中美貿易摩擦日益加劇，近日美國更是推進了其《芯片與科學法案》，企圖全面遏制中國半導體產業崛起。
作(zuo)為我國唯一一家定位于思想理論領域的中央重點(dian)新聞網站——光明網，曾經發文《以傳感器為(wei)抓手進(jin)行(xing)“卡脖(bo)子”技術突破》，闡述我國傳(chuan)感器產業的(de)薄弱(ruo)和突破的(de)重要性。
傳感器雖(sui)然體量(liang)弱小、默默無聞，卻是現代制造業的基石(shi)之一。本文整(zheng)理(li)了(le)傳感(gan)器領(ling)域亟需突(tu)破的(de)11個(ge)卡脖(bo)子關鍵技(ji)術，突(tu)破一個(ge)都是中國傳感(gan)器行業(ye)的(de)巨大進步！
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光明網：以傳(chuan)感器為抓手進(jin)行“卡脖子”技(ji)術突破
中(zhong)美貿(mao)易摩(mo)擦以(yi)來，美國(guo)不斷以(yi)“芯片”斷供，以(yi)及將華為等高科技(ji)企業列入出口管制的“實體清單(dan)”等行(xing)為，使得中(zhong)國(guo)信息產(chan)業面(mian)臨(lin)“卡脖子”的窘境。“十(shi)四五”時期，必須充分發(fa)揮我國(guo)市場(chang)優勢和制度優勢，打好關鍵(jian)核(he)心技(ji)術(shu)攻堅戰(zhan)，突(tu)破關鍵(jian)核(he)心技(ji)術(shu)發(fa)展瓶(ping)頸。
以傳感器為例，作為數據采集的唯一功能器件，也是信息技術的基礎核心元器件，采集的數據是整個感知、傳輸和處理信息系統中流淌的“血液”。美國公布的影響國家長期安全和經濟繁榮至關重要22項技術中，有6項與傳感器技術直接相關。
然而，我國本土傳感器發展令人擔憂，與全世界生產的超過2萬種產品品種相比，中國國內僅能生產其中的約1/3，整體技術含量也較低。同時，國內傳感器市場需求量上千萬億，每年進口額都不低于1700億人民幣，這么大的市場體量卻絕大部分被歐美國際零部件巨頭占據，包括汽車或科學儀器等傳感器95%以上市場份額都掌握在外資企業手里，成為當前制約數字化轉型發展的最大“卡脖子”技術瓶頸之一。
總之，傳感器是底層技術，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。
中國傳感器(qi)最亟需突破(po)的11大卡脖(bo)子(zi)關鍵技術(shu)
1、MEMS 陀螺傳感器芯片
MEMS陀螺儀是半導體行業的基礎元件，在消費電子、工(gong)(gong)業等(deng)領域(yu)用(yong)途廣泛(fan)，技術門檻處于傳(chuan)感器(qi)領域(yu)較(jiao)高(gao)水平，國(guo)內外(wai)各(ge)廠(chang)商投入(ru)力度(du)大，但高(gao)端產(chan)品研發工(gong)(gong)作主要集中在高(gao)校和科研院(yuan)所(suo)。
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，但中國這方面起步晚、發展慢，國內具備 MEMS 陀螺芯片自主設計和量產的能力的企業屈指可數，僅有水木智芯、明皜傳感等寥寥幾家，且產量和市場占有率都非常低。
據《中國傳感器（技術和產業）發展藍皮書》介紹，國內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。
2、MEMS 技術與 IC 技術的(de)集成與融合
MEMS 技(ji)術(shu)用微加(jia)(jia)工(gong)(gong)技(ji)術(shu)將各種產品整合到(dao)基于硅(gui)的微電子芯片(pian)上，與傳統(tong)的 IC 工(gong)(gong)藝有許多相似(si)之處，如光刻、薄(bo)膜沉積、摻(chan)雜、刻蝕、化學機(ji)械拋光等(deng)，有些(xie)復雜微結構(gou)難以用 IC 工(gong)(gong)藝實現，須采用微加(jia)(jia)工(gong)(gong)技(ji)術(shu)，如硅(gui)的體微加(jia)(jia)工(gong)(gong)技(ji)術(shu)、表面微加(jia)(jia)工(gong)(gong)技(ji)術(shu)等(deng)。
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。
MEMS最初用于汽(qi)車安(an)全氣囊，近年來(lai)(lai)隨著(zhu)技術發展，市場需求迅猛(meng)，將(jiang)如同計算機技術和(he)微電子技術給人(ren)們(men)生(sheng)活帶(dai)來(lai)(lai)的改變一樣，MEMS技術也(ye)將(jiang)給我們(men)的生(sheng)活帶(dai)來(lai)(lai)巨大(da)改變。
3、MEMS 微型超聲波(bo)傳感器
MEMS 微型(xing)超聲(sheng)波傳感器(qi)在消(xiao)費電子領(ling)域有著(zhu)廣闊(kuo)的(de)應(ying)用場景，例(li)如小米、OPPO等手(shou)機(ji)廠商近期密集推(tui)出的(de)“無邊(bian)框(kuang)”手(shou)機(ji)，為了在窄窄的(de)邊(bian)框(kuang)塞入用于息(xi)屏功能的(de)感應(ying)傳感器(qi)，MEMS 微型(xing)超聲(sheng)波傳感器(qi)是(shi)最佳的(de)成熟(shu)應(ying)用方(fang)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、智能辦公設備等使用場景廣闊。
MEMS 微型超(chao)聲(sheng)波測距傳感(gan)器(qi)體(ti)積不到(dao)目前同類產品的(de) 1/10，產品實現需要(yao)達(da)到(dao)耐高溫貼裝工(gong)藝要(yao)求(qiu)，且在微型壓(ya)電(dian)芯片(pian)加工(gong)工(gong)藝、微型裝配工(gong)藝、 （MEMS）工(gong)藝壓(ya)電(dian)材料開發等方面有(you)較高技(ji)術難點。
目前市場上，該技術主要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。
4、高性能磁傳(chuan)感器
高性能磁傳感器技術門檻高，市場廣、應用范圍大，在工業自動化控制，醫療設備以及汽車工業等領域均存在巨大需求，每年全球銷售逾數十億顆，金額達百億美元。
以傳統(tong)燃(ran)油汽車為例(li)，每(mei)輛車上(shang)平均(jun)安(an)裝 30 余個磁傳感(gan)器，涵蓋(gai)曲(qu)軸(zhou)、電路、踏板、液面(mian)、卡(ka)扣等近 20 種應用(yong)。而在智能自(zi)動駕(jia)駛汽車上(shang)，這些傳感(gan)器的應用(yong)將(jiang)更(geng)多、更(geng)細(xi)致。
然而目前中國市場銷售的車輛，磁傳感器全部被國外廠家壟斷，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(jing)密制造、勘探、電力(li)、儀(yi)器(qi)設備等(deng)工控領域(yu)使用的高端磁傳感器(qi)同(tong)樣被(bei)國際(ji)傳感器(qi)巨(ju)頭把控，對我國產(chan)業升級和自主化進程埋下巨(ju)大隱患。
國內磁(ci)傳感器(qi)制造領域研發基礎非常薄弱(ruo)，設(she)備、人才積累有(you)限(xian)，產品性能、良品率、成本、生產流程等等方面都(dou)亟待優(you)化和提高。
同時，國內(nei)市場也(ye)應該扶持國內(nei)磁傳感器(qi)廠(chang)商，產(chan)業(ye)鏈范圍內(nei)對自主產(chan)品的市場進行培育及(ji)推廣。
5、寬溫區硅壓力傳感器芯片
壓力傳(chuan)感(gan)器一直以來(lai)都是傳(chuan)感(gan)器領域里面出貨量、使(shi)用(yong)量最大的類型之(zhi)一，尤其是寬溫區硅(gui)壓力傳(chuan)感(gan)器和芯(xin)片，這也是我國(guo)與(yu)世界(jie)先進水平差距(ju)比較大的方向。
從具體技術參數指標上來說，使用溫度范圍在－55℃～225℃之間，精度優于 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(shi)，低應(ying)力無引線封(feng)裝(zhuang)、溫(wen)度補償(chang)、高溫(wen)專用(yong)電路(lu)（ASIC）芯片等關鍵技術，開(kai)發測控接口(kou)電路(lu)，是(shi)實現批量化生產并在重(zhong)大技術裝(zhuang)備中應(ying)用(yong)的關鍵。
6、智能光纖傳(chuan)感器
智能光纖傳感器(qi)主要用于航空發(fa)動(dong)(dong)機(ji)，重型燃氣(qi)輪機(ji)的(de)狀(zhuang)態監測，對發(fa)動(dong)(dong)機(ji)工(gong)作過程中(zhong)的(de)壓力、溫(wen)度、振動(dong)(dong)、應變、位移、尾(wei)氣(qi)成分等參數(shu)進行(xing)實時測量，為發(fa)動(dong)(dong)機(ji)/燃氣(qi)輪機(ji)的(de)工(gong)作狀(zhuang)態，健康狀(zhuang)態，故障分析(xi)提供數(shu)據支撐。
我們知道(dao)，光(guang)纖傳(chuan)感器天然具(ju)有(you)抗電磁(ci)、原(yuan)子輻射(she)干(gan)擾的能力，具(ju)備工作(zuo)溫度高，多(duo)傳(chuan)感器組網(wang)，可信號預處理分析，數字化通用(yong)接口等諸(zhu)多(duo)優點，因此在重大工程設備上(shang)智(zhi)能光(guang)纖傳(chuan)感器有(you)很(hen)大作(zuo)用(yong)。
被譽為制造業皇冠上的明珠——發動機/燃氣輪機，智能光纖傳感器的應用不可少。國際上的工業商巨頭們——GE，西門子，普惠，羅爾斯羅伊斯等，都已經將智能光纖傳感器用于自家發動機/燃氣輪機產品的狀態監測。
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(xing)化集成式氣體傳感器
國內氣體傳感器領域目前有漢威科技、四方光電等中大型企業，但產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(qian)國際先(xian)進智能氣體傳感器(qi)已能在一個小型(xing)封裝(zhuang)內(nei)集成氣體傳感、信號采集、信息處理、校準數據存儲、溫度補(bu)償(chang)以及數字接(jie)口(kou)等功能。
劍橋傳感器(qi)Cambridge CMOS Sensors(CCS，已(yi)被AMS收購)采(cai)用(yong) DFN/LGA 封裝(zhuang)的氣體(ti)傳感器(qi)最(zui)大尺寸(cun)不(bu)超(chao)過 2.7mm×4mm，最(zui)大功耗(hao)不(bu)超(chao)過 10mW。博世(shi)已(yi)推(tui)出(chu)集氣體(ti)、氣壓(ya)、溫度(du)和(he)濕度(du)傳感器(qi)于一體(ti)的 MEMS 環(huan)境傳感器(qi)。瑞士 盛 思(si) 銳 采(cai) 用(yong) DFN 封 裝(zhuang) 的 氣 體(ti) 傳 感 器(qi) 尺 寸(cun) 達 到2.45mm×2.45mm×0.75mm。
這些代表性的氣體傳(chuan)(chuan)感器目前國內仍沒有廠商的技術水平(ping)能(neng)夠達到，在(zai)敏(min)感材料研(yan)發、敏(min)感材料加載技術、集成信號調理采(cai)集技術、多傳(chuan)(chuan)感器數據融合技術、智能(neng)氣體傳(chuan)(chuan)感器 SIP 封裝工藝、海量(liang)傳(chuan)(chuan)感器批量(liang)校準(zhun)技術等方面，存在(zai)較大差(cha)距，亟(ji)待提升。
8、紅外陣列傳感(gan)器
紅外傳(chuan)感器市場需(xu)求(qiu)廣，在國(guo)內傳(chuan)感器中(zhong)是起步相對較(jiao)早的領域(yu)，目(mu)前國(guo)內有高德紅外，睿(rui)創微(wei)納、大立科(ke)技、颯特紅外等中(zhong)大型(xing)紅外傳(chuan)感器和熱像儀企業。但在紅外陣列式傳(chuan)感器這一(yi)細分領域(yu)，與國(guo)外先進水平(ping)仍有較(jiao)大差(cha)距(ju)。
紅(hong)外(wai)(wai)陣列(lie)傳感器是指在同一芯片(pian)上(shang)集(ji)成了(le)80×60至240×180個敏(min)感單(dan)元的(de)紅(hong)外(wai)(wai)傳感器，可接收并檢測目(mu)標物(wu)體(ti)輻射的(de)紅(hong)外(wai)(wai)能(neng)量，經光(guang)電轉換后輸出與目(mu)標物(wu)體(ti)的(de)溫度分(fen)布及紅(hong)外(wai)(wai)輻射強度相關的(de)電信號。
紅(hong)外陣(zhen)列(lie)式傳感(gan)器(qi)相比(bi)目前日常廣泛應用的單元紅(hong)外傳感(gan)器(qi)具有(you)精(jing)度高、檢(jian)測(ce)(ce)范圍寬(kuan)、能(neng)輸出可觀察的圖像信號等優點，在工業檢(jian)測(ce)(ce)、家(jia)庭安防、智能(neng)家(jia)居(ju)、節能(neng)控(kong)制、醫療看護、流量計數、氣(qi)體檢(jian)測(ce)(ce)、火(huo)災(zai)監(jian)控(kong)、消費(fei)電(dian)子等領域(yu)有(you)著廣闊的應用場景(jing)，將(jiang)取代(dai)單元紅(hong)外傳感(gan)器(qi)。
據知名市場研究機構Yole的統計數據顯示，紅外陣列式傳感器市場規模已達 10 億美元以上，并且每年的增速高達 50%以上。
紅外(wai)陣(zhen)列式傳感(gan)器(qi)的(de)技(ji)術被 ULIS，FLIR等(deng)歐美(mei)廠商壟斷，國內廠商在晶(jing)圓(yuan)級封裝技(ji)術、信(xin)號(hao)處(chu)理專用芯片技(ji)術等(deng)方面有較大差(cha)距。
9、傳感器(qi)網(wang)絡技術
許多場景下(xia)，需(xu)要獲取多個參量數據對(dui)測控的設(she)備、環境進(jin)(jin)行判斷，這樣單個傳感(gan)(gan)器遠遠無(wu)法達(da)到需(xu)求(qiu)。而(er)在多傳感(gan)(gan)器應用下(xia)，使用有線或者無(wu)線等網絡技術對(dui)傳感(gan)(gan)器進(jin)(jin)行集成，將是關(guan)鍵。
傳感器網絡技術采用的方法有：單個節點通過多個數據通道對多個測點數據進行采集數據；通過無線方式，對多個單個智能傳感器節點數據進行采集處理；先通過有線方式將多個測點數據進行采集處理，然后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。
例如在(zai)汽車應用中，傳(chuan)統上(shang)使用有線(xian)線(xian)束(shu)進行(xing)數據傳(chuan)輸(shu)，總長度(du)一般(ban)有近2公(gong)里，最多達5公(gong)里。而在(zai)特(te)斯拉上(shang)使用了車載以太(tai)網芯(xin)片技(ji)術進行(xing)傳(chuan)感(gan)器信號的傳(chuan)輸(shu)，有效較少了線(xian)束(shu)長度(du)。
傳感器網絡技(ji)術主要存在網絡協(xie)議技(ji)術、功耗技(ji)術、無線射頻(pin)技(ji)術等難點。
10、傳感器智能(neng)處理算法(fa)
如同EDA技術，高效的算法在智能傳感器里面具有重要的作用，能夠更大程度發揮傳感器的性能，提高傳感器的精度，同時使用人工神經網絡、回歸算法等計算技術和數據融合處理方法，將廣泛應用于越來越復雜的檢測中，并且實現自校準功能。
為了使(shi)傳感(gan)器滿足具(ju)體行業(ye)應(ying)用要求，需要開發(fa)新傳感(gan)器智能(neng)算法(fa)(fa)，通過數(shu)據融合技術，將多(duo)參量數(shu)據進行綜合處理。為了使(shi)傳感(gan)器功(gong)耗更低，還需要研究開發(fa)智能(neng)控制(zhi)算法(fa)(fa)、傳感(gan)器休眠算法(fa)(fa)、時間同(tong)步(bu)算法(fa)(fa)等(deng)。
物聯網、人工智能、機器人等新應用場景，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。
11、集成式智能傳(chuan)感器和微系(xi)統模組(zu)
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。
這(zhe)是一(yi)個難得的機(ji)遇，我國需要(yao)把(ba)握住(zhu)，推動基于(yu) SESUB（半導體基板埋
入）和(he) SiP（系統級封裝）工藝的集成式智能(neng)傳感(gan)器(qi)和(he)微(wei)系統模組的研發(fa)和(he)產業(ye)化(hua)。
此外，研(yan)發跨環境(jing)和(he)聲學類(lei)、慣性類(lei)等(deng)集成式智(zhi)能(neng)傳感(gan)器以及(ji)手機、手表、手環、無線耳機、AR/VR 以及(ji) IoT、IPM（智(zhi)能(neng)功率模(mo)(mo)塊）、TPMS 胎壓監測等(deng)消(xiao)費類(lei)電子(zi)、汽(qi)車電子(zi)和(he)智(zhi)能(neng)家具(ju)等(deng)應(ying)用領域的 SiP 模(mo)(mo)組產品。
結語
誠如光明網發文所言，傳感器是底層技術，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。
而文中(zhong)這11個關鍵(jian)傳感(gan)(gan)器技術(shu)，是(shi)中(zhong)國傳感(gan)(gan)器領域最亟需攻破(po)，未來也(ye)具備(bei)廣闊需求和應用場(chang)景的細分領域，集中(zhong)研(yan)發力量單點突(tu)破(po)，解除卡脖子牢籠的同時，也(ye)將能帶來豐厚市場(chang)回(hui)報。
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