近年來，我國高度重視智能傳感器.html'>傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，工業(yè)和信息化部編制了“智能傳感器產(chǎn)業(yè)三年行動指南（2017～2019 年）”，為把握新一代信息技術(shù)深度調(diào)整戰(zhàn)略機遇期，提升智能傳感器產(chǎn)業(yè)核心競爭力奠定了基礎(chǔ)。

       2019年，在工信部指導(dǎo)下，中國電子技術(shù)標準化研究院開展了智能傳感器發(fā)展戰(zhàn)略研究，對我國智能傳感器產(chǎn)業(yè)進行了摸底調(diào)查，調(diào)研的傳感器產(chǎn)品涉及我國近千家傳感器主流廠商，是目前我國規(guī)模較大、較深入的智能傳感器產(chǎn)業(yè)調(diào)研活動之一。

       此次調(diào)研形成了《智能傳感器型譜體系與發(fā)展戰(zhàn)略白皮書》報告，成為我國智能傳感器產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略制定的重要參考依據(jù)之一。報告中，提出了我國智能傳感器產(chǎn)業(yè)需要重點發(fā)展的11個技術(shù)方向和建議，這也是我國傳感器的部分重點卡脖子技術(shù)，我們來看看哪些傳感器技術(shù)被重點提及。

       雖然數(shù)年時間過去，但對于極其考驗技術(shù)沉淀，需要厚積薄發(fā)的傳感器產(chǎn)業(yè)來說，這11個重點技術(shù)有許多仍有待解決！2024年了，有哪些技術(shù)我國傳感器企業(yè)已取得突破？歡迎在本文留言討論，或或在中國最大的傳感社區(qū)：傳感交流圈中進行交流。

       1、智能光纖傳感器

       智能光纖傳感器主要用于航空發(fā)動機，重型燃氣輪機的狀態(tài)監(jiān)測，對發(fā)動機工作過程中的壓力、溫度、振動、應(yīng)變、位移、尾氣成分等參數(shù)進行實時測量，為發(fā)動機/燃氣輪機的工作狀態(tài)，健康狀態(tài)，故障分析提供數(shù)據(jù)支撐。

       我們知道，光纖傳感器天然具有抗電磁、原子輻射干擾的能力，具備工作溫度高，多傳感器組網(wǎng)，可信號預(yù)處理分析，數(shù)字化通用接口等諸多優(yōu)點，因此在重大工程設(shè)備上智能光纖傳感器有很大作用。

       被譽為制造業(yè)皇冠上的明珠——發(fā)動機/燃氣輪機，智能光纖傳感器的應(yīng)用不可少。國際上的工業(yè)商巨頭們——GE，西門子，普惠，羅爾斯羅伊斯等，都已經(jīng)將智能光纖傳感器用于自家發(fā)動機/燃氣輪機產(chǎn)品的狀態(tài)監(jiān)測。

       而我國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。

       2、寬溫區(qū)硅壓力傳感器芯片

       壓力傳感器一直以來都是傳感器領(lǐng)域里面出貨量、使用量最大的類型之一，尤其是寬溫區(qū)硅壓力傳感器和芯片，這也是我國與世界先進水平差距比較大的方向。

       從具體技術(shù)參數(shù)指標上來說，使用溫度范圍在－55℃～225℃之間，精度優(yōu)于 0.25%FS 的高可靠性 MEMS 高溫硅壓力傳感器是亟需突破的重點。

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

       3、MEMS 技術(shù)與 IC 技術(shù)的集成與融合

       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，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)機械拋光等，有些復(fù)雜微結(jié)構(gòu)難以用 IC 工藝實現(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。

       MEMS技術(shù)將是未來傳感器的主要制造技術(shù)，但國內(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)盈利難等問題，如同三座大山壓著國內(nèi)MEMS產(chǎn)業(yè)。

       MEMS最初用于汽車安全氣囊，近年來隨著技術(shù)發(fā)展，市場需求迅猛，將如同計算機技術(shù)和微電子技術(shù)給人們生活帶來的改變一樣，MEMS技術(shù)也將給我們的生活帶來巨大改變。

       4、MEMS 陀螺芯片

       MEMS陀螺儀是半導(dǎo)體行業(yè)的基礎(chǔ)元件，在消費電子、工業(yè)等領(lǐng)域用途廣泛，技術(shù)門檻處于傳感器領(lǐng)域較高水平，國內(nèi)外各廠商投入力度大，但高端產(chǎn)品研發(fā)工作主要集中在高校和科研院所。

       歐美日都有一批相關(guān)的企業(yè)和科研單位在這領(lǐng)域取得突破性進展，但中國這方面起步晚、發(fā)展慢，國內(nèi)具備 MEMS 陀螺芯片自主設(shè)計和量產(chǎn)的能力的企業(yè)屈指可數(shù)，且產(chǎn)量和市場占有率都非常低。

       據(jù)《中國傳感器（技術(shù)和產(chǎn)業(yè)）發(fā)展藍皮書》介紹，國內(nèi)眾多消費電子廠商大量使用的 MEMS 陀螺芯片基本依靠進口，保守估計MEMS芯片進口率達80%以上。

       5、高性能磁傳感器

       高性能磁傳感器技術(shù)門檻高，市場廣、應(yīng)用范圍大，在工業(yè)自動化控制，醫(yī)療設(shè)備以及汽車工業(yè)等領(lǐng)域均存在巨大需求，每年全球銷售逾數(shù)十億顆，金額達百億美元。

       以傳統(tǒng)燃油汽車為例，每輛車上平均安裝 30 余個磁傳感器，涵蓋曲軸、電路、踏板、液面、卡扣等近 20 種應(yīng)用。而在智能自動駕駛汽車上，這些傳感器的應(yīng)用將更多、更細致。

       然而目前中國市場銷售的車輛，磁傳感器國外廠家壟斷，嚴重依賴進口， 霍尼韋爾（Honeywell）、村田（MURATA）、精量電子（MEAS） 、羅姆（ROHM）等國外廠商瓜分了這一市場。

       精密制造、勘探、電力、儀器設(shè)備等工控領(lǐng)域使用的高端磁傳感器同樣被國際傳感器巨頭把控，對我國產(chǎn)業(yè)升級和自主化進程埋下巨大隱患。

       國內(nèi)磁傳感器制造領(lǐng)域研發(fā)基礎(chǔ)非常薄弱，設(shè)備、人才積累有限，產(chǎn)品性能、良品率、成本、生產(chǎn)流程等等方面都亟待優(yōu)化和提高。

       同時，國內(nèi)市場也應(yīng)該扶持國內(nèi)磁傳感器廠商，產(chǎn)業(yè)鏈范圍內(nèi)對自主產(chǎn)品的市場進行培育及推廣。

       6、MEMS 微型超聲波傳感器

       MEMS 微型超聲波傳感器在消費電子領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用場景，例如小米、OPPO等手機廠商近期密集推出的“無邊框”手機，為了在窄窄的邊框塞入用于息屏功能的感應(yīng)傳感器，MEMS 微型超聲波傳感器是最佳的成熟應(yīng)用方式。

       MEMS 微型超聲波測距傳感器工作原理與普通傳感器傳感器一樣，通過發(fā)射接收超聲波，探測物體距離，但體積非常小，有利于集成，在智能手機、智能終端、智能家居家電、智能辦公設(shè)備等使用場景廣闊。

       MEMS 微型超聲波測距傳感器體積不到目前同類產(chǎn)品的 1/10，產(chǎn)品實現(xiàn)需要達到耐高溫貼裝工藝要求，且在微型壓電芯片加工工藝、微型裝配工藝、 （MEMS）工藝壓電材料開發(fā)等方面有較高技術(shù)難點。

       目前市場上，該技術(shù)主要被日本企業(yè)村田壟斷，國內(nèi)沒有具備設(shè)計和量產(chǎn)能力的企業(yè)。

       7、紅外陣列傳感器

       紅外傳感器市場需求廣，在國內(nèi)傳感器中是起步相對較早的領(lǐng)域，目前國內(nèi)有高德紅外，睿創(chuàng)微納、大立科技、颯特紅外等中大型紅外傳感器和熱像儀企業(yè)。但在紅外陣列式傳感器這一細分領(lǐng)域，與國外先進水平仍有較大差距。

       紅外陣列傳感器是指在同一芯片上集成了80×60至240×180個敏感單元的紅外傳感器，可接收并檢測目標物體輻射的紅外能量，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后輸出與目標物體的溫度分布及紅外輻射強度相關(guān)的電信號。

       紅外陣列式傳感器相比目前日常廣泛應(yīng)用的單元紅外傳感器具有精度高、檢測范圍寬、能輸出可觀察的圖像信號等優(yōu)點，在工業(yè)檢測、家庭安防、智能家居、節(jié)能控制、醫(yī)療看護、流量計數(shù)、氣體檢測、火災(zāi)監(jiān)控、消費電子等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用場景，將取代單元紅外傳感器。

       據(jù)知名市場研究機構(gòu)Yole的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，紅外陣列式傳感器市場規(guī)模已達 10 億美元以上，并且每年的增速高達 50%以上。

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

       8、小型化集成式氣體傳感器

       國內(nèi)氣體傳感器領(lǐng)域目前有漢威科技、四方光電等中大型企業(yè)，但產(chǎn)品多為單獨的氣敏元件，落后國際平均水平一代，落后德國先進水平兩代。

       目前國際先進智能氣體傳感器已能在一個小型封裝內(nèi)集成氣體傳感、信號采集、信息處理、校準數(shù)據(jù)存儲、溫度補償以及數(shù)字接口等功能。

       許多先進氣體傳感器目前國內(nèi)仍沒有廠商的技術(shù)水平能夠達到，在敏感材料研發(fā)、敏感材料加載技術(shù)、集成信號調(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技術(shù)等方面，存在較大差距，亟待提升。

       9、集成式智能傳感器和微系統(tǒng)模組

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

       這是一個難得的機遇，我國需要把握住，推動基于 SESUB（半導(dǎo)體基板埋入）和 SiP（系統(tǒng)級封裝）工藝的集成式智能傳感器和微系統(tǒng)模組的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

       此外，研發(fā)跨環(huán)境和聲學(xué)類、慣性類等集成式智能傳感器以及手機、手表、手環(huán)、無線耳機、AR/VR 以及 IoT、IPM（智能功率模塊）、TPMS 胎壓監(jiān)測等消費類電子、汽車電子和智能家具等應(yīng)用領(lǐng)域的 SiP 模組產(chǎn)品。

       10、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

       許多場景下，需要獲取多個參量數(shù)據(jù)對測控的設(shè)備、環(huán)境進行判斷，這樣單個傳感器遠遠無法達到需求。而在多傳感器應(yīng)用下，使用有線或者無線等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對傳感器進行集成，將是關(guān)鍵。

       傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用的方法有：單個節(jié)點通過多個數(shù)據(jù)通道對多個測點數(shù)據(jù)進行采集數(shù)據(jù)；通過無線方式，對多個單個智能傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)進行采集處理；先通過有線方式將多個測點數(shù)據(jù)進行采集處理，然后通過無線網(wǎng)技術(shù)對有線方式處理后的節(jié)點進行組網(wǎng)，對數(shù)據(jù)進行二次處理。

       例如在汽車應(yīng)用中，傳統(tǒng)上使用有線線束進行數(shù)據(jù)傳輸，總長度一般有近2公里，最多達5公里。而在特斯拉上使用了車載以太網(wǎng)芯片技術(shù)進行傳感器信號的傳輸，有效較少了線束長度。

       傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)、功耗技術(shù)、無線射頻技術(shù)等難點。

       11、傳感器智能處理算法

       如同EDA技術(shù)，高效的算法在智能傳感器里面具有重要的作用，能夠更大程度發(fā)揮傳感器的性能，提高傳感器的精度，同時使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、回歸算法等計算技術(shù)和數(shù)據(jù)融合處理方法，將廣泛應(yīng)用于越來越復(fù)雜的檢測中，并且實現(xiàn)自校準功能。

       為了使傳感器滿足具體行業(yè)應(yīng)用要求，需要開發(fā)新傳感器智能算法，通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將多參量數(shù)據(jù)進行綜合處理。為了使傳感器功耗更低，還需要研究開發(fā)智能控制算法、傳感器休眠算法、時間同步算法等。
物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機器人等新應(yīng)用場景，要求傳感器需要更加“智能”，而這些智能很多時候都是通過算法賦予。

       結(jié)語

       雖然離本份報告發(fā)布已過去4年，但傳感器是個需要技術(shù)沉淀、厚積薄發(fā)的基礎(chǔ)技術(shù)產(chǎn)業(yè)，報告中所列11個重點發(fā)展方向，即使在2024年的今天，許多仍是我國傳感器產(chǎn)業(yè)中的薄弱環(huán)節(jié)。

       這11個關(guān)鍵傳感器技術(shù)，從技術(shù)重要程度和市場應(yīng)用角度出發(fā)，是中國傳感器領(lǐng)域最亟需攻破，未來也具備廣闊需求和應(yīng)用場景的細分領(lǐng)域。當(dāng)前我國傳感器企業(yè)突破有限，仍需努力！