中國(guó)傳感器領(lǐng)域，這幾大技術(shù)急需攻破

中美貿(mào)易摩擦以來(lái)，尤其是美國(guó)在半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)起的制裁，中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)被卡，進(jìn)一步加強(qiáng)了我們進(jìn)行國(guó)產(chǎn)替代的決心。

在美國(guó)公布的影響國(guó)家安全與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的技術(shù)中，傳感器技術(shù)尤為突出，有6項(xiàng)與其直接相關(guān)。傳感器作為典型的數(shù)據(jù)采集功能器件，無(wú)疑是電子信息領(lǐng)域的基礎(chǔ)與核心。如果沒(méi)有采集的這些底層數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)將沒(méi)有任何活力。

令人擔(dān)心的是，對(duì)于傳感器領(lǐng)域的本土化進(jìn)程，我國(guó)還有很長(zhǎng)的路要走。在城市公共系統(tǒng)、飛機(jī)、汽車、家具、機(jī)器人等領(lǐng)域，全世界至少有兩萬(wàn)多種傳感器，可惜的是我們僅能國(guó)產(chǎn)化其中三分之一，并且這些傳感器的技術(shù)附加值不高。作為人口大國(guó)，中國(guó)的傳感器市場(chǎng)足足有千萬(wàn)億，進(jìn)口額也至少有千億級(jí)別。如此大的市場(chǎng)規(guī)模，高端的含金量高的大頭部分，卻被歐美傳感器巨頭占據(jù)。

本文整理了幾大傳感器領(lǐng)域繼續(xù)突破的領(lǐng)域，如有任何突破，對(duì)中國(guó)傳感器行業(yè)無(wú)疑是巨大突破！

1// MEMS 陀螺傳感器芯片

2020年，《中國(guó)傳感器（技術(shù)和產(chǎn)業(yè)）發(fā)展藍(lán)皮書》發(fā)布，《藍(lán)皮書》提到，作為消費(fèi)電子領(lǐng)域的重要芯片—— MEMS 陀螺芯片，進(jìn)口率達(dá)到了80%以上。

*意法半導(dǎo)體的MEMS陀螺儀

作為半導(dǎo)體行業(yè)的基礎(chǔ)，MEMS陀螺儀在手機(jī)、相機(jī)、遙控、甚至工業(yè)領(lǐng)域均大有作用。不過(guò)它技術(shù)門檻較高， 歐美日都有一批相關(guān)的企業(yè)和科研單位在這領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。國(guó)內(nèi)許多MEMS產(chǎn)線均為近幾年才陸續(xù)投產(chǎn)，且規(guī)模普遍較小，產(chǎn)線產(chǎn)品單一，這也是我國(guó)目前高端MEMS傳感器芯片市場(chǎng)凄慘境況的一個(gè)側(cè)面。因?yàn)槊糠N類型的MEMS傳感器具有一定的“獨(dú)立性”，這點(diǎn)區(qū)別于芯片的Fabless業(yè)務(wù)，擁有自己MEMS產(chǎn)線的企業(yè)在研發(fā)和生產(chǎn)傳感器上有天然的優(yōu)勢(shì)，而許多國(guó)際傳感器大廠往往也保留有自己的MEMS產(chǎn)線。

2// MEMS 與 IC 的融合

MEMS 技術(shù)用微加工技術(shù)將各種產(chǎn)品整合到基于硅的微電子芯片上，雖然與傳統(tǒng)的 IC 工藝有許多相似之處，如光刻、薄膜沉積、摻雜、刻蝕、化學(xué)機(jī)械拋光等，但是有些復(fù)雜微結(jié)構(gòu)難以用 IC 工藝實(shí)現(xiàn)，須采用微加工技術(shù)，如硅的體微加工技術(shù)、表面微加工技術(shù)等。

*微加工技術(shù)

MEMS技術(shù)將是未來(lái)傳感器的主要制造技術(shù)，但國(guó)內(nèi)本土MEMS發(fā)展面臨高端研發(fā)人員缺失、產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成、企業(yè)盈利難等問(wèn)題，如同三座大山壓著國(guó)內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)，卡住了國(guó)內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)的脖子。

3// MEMS 微型超聲波傳感器

MEMS 微型超聲波測(cè)距傳感器體積十分?。▋H為同類產(chǎn)品的十分之一），工藝要求高（需要耐高溫貼裝工藝），且在微型壓電芯片加工工藝、微型裝配工藝、工藝壓電材料開發(fā)等方面有較高技術(shù)難點(diǎn)。令人可惜的是，該領(lǐng)域的市場(chǎng)被日本企業(yè)村田壟斷，國(guó)內(nèi)沒(méi)有具備設(shè)計(jì)和量產(chǎn)能力的企業(yè)。

*德國(guó)研究所的MEMS超聲波傳感器

與普通傳感器一樣，MEMS 微型超聲波測(cè)距傳感器通過(guò)發(fā)射接收超聲波，計(jì)算得出與物體的距離。但體積非常小，集成優(yōu)勢(shì)極大，在手機(jī)、智能穿戴等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，例如華為、小米等手機(jī)廠商近期密集推出的“無(wú)邊框”手機(jī)，為了在窄窄的邊框塞入用于息屏功能的感應(yīng)傳感器，MEMS 微型超聲波傳感器無(wú)疑是最佳的解決方案。

4// 高性能磁傳感器

在汽車、醫(yī)療器械、自動(dòng)化工業(yè)等行業(yè)，高性能磁傳感器均存在巨大需求，每年全球銷售逾數(shù)十億顆，總銷售額超過(guò)百億美元。在智能自動(dòng)駕駛汽車上，這些傳感器的身影涵蓋電路、踏板、卡扣、傳動(dòng)軸，并在車上的智能系統(tǒng)上有更多應(yīng)用。

*自動(dòng)駕駛汽車

雖然國(guó)產(chǎn)新能源汽車十分成功，但磁傳感器全部被國(guó)外巨頭把控，嚴(yán)重依賴進(jìn)口。霍尼韋爾（Honeywell）、村田（MURATA）、精量電子（MEAS） 、羅姆（ROHM）等美日歐廠商長(zhǎng)期壟斷這一領(lǐng)域。不僅如此，精密制造、電力等工控領(lǐng)域使用的高端磁傳感器同樣被世界傳感器巨頭壟斷，在未來(lái)我們進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，無(wú)疑會(huì)面對(duì)這一阻礙。

5// 硅壓力傳感器

一般來(lái)講，大部分MEMS壓力傳感器的敏感元件是硅膜片，按照不同的敏感機(jī)理，MEMS壓力傳感器可以分為電容式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器以及諧振式壓力傳感器。目前汽車上的壓力傳感器有很多：歧管壓力測(cè)量，用來(lái)控制空燃比，控制廢棄循環(huán)等；大氣壓測(cè)量，用來(lái)修正空燃比；氣缸內(nèi)氣測(cè)量，用來(lái)控制爆震；燃油噴射壓力測(cè)量；充氣壓力測(cè)量，安全氣囊系統(tǒng);輪胎氣壓，輪胎氣壓的監(jiān)控等。

*PMS壓力傳感器

壓力傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)的重要信息源，由于安裝位置的環(huán)境溫度和印刷電路板(PCB)上的要求放置，傳統(tǒng)的壓力傳感器在汽車應(yīng)用中可能會(huì)發(fā)生高溫，從而影響附近零部件的工作溫度。而MEMS壓力傳感器克服了原有傳感器溫度適應(yīng)性差的缺點(diǎn)，一般能保證0.1%~0.3%F.S.的穩(wěn)定性。普通轎車一般搭載近百種MEMS壓力傳感器，而高檔轎車的MEMS壓力傳感器需求更大。

同時(shí)，低應(yīng)力無(wú)引線封裝、溫度補(bǔ)償、高溫專用電路（ASIC）芯片等關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)測(cè)控接口電路，是實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)并在重大技術(shù)裝備中應(yīng)用的關(guān)鍵。

6// 智能光纖傳感器

光纖傳感器是一種將被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的光信號(hào)的傳感器?；竟ぷ髟硎菍?lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號(hào)光，再利用被測(cè)量對(duì)光的傳輸特性施加的影響，完成測(cè)量。

智能光纖傳感器已經(jīng)成熟應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)中。世界發(fā)動(dòng)機(jī)巨頭——通用電氣，西門子，羅爾斯羅伊斯們，都已經(jīng)成熟地將智能光纖傳感器用于自家發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

*燃油機(jī)示例

光纖傳感器以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在長(zhǎng)距離安防檢測(cè)、智慧場(chǎng)館建設(shè)中都起到了重要的作用。與以點(diǎn)式、準(zhǔn)分布式為主的傳統(tǒng)光纖傳感器不同的智能分布式光纖傳感器，光纖既是傳輸介質(zhì)也是傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)單模光纖全程特征信息探測(cè)并完成入侵事件智能識(shí)別。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來(lái)的安防系統(tǒng)也將進(jìn)入融合發(fā)展階段，即形成安防設(shè)備集成聯(lián)動(dòng)管理平臺(tái)，從而真正實(shí)現(xiàn)智慧安防建設(shè)。光纖傳感器在各個(gè)行業(yè)周界安防、不同地區(qū)的智慧場(chǎng)館建設(shè)都有著廣闊的應(yīng)用前景，并將成為未來(lái)周界安防的主要發(fā)展方向。

而我國(guó)光纖智能傳感器研究起步較晚，且目前相比其他傳感器領(lǐng)域，關(guān)注度不夠，投入的人力物力較少，與國(guó)外的研制水平相差較大，用于燃燒室超高溫環(huán)境的智能光纖傳感器領(lǐng)域的差距尤為明顯。

7// 小型化集成式氣體傳感器

和其它傳感器一樣，氣體傳感器發(fā)展的趨勢(shì)也是微型化、智能化和多功能化。納米、薄膜技術(shù)等新材料制備技術(shù)的成功應(yīng)用為氣體傳感器實(shí)現(xiàn)新功能提供了條件。利用MEMS技術(shù)幫助實(shí)現(xiàn)傳感器尺寸小型化，進(jìn)而研究多氣體傳感器的集成以實(shí)現(xiàn)多功能化。而氣體傳感器與數(shù)字電路的集成則將成為實(shí)現(xiàn)智能化的必然途徑。小型化智能化的氣體傳感器將成為激活市場(chǎng)的新亮點(diǎn)。

*劍橋傳感器CCS

這些代表性的氣體傳感器目前國(guó)內(nèi)仍沒(méi)有廠商的技術(shù)水平能夠達(dá)到，在敏感材料研發(fā)、敏感材料加載技術(shù)、集成信號(hào)調(diào)理采集技術(shù)、多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)、智能氣體傳感器 SIP 封裝工藝、海量傳感器批量校準(zhǔn)技術(shù)等方面，存在較大差距，仍待提升。

8// 紅外陣列傳感器

紅外傳感器是紅外線信號(hào)檢測(cè)的核心器件。按照一個(gè)芯片上紅外敏感單元（像素）的數(shù)量，紅外傳感器可以大致分為單元傳感器、陣列傳感器、焦平面探測(cè)器三大類。目前陣列傳感器市場(chǎng)規(guī)模突破 10 億美元，并且保持著高增速。但陣列式傳感器這一細(xì)分領(lǐng)域，與國(guó)外先進(jìn)水平仍有較大差距。

*紅外陣列傳感器

紅外陣列傳感器是指在同一芯片上集成了80×60至320×240個(gè)敏感單元的紅外傳感器。紅外陣列傳感器是由多個(gè)紅外敏感單元（像素）在同一個(gè)芯片上二維排列構(gòu)成，每個(gè)敏感單元都可以接收并檢測(cè)目標(biāo)物體輻射的紅外能量，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后輸出與目標(biāo)物體的溫度分布及紅外輻射強(qiáng)度相關(guān)的電信號(hào)。

與傳統(tǒng)紅外傳感器相比，紅外陣列式傳感器檢測(cè)精度更高，范圍更廣，還能輸出為圖像信號(hào)，在工業(yè)檢測(cè)、智能家居、生物醫(yī)學(xué)、氣體檢測(cè)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域大有所用，預(yù)計(jì)在未來(lái)會(huì)完全代替單元紅外傳感器。

可惜的是，紅外陣列式傳感器的技術(shù)被 ULIS，F(xiàn)LIR等歐美廠商壟斷，國(guó)內(nèi)廠商在晶圓級(jí)封裝技術(shù)、信號(hào)處理專用芯片技術(shù)等方面有較大差距。

9// 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量無(wú)處不在的、有無(wú)線通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的自組織分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的“智能”系統(tǒng)。它是涉及微傳感器與微機(jī)械、通信、人工智能等多學(xué)科的綜合技術(shù)，大量傳感器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布式、智能化信息處理系統(tǒng)，以協(xié)同方式工作，從多種視角、多種感知模式對(duì)事件、現(xiàn)象和環(huán)境進(jìn)行觀察和分析，獲取大量信息。

*萬(wàn)物互聯(lián)

傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方法是通過(guò)單個(gè)節(jié)點(diǎn)，多個(gè)數(shù)據(jù)通道對(duì)多個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。而目前可以通過(guò)無(wú)線方式，對(duì)多個(gè)智能傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，再通過(guò)無(wú)線網(wǎng)技術(shù)對(duì)有線方式處理后的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理。例如特斯拉就是通過(guò)車載信號(hào)傳輸芯片，對(duì)傳感器進(jìn)行統(tǒng)一管理，大大減少傳統(tǒng)線纜帶來(lái)的復(fù)雜度。

但是，目前國(guó)內(nèi)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要協(xié)議、功耗、射頻技術(shù)等方面存在短板。

10// 集成式智能傳感器和微系統(tǒng)模組

物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)和人工智能技術(shù)對(duì)智能傳感器和微系統(tǒng)模組有強(qiáng)烈的需求，全球科技巨頭紛紛布局。我國(guó)在單體傳感器上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后歐美日等國(guó)家，而在集成式智能傳感器和微系統(tǒng)模組方面我們和國(guó)外處于同一起跑線。

在2018年，智能傳感器和微系統(tǒng)的國(guó)際市場(chǎng)就達(dá)到了一萬(wàn)億美金。在可以預(yù)見的將來(lái)，這個(gè)市場(chǎng)將持續(xù)擴(kuò)大。為了抓住這個(gè)千載難逢的發(fā)展機(jī)遇，清華大學(xué)在2011計(jì)劃和國(guó)家科技部的支持下成立了微納系統(tǒng)制造與器件協(xié)同創(chuàng)新中心，聯(lián)合其他高校和工業(yè)界，共同推動(dòng)中國(guó)智能微傳感器和微系統(tǒng)的研發(fā)和市場(chǎng)化。

*微系統(tǒng)

MEMS傳感器未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

傳感器是基礎(chǔ)技術(shù)，也是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代下最核心技術(shù)之一，產(chǎn)品需求量很大。針對(duì)當(dāng)前國(guó)際大環(huán)境，尤其是美國(guó)針對(duì)我國(guó)高科技產(chǎn)品和技術(shù)的定點(diǎn)圍堵，一定要注重提升傳感器產(chǎn)業(yè)鏈合作水平，整合上下游技術(shù)，主動(dòng)出擊、狠下功夫補(bǔ)鏈、強(qiáng)鏈，找到傳感器等短板弱項(xiàng)的“卡脖子”技術(shù)的定點(diǎn)攻關(guān)和突破方向。

目前，MEMS技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)傳感器的一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)，不僅是在汽車電子有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，還將在生物醫(yī)療、智慧家庭、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域有著廣闊的市場(chǎng)前景。

鈺芯低溫型氣體生物傳感器基于MEMS技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)的集成溫濕度傳感器，具有微型化、高集成、高可靠等特點(diǎn)。在室溫下即可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種氣體的濃度檢測(cè)，可用在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，例如：自動(dòng)駕駛汽車、生物醫(yī)療等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。

該電極依托硅基微型電極，使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，并大大提高器件的一致性，便于批量生產(chǎn)。

以上就是諾一精密陶瓷關(guān)于“傳感器領(lǐng)域，這幾大關(guān)鍵技術(shù)急需攻破！”的分享，部分內(nèi)容來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，旨在分享，僅供參考。

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