中國傳感器領域，這幾大技術急需攻破
中美貿易摩擦以來，尤其是美國在半導體領域發起的制裁，中國電子信息產業被卡，進一步加強了我們進行國產替代的決心。
在美國公布的影響國家安全與經濟發展的技術中，傳感器技術尤為突出，有6項與其直接相關。傳感器作為典型的數據采集功能器件，無疑是電子信息領域的基礎與核心。如果沒有采集的這些底層數據，整個系統將沒有任何活力。
令人擔心的是，對于傳感器領域的本土化進程，我國還有很長的路要走。在城市公共系統、飛機、汽車、家具、機器人等領域，全世界至少有兩萬多種傳感器，可惜的是我們僅能國產化其中三分之一，并且這些傳感器的技術附加值不高。作為人口大國，中國的傳感器市場足足有千萬億，進口額也至少有千億級別。如此大的市場規模，高端的含金量高的大頭部分，卻被歐美傳感器巨頭占據。
本文整理了幾大傳感器領域繼續突破的領域，如有任何突破，對中國傳感器行業無疑是巨大突破！
1// MEMS 陀螺傳感器芯片
2020年，《中國傳感器（技術和產業）發展藍皮書》發布，《藍皮書》提到，作為消費電子領域的重要芯片—— MEMS 陀螺芯片，進口率達到了80%以上。
*意法半導體的MEMS陀螺儀
作為半導體行業的基礎，MEMS陀螺儀在手機、相機、遙控、甚至工業領域均大有作用。不過它技術門檻較高， 歐美日都有一批相關的企業和科研單位在這領域取得突破性進展。國內許多MEMS產線均為近幾年才陸續投產，且規模普遍較小，產線產品單一，這也是我國目前高端MEMS傳感器芯片市場凄慘境況的一個側面。因為每種類型的MEMS傳感器具有一定的“獨立性”，這點區別于芯片的Fabless業務，擁有自己MEMS產線的企業在研發和生產傳感器上有天然的優勢，而許多國際傳感器大廠往往也保留有自己的MEMS產線。
2// MEMS 與 IC 的融合
MEMS 技術用微加工技術將各種產品整合到基于硅的微電子芯片上，雖然與傳統的 IC 工藝有許多相似之處，如光刻、薄膜沉積、摻雜、刻蝕、化學機械拋光等，但是有些復雜微結構難以用 IC 工藝實現，須采用微加工技術，如硅的體微加工技術、表面微加工技術等。
*微加工技術
MEMS技術將是未來傳感器的主要制造技術，但國內本土MEMS發展面臨高端研發人員缺失、產業鏈尚未形成、企業盈利難等問題，如同三座大山壓著國內MEMS產業，卡住了國內MEMS產業的脖子。
3// MEMS 微型超聲波傳感器
MEMS 微型超聲波測距傳感器體積十分?。▋H為同類產品的十分之一），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、工藝壓電材料開發等方面有較高技術難點。令人可惜的是，該領域的市場被日本企業村田壟斷，國內沒有具備設計和量產能力的企業。
*德國研究所的MEMS超聲波傳感器
與普通傳感器一樣，MEMS 微型超聲波測距傳感器通過發射接收超聲波，計算得出與物體的距離。但體積非常小，集成優勢極大，在手機、智能穿戴等領域應用前景廣闊，例如華為、小米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傳感器，MEMS 微型超聲波傳感器無疑是最佳的解決方案。
4// 高性能磁傳感器
在汽車、醫療器械、自動化工業等行業，高性能磁傳感器均存在巨大需求，每年全球銷售逾數十億顆，總銷售額超過百億美元。在智能自動駕駛汽車上，這些傳感器的身影涵蓋電路、踏板、卡扣、傳動軸，并在車上的智能系統上有更多應用。
*自動駕駛汽車
雖然國產新能源汽車十分成功，但磁傳感器全部被國外巨頭把控，嚴重依賴進口?；裟犴f爾（Honeywell）、村田（MURATA）、精量電子（MEAS） 、羅姆（ROHM）等美日歐廠商長期壟斷這一領域。不僅如此，精密制造、電力等工控領域使用的高端磁傳感器同樣被世界傳感器巨頭壟斷，在未來我們進行產業轉型升級，無疑會面對這一阻礙。
5// 硅壓力傳感器
一般來講，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：歧管壓力測量，用來控制空燃比，控制廢棄循環等；大氣壓測量，用來修正空燃比；氣缸內氣測量，用來控制爆震；燃油噴射壓力測量；充氣壓力測量，安全氣囊系統;輪胎氣壓，輪胎氣壓的監控等。
*PMS壓力傳感器
壓力傳感器是汽車電子控制系統電子控制系統的重要信息源，由于安裝位置的環境溫度和印刷電路板(PCB)上的要求放置，傳統的壓力傳感器在汽車應用中可能會發生高溫，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性差的缺點，一般能保證0.1%~0.3%F.S.的穩定性。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，低應力無引線封裝、溫度補償、高溫專用電路（ASIC）芯片等關鍵技術，開發測控接口電路，是實現批量化生產并在重大技術裝備中應用的關鍵。
6// 智能光纖傳感器
光纖傳感器是一種將被測對象的狀態轉變為可測的光信號的傳感器?；竟ぷ髟硎菍碜怨庠吹墓饨涍^光纖送入調制器，使待測參數與進入調制區的光相互作用后，導致光的光學性質（如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等）發生變化，稱為被調制的信號光，再利用被測量對光的傳輸特性施加的影響，完成測量。
智能光纖傳感器已經成熟應用于發動機中。世界發動機巨頭——通用電氣，西門子，羅爾斯羅伊斯們，都已經成熟地將智能光纖傳感器用于自家發動機產品的狀態監測。
*燃油機示例
光纖傳感器以其獨特的優勢，在長距離安防檢測、智慧場館建設中都起到了重要的作用。與以點式、準分布式為主的傳統光纖傳感器不同的智能分布式光纖傳感器，光纖既是傳輸介質也是傳感器，能夠實現單模光纖全程特征信息探測并完成入侵事件智能識別。結合物聯網的發展，未來的安防系統也將進入融合發展階段，即形成安防設備集成聯動管理平臺，從而真正實現智慧安防建設。光纖傳感器在各個行業周界安防、不同地區的智慧場館建設都有著廣闊的應用前景，并將成為未來周界安防的主要發展方向。
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域，關注度不夠，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境的智能光纖傳感器領域的差距尤為明顯。
7// 小型化集成式氣體傳感器
和其它傳感器一樣，氣體傳感器發展的趨勢也是微型化、智能化和多功能化。納米、薄膜技術等新材料制備技術的成功應用為氣體傳感器實現新功能提供了條件。利用MEMS技術幫助實現傳感器尺寸小型化，進而研究多氣體傳感器的集成以實現多功能化。而氣體傳感器與數字電路的集成則將成為實現智能化的必然途徑。小型化智能化的氣體傳感器將成為激活市場的新亮點。
*劍橋傳感器CCS
這些代表性的氣體傳感器目前國內仍沒有廠商的技術水平能夠達到，在敏感材料研發、敏感材料加載技術、集成信號調理采集技術、多傳感器數據融合技術、智能氣體傳感器 SIP 封裝工藝、海量傳感器批量校準技術等方面，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檢測的核心器件。按照一個芯片上紅外敏感單元（像素）的數量，紅外傳感器可以大致分為單元傳感器、陣列傳感器、焦平面探測器三大類。目前陣列傳感器市場規模突破 10 億美元，并且保持著高增速。但陣列式傳感器這一細分領域，與國外先進水平仍有較大差距。
*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個敏感單元的紅外傳感器。紅外陣列傳感器是由多個紅外敏感單元（像素）在同一個芯片上二維排列構成，每個敏感單元都可以接收并檢測目標物體輻射的紅外能量，經光電轉換后輸出與目標物體的溫度分布及紅外輻射強度相關的電信號。
與傳統紅外傳感器相比，紅外陣列式傳感器檢測精度更高，范圍更廣，還能輸出為圖像信號，在工業檢測、智能家居、生物醫學、氣體檢測、消費電子等領域大有所用，預計在未來會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被 ULIS，FLIR等歐美廠商壟斷，國內廠商在晶圓級封裝技術、信號處理專用芯片技術等方面有較大差距。
9// 傳感器網絡技術
無線傳感器網絡是由大量無處不在的、有無線通信與計算能力的微小傳感器節點構成的自組織分布式網絡系統，能根據環境自主完成指定任務的“智能”系統。它是涉及微傳感器與微機械、通信、人工智能等多學科的綜合技術，大量傳感器通過網絡構成分布式、智能化信息處理系統，以協同方式工作，從多種視角、多種感知模式對事件、現象和環境進行觀察和分析，獲取大量信息。
*萬物互聯
傳統的傳感器網絡技術方法是通過單個節點，多個數據通道對多個測點數據進行采集數據。而目前可以通過無線方式，對多個智能傳感器節點數據進行采集處理，再通過無線網技術對有線方式處理后的節點進行組網，對數據進行二次處理。例如特斯拉就是通過車載信號傳輸芯片，對傳感器進行統一管理，大大減少傳統線纜帶來的復雜度。
但是，目前國內傳感器網絡技術主要協議、功耗、射頻技術等方面存在短板。
10// 集成式智能傳感器和微系統模組
物聯網、移動互聯和人工智能技術對智能傳感器和微系統模組有強烈的需求，全球科技巨頭紛紛布局。我國在單體傳感器上已經遠遠落后歐美日等國家，而在集成式智能傳感器和微系統模組方面我們和國外處于同一起跑線。
在2018年，智能傳感器和微系統的國際市場就達到了一萬億美金。在可以預見的將來，這個市場將持續擴大。為了抓住這個千載難逢的發展機遇，清華大學在2011計劃和國家科技部的支持下成立了微納系統制造與器件協同創新中心，聯合其他高校和工業界，共同推動中國智能微傳感器和微系統的研發和市場化。
*微系統
MEMS傳感器未來發展趨勢
傳感器是基礎技術，也是數字經濟時代下最核心技術之一，產品需求量很大。針對當前國際大環境，尤其是美國針對我國高科技產品和技術的定點圍堵，一定要注重提升傳感器產業鏈合作水平，整合上下游技術，主動出擊、狠下功夫補鏈、強鏈，找到傳感器等短板弱項的“卡脖子”技術的定點攻關和突破方向。
目前，MEMS技術作為物聯網傳感器的一個技術熱點，不僅是在汽車電子有著越來越廣泛的應用，還將在生物醫療、智慧家庭、工業物聯網、消費電子等領域有著廣闊的市場前景。
鈺芯低溫型氣體生物傳感器基于MEMS技術研發設計的集成溫濕度傳感器，具有微型化、高集成、高可靠等特點。在室溫下即可實現對多種氣體的濃度檢測，可用在環境監測領域，例如：自動駕駛汽車、生物醫療等領域擁有廣闊的應用前景和發展空間。
該電極依托硅基微型電極，使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號，并大大提高器件的一致性，便于批量生產。
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