇從國外引進(jìn)，這在早年的網(wǎng)絡(luò )wiki問(wèn)答里得到較為官方的回復�？v使滿(mǎn)打滿(mǎn)算，國內TMR技術(shù)的發(fā)展時(shí)間遠遠不足國外的十分之一。 （內容選自網(wǎng)絡(luò )） 至此，拋開(kāi)國家屬性和關(guān)系這些復雜因素，就技術(shù)論技術(shù)而言，對于TMR國內現狀應該可以產(chǎn)生比較明晰的認識，我國在TMR技術(shù)領(lǐng)域確實(shí)存在落后先進(jìn)國家的情況，當然百余年的積淀差距一定在迅速縮小，但也遠非幾年之功可以趕上。 TMR的技術(shù)壁壘不只是技術(shù)，也是行業(yè)頑疾 很多人一定會(huì )存在不解或者不服，我們國家是舉世公認的工業(yè)生產(chǎn)和制作大國，工業(yè)GDP萬(wàn)億級，為何會(huì )追趕不上國外先進(jìn)技術(shù)，TMR的技術(shù)壁壘到底在哪里？從筆者的角度看，這個(gè)壁壘性是技術(shù)和行業(yè)環(huán)境共同構筑的，并非短期內可以改變。 一方面是技術(shù)，事實(shí)上對于TMR來(lái)說(shuō)，核心技術(shù)唯有兩類(lèi)，材料和制造。在當下，TMR的技術(shù)原理其實(shí)已經(jīng)沒(méi)有那么神秘不可知了。但是在商業(yè)化和工業(yè)化使用時(shí)，對于使用隧穿磁阻效應的模塊，如何在封裝大小、線(xiàn)性度、敏感度、測量范圍、測量精度、接觸形態(tài)，包括成本上產(chǎn)生差異和優(yōu)勢，這是全新命題。而這個(gè)命題里，材料，尤其是絕緣體材料，可能是重中之重。所以對于TMR技術(shù)公司來(lái)說(shuō)，爭的向來(lái)不是某一個(gè)新配件或者新產(chǎn)品的發(fā)明，爭的是專(zhuān)利，更準確地說(shuō)是材料專(zhuān)利和制造專(zhuān)利，材料決定了TMR技術(shù)的先進(jìn)性，而制造決定了TMR先進(jìn)性的實(shí)現度和產(chǎn)能。也正是這兩方面，基于專(zhuān)利的保護性，讓國外技術(shù)企業(yè)在面向國內企業(yè)時(shí)，無(wú)論是哪種形式的技術(shù)引出或者輸出依然處在一個(gè)技術(shù)封鎖的狀態(tài)之下。這是第一層壁壘。這里可以順勢提一下對于選擇TMR技術(shù)供應商的甄別，因為這里面有一個(gè)比較有趣的現象，有些技術(shù)公司對外展示了諸多專(zhuān)利，但細數材料和制造專(zhuān)利很少，而有些公司專(zhuān)利量不多甚至官網(wǎng)不可查，對于材料和制造專(zhuān)利也模糊露出，生怕被業(yè)內找到進(jìn)一步研發(fā)的線(xiàn)索，而實(shí)際上卻是個(gè)隱藏大佬，所以基于排雷原則，請務(wù)必好好咨詢(xún)和檢索TMR材料和制造上的能力是甄別TMR供應商技術(shù)實(shí)力的硬道理。 第二層壁壘來(lái)自于行業(yè)內部競爭和戰略定位，更準確的說(shuō)是工業(yè)技術(shù)研發(fā)和制造企業(yè)所在的行業(yè)。我國的工業(yè)化研發(fā)和制造處在一個(gè)非常高速的增長(cháng)期，這其中的本質(zhì)原因在于在世界舞臺上，我國的工業(yè)市場(chǎng)格局是一個(gè)典型的買(mǎi)方市場(chǎng)。某種程度上，客戶(hù)決定了行業(yè)的產(chǎn)能結構、產(chǎn)量、形態(tài)，甚至是國內的內部競爭關(guān)系。而在國內低成本優(yōu)勢戰略的巨大紅利之下，行業(yè)內的企業(yè)們是選擇迎合適配還是選擇挑戰突破是一個(gè)昭然若揭的選擇題。這也造就了國內工業(yè)企業(yè)的戰略定位大環(huán)境，普遍會(huì )把自己定義為世界舞臺上的領(lǐng)先者或者不可或缺人，少數才會(huì )把自身戰略定位到跟隨派或者稀有技術(shù)補缺人。這個(gè)定位的差異并不是簡(jiǎn)單的口號差異，這直接關(guān)系到企業(yè)，乃至整個(gè)大行業(yè)，在資源配置、技術(shù)重心、未來(lái)布局等諸多方面的長(cháng)期計劃。同時(shí)，這也意味著(zhù)在這樣的大環(huán)境之下，TMR技術(shù)作為眾多新型技術(shù)里的一支，要在國內得到自主性地重點(diǎn)培育，是非常困難的。但在國外，這個(gè)狀態(tài)幾乎可以說(shuō)是截然相反。西方工業(yè)化早就進(jìn)入了成熟階段，甚至有些已經(jīng)進(jìn)入了衰退階段。這讓西方的工業(yè)企業(yè)養成了更“惜命”的戰略思考，在大環(huán)境不景氣的時(shí)候，沒(méi)有理由維持增長(cháng)型的戰略態(tài)勢，戰略緊縮才是生存之道，把自己定位成“領(lǐng)先者”的企業(yè)只有那鳳毛菱角的幾個(gè)“金剛鉆”。而在這種格局之下，多元領(lǐng)域下的技術(shù)壁壘只會(huì )更穩固，這保證了在他們的賣(mài)方市場(chǎng)下，他們可以前進(jìn)的更扎實(shí)。 TMR的性能差距到底有多大？ 說(shuō)了那么多環(huán)境和技術(shù)方面的現狀，我們不妨聚焦下具體產(chǎn)品，這無(wú)疑可以對TMR性能差異有更直觀(guān)的了解。結合我上一篇《隧穿磁阻技術(shù)，磁傳感器的領(lǐng)軍者》提到的TMR的應用分支，我選擇分別聚焦在電流檢測向、線(xiàn)性檢測向以及旋轉角度檢測向的不同TMR模塊產(chǎn)品性能進(jìn)行對比。而在品牌上，我選擇了Dowaytech（多維）、Sinomags、TDK以及Crocus（Murata）四個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品，其中Crocus就是上文提到的第一批專(zhuān)注TMR技術(shù)的公司，它代表了TMR技術(shù)在世界范圍的當下制高區之一，同時(shí)也代表了在國內目前可獲取渠道上TMR技術(shù)的先進(jìn)上限，由于在亞太地區運作問(wèn)題，Crocus是由Murata村田制作所進(jìn)行獨家授權代理，所以記為Crocus（Murata）。 首先在電流檢測和線(xiàn)性檢測領(lǐng)域，我在上一篇《隧穿磁阻技術(shù)，磁傳感器的領(lǐng)軍者》有提到，電流和線(xiàn)性測量，可能是TMR傳感器最大最有價(jià)值的應用方向之一了。原因是，無(wú)論對于液位計測量還是超大電流檢測，磁傳感器有著(zhù)先天優(yōu)勢，而TMR的高精度、小體積和穩定性又是眾多磁傳感器優(yōu)勢中的戰斗機。 通過(guò)比較不難看出，在電流測量范圍內大于±1000A可能是行業(yè)高點(diǎn)，而對于線(xiàn)性測量來(lái)說(shuō)，±20mT的范圍區間也是一個(gè)高基準值，在這2個(gè)區間內，基本上也可以覆蓋到了當下對應領(lǐng)域內的全應用層。但在這個(gè)層面之后，性能的差異就變得明顯起來(lái)。 首先是封裝尺寸，Crocus（Murata）最小的CT100（DFN），大概只有Sinomags的STK-GB的1/4758，螞蟻和大象的尺寸差距，同比也只有Dowaytech的1/12.8，這個(gè)大小差別不可謂不駭人。我舉個(gè)例子，或許更能解釋為什么小型化那么重要了。伴隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統的下階段布局，智能開(kāi)關(guān)和電流檢測系統已經(jīng)開(kāi)始走入視線(xiàn)，而在這個(gè)技術(shù)應用下，磁傳感技術(shù)一定是當仁不讓的首選，當然嚴謹一點(diǎn)說(shuō)，不能保證TMR是唯一之選，但是在TMR模塊的選擇范圍內，小型化的極限直接決定了下一代的物聯(lián)開(kāi)關(guān)系統，乃至生態(tài)衍生產(chǎn)品存在或者不存在兩種可能性，這也是為什么越是先進(jìn)的元件模塊越往小型化去制作，RFID是這樣，TMR也是這樣。第二個(gè)重要性能差異在于線(xiàn)性度，線(xiàn)性度是TMR傳感器體現其精度的重要指標。線(xiàn)性度上下幅度越小，說(shuō)明測量數據的基本誤差極限和影響量引起的改變量極限越小，這里的影響量指的是類(lèi)似于溫度、濕度、光線(xiàn)等環(huán)境干擾元素，更簡(jiǎn)單地說(shuō)也就是測量越精準。在數據來(lái)看，±0.5%(MAX)表示最多產(chǎn)生±0.5%的線(xiàn)性誤差極限，±1%(TYP)表示普遍典型產(chǎn)品會(huì )存在有±1%的線(xiàn)性誤差極限，這樣去看，其實(shí)不存在什么可比較性，這里反而值得一說(shuō)的是Dowaytech的±1.2%(TYP)，從有干擾因素的環(huán)境下的應用產(chǎn)品端去審視這個(gè)性能，都是一個(gè)巨大的短板。因為事實(shí)上來(lái)說(shuō)，TMR技術(shù)所在的領(lǐng)域要脫離干擾因素從目前看是相對比較難的，無(wú)論是電表水表的液位計、充電樁、光伏太陽(yáng)能板，一定會(huì )需要面對干擾環(huán)境，較高的線(xiàn)性誤差極限就很有可能會(huì )帶來(lái)較高的次品率和不良率。第三個(gè)重要性能差異在于靈敏度。其實(shí)靈敏度的差異是一個(gè)根據產(chǎn)品和應用需求來(lái)決定好壞的標準。有些應用需求需要高靈敏度來(lái)極限化響應時(shí)間，而有些應用需求需要不高的靈敏度去增強測量數據時(shí)的穩定性。所以這是一個(gè)應需決定的性能。 綜上去看，電流檢測和線(xiàn)性檢測向的TMR技術(shù)Crocus（Murata）的優(yōu)勢非常明顯。 我們再來(lái)看旋轉角度檢測的TMR相關(guān)模塊性能。同樣在360度無(wú)接觸標準下，3塊TMR模塊的性能差別也有了些微的體現。首先依然是封裝尺寸上，Crocus（Murata）的CT310（DFN）僅是Dowaytech TMR3005的1/4.5，TDK TAS2143-AAAA的1/10.7。而在精確度方面，最高0.6°的精細基準也確實(shí)會(huì )比0.6°(TYP)下的不確定性來(lái)的更有技術(shù)保障，更遙遙領(lǐng)先0.8°的上限精度。自此，Crocus（Murata）的優(yōu)勢已無(wú)需過(guò)多標榜，屬于有目共睹的技術(shù)領(lǐng)先態(tài)勢。 那這么來(lái)看，我國的TMR發(fā)展豈不是遙遙無(wú)期？也并非沒(méi)有破局點(diǎn)。從發(fā)展來(lái)說(shuō)，TMR對于未來(lái)各領(lǐng)域的應用幫助是劃時(shí)代意義的。當我們放下國別，從技術(shù)務(wù)實(shí)出發(fā)，重新尋求國內技術(shù)和應用的增長(cháng)方式，可能才有機會(huì )在未來(lái)真正把我國的領(lǐng)先技術(shù)帶到世界舞臺上和西方分庭抗禮。而眼下，從需求培育端出發(fā)，無(wú)論是引進(jìn)和采購，盡可能靠攏國際化最新型技術(shù)優(yōu)勢，讓更多有價(jià)值的應用和領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)，維系住TMR等先進(jìn)技術(shù)的市場(chǎng)需求，倒逼買(mǎi)方市場(chǎng)進(jìn)行先進(jìn)技術(shù)需求的釋放，這樣才能良性驅動(dòng)先進(jìn)技術(shù)在國內環(huán)境下的蓬勃發(fā)展。 |
