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。
作為我(wo)國(guo)唯一一家定位于(yu)思想理論領域的(de)中央重點新聞網站(zhan)——光明網，曾經發文《以(yi)傳感(gan)器為抓(zhua)手(shou)進行“卡脖(bo)子”技術突破》，闡(chan)述我國傳感器(qi)產業的(de)薄弱和突(tu)破的(de)重(zhong)要性。
傳感器雖然體(ti)量弱小、默默無聞，卻(que)是(shi)現(xian)代制造(zao)業的基石之一(yi)。本(ben)文整理(li)了傳(chuan)感(gan)器領域(yu)亟需突破(po)的11個卡脖子(zi)關鍵技術，突破(po)一個都是中國傳(chuan)感(gan)器行業的巨大進步！
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光明(ming)網：以傳感(gan)器(qi)為抓手進行“卡脖子”技術突破
中美貿易摩擦以來(lai)，美國不斷以“芯片”斷供(gong)，以及(ji)將(jiang)華為(wei)等(deng)高(gao)科技企(qi)業列入出口管(guan)制的(de)“實體清單”等(deng)行為(wei)，使得中國信息(xi)產(chan)業面臨(lin)“卡(ka)脖子”的(de)窘境。“十(shi)四五”時期，必須充分(fen)發(fa)揮我國市場優勢和(he)制度優勢，打好關(guan)鍵核(he)心技術(shu)攻堅戰，突(tu)破關(guan)鍵核(he)心技術(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。
中國傳感器最亟需突破的11大卡脖子關鍵技術
1、MEMS 陀螺傳(chuan)感器芯片
MEMS陀(tuo)螺儀是半導體行(xing)業的(de)基礎(chu)元件，在消費(fei)電子(zi)、工(gong)(gong)業等(deng)領(ling)域(yu)用途廣泛，技術(shu)門(men)檻處于傳感器領(ling)域(yu)較高水(shui)平，國內外各廠商(shang)投(tou)入力度(du)大，但高端產品研(yan)發工(gong)(gong)作(zuo)主要集(ji)中在高校(xiao)和科(ke)研(yan)院所(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 技術的集成與融合
MEMS 技(ji)術(shu)用(yong)微加工(gong)(gong)技(ji)術(shu)將各種產品整(zheng)合到基于硅(gui)的(de)微電(dian)子芯片上，與傳(chuan)統的(de) IC 工(gong)(gong)藝有許多(duo)相似之處(chu)，如光(guang)刻(ke)、薄膜沉積、摻雜、刻(ke)蝕(shi)、化學機械拋光(guang)等，有些復雜微結(jie)構難(nan)以用(yong) IC 工(gong)(gong)藝實現(xian)，須采(cai)用(yong)微加工(gong)(gong)技(ji)術(shu)，如硅(gui)的(de)體(ti)微加工(gong)(gong)技(ji)術(shu)、表面微加工(gong)(gong)技(ji)術(shu)等。
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(chu)用于汽車安全氣囊，近(jin)年來隨(sui)著技術(shu)(shu)發展，市場需求迅猛，將如同計算機技術(shu)(shu)和(he)微電子技術(shu)(shu)給人們生(sheng)活帶來的(de)改(gai)(gai)變一樣，MEMS技術(shu)(shu)也將給我們的(de)生(sheng)活帶來巨大改(gai)(gai)變。
3、MEMS 微型超(chao)聲波傳(chuan)感器(qi)
MEMS 微(wei)(wei)型(xing)超(chao)聲波傳感(gan)器在消費電子(zi)領域(yu)有(you)著廣闊(kuo)的(de)應(ying)用(yong)場景，例如(ru)小米、OPPO等手機廠商近期密集推出的(de)“無邊框(kuang)”手機，為(wei)了在窄(zhai)窄(zhai)的(de)邊框(kuang)塞入用(yong)于息屏功能的(de)感(gan)應(ying)傳感(gan)器，MEMS 微(wei)(wei)型(xing)超(chao)聲波傳感(gan)器是(shi)最佳的(de)成(cheng)熟應(ying)用(yong)方式(shi)。
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(wei)型超(chao)聲(sheng)波(bo)測距傳感器體積不到目(mu)前(qian)同類(lei)產品的(de) 1/10，產品實現需要達到耐高(gao)溫貼裝(zhuang)工(gong)(gong)藝要求(qiu)，且在微(wei)型壓電芯片加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝、微(wei)型裝(zhuang)配工(gong)(gong)藝、 （MEMS）工(gong)(gong)藝壓電材料(liao)開發等方面有較高(gao)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。
以傳統燃油汽車為例，每(mei)輛(liang)車上平均安裝(zhuang) 30 余個磁傳感器(qi)，涵蓋曲軸(zhou)、電路(lu)、踏板(ban)、液(ye)面、卡扣等近(jin) 20 種(zhong)應用。而在(zai)智能自動(dong)駕駛(shi)汽車上，這(zhe)些傳感器(qi)的應用將(jiang)更多、更細致(zhi)。
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。
精密制造(zao)、勘探、電(dian)力(li)、儀器設備等工控(kong)領域使用的高端磁傳(chuan)(chuan)感(gan)器同樣被國際傳(chuan)(chuan)感(gan)器巨頭(tou)把控(kong)，對我(wo)國產(chan)業(ye)升級和自主化進程埋下巨大隱患。
國內磁傳感器制(zhi)造(zao)領(ling)域(yu)研發基礎非常薄弱(ruo)，設備、人才(cai)積累(lei)有限，產(chan)(chan)品(pin)性(xing)能、良品(pin)率、成本、生產(chan)(chan)流程等(deng)等(deng)方面都亟(ji)待優化和提高。
同時，國內市場(chang)也應(ying)該扶持(chi)國內磁傳感器(qi)廠商，產(chan)(chan)業(ye)鏈范圍內對自主產(chan)(chan)品的市場(chang)進(jin)行培育及推廣。
5、寬溫(wen)區硅壓力傳感器芯(xin)片
壓(ya)力傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)一直以(yi)來都是傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)領域(yu)里面出貨量(liang)、使用量(liang)最大的類(lei)型之一，尤其是寬溫區硅壓(ya)力傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)和(he)芯片，這也是我國與世界(jie)先進水平(ping)差距比較大的方向(xiang)。
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)，低應力無引線(xian)封(feng)裝、溫(wen)度(du)補(bu)償(chang)、高溫(wen)專(zhuan)用(yong)電路（ASIC）芯片等關鍵技術，開發測控(kong)接口(kou)電路，是實(shi)現批量化生產并在重(zhong)大技術裝備中應用(yong)的關鍵。
6、智能光纖傳感器(qi)
智(zhi)能光(guang)纖傳感器主要用于航空發動機(ji)，重型(xing)燃氣(qi)輪機(ji)的(de)狀(zhuang)態監測(ce)，對發動機(ji)工(gong)作過程中的(de)壓力、溫度、振(zhen)動、應(ying)變、位移、尾氣(qi)成(cheng)分等參數(shu)進行實(shi)時測(ce)量，為發動機(ji)/燃氣(qi)輪機(ji)的(de)工(gong)作狀(zhuang)態，健康(kang)狀(zhuang)態，故障(zhang)分析提(ti)供數(shu)據支撐(cheng)。
我(wo)們(men)知道(dao)，光纖傳感(gan)器天(tian)然具有抗電磁、原(yuan)子輻(fu)射干擾的能力(li)，具備工作溫度(du)高，多(duo)傳感(gan)器組網，可信號預處理分析，數字(zi)化(hua)通(tong)用(yong)接口(kou)等(deng)諸(zhu)多(duo)優點，因此(ci)在重大工程設(she)備上智(zhi)能光纖傳感(gan)器有很大作用(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、小型化集成式(shi)氣體傳感器(qi)
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。
目前國際先進智(zhi)能(neng)氣(qi)體(ti)傳感器已能(neng)在一個(ge)小型封裝內集(ji)成(cheng)氣(qi)體(ti)傳感、信(xin)號采集(ji)、信(xin)息處理、校準(zhun)數據存儲、溫(wen)度補償(chang)以及數字(zi)接口等功能(neng)。
劍橋傳感器Cambridge CMOS Sensors(CCS，已被AMS收購)采(cai)用 DFN/LGA 封裝(zhuang)(zhuang)的氣(qi)體(ti)傳感器最大尺寸不(bu)超過 2.7mm×4mm，最大功耗不(bu)超過 10mW。博(bo)世已推(tui)出集(ji)氣(qi)體(ti)、氣(qi)壓、溫(wen)度和濕度傳感器于一體(ti)的 MEMS 環境傳感器。瑞(rui)士 盛 思(si) 銳 采(cai) 用 DFN 封 裝(zhuang)(zhuang) 的 氣(qi) 體(ti) 傳 感 器 尺 寸 達 到(dao)2.45mm×2.45mm×0.75mm。
這些代表性的氣體傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)目前國(guo)內仍沒有廠商(shang)的技術水平能夠達到，在敏(min)(min)感(gan)材料(liao)研(yan)發、敏(min)(min)感(gan)材料(liao)加(jia)載技術、集成信(xin)號調理采集技術、多傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)數據融合(he)技術、智能氣體傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi) SIP 封裝工(gong)藝、海(hai)量傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)批量校準技術等(deng)方(fang)面，存在較(jiao)大差距，亟待提(ti)升。
8、紅(hong)外陣列傳感器
紅外傳(chuan)感器(qi)(qi)市場需求廣，在國內傳(chuan)感器(qi)(qi)中是起步相對較早的領(ling)域(yu)，目(mu)前國內有高德紅外，睿創微納、大立科技、颯特紅外等(deng)中大型紅外傳(chuan)感器(qi)(qi)和熱像儀企業。但在紅外陣列式傳(chuan)感器(qi)(qi)這(zhe)一(yi)細分領(ling)域(yu)，與國外先進水平仍有較大差距。
紅(hong)外(wai)(wai)陣列(lie)傳(chuan)感器是指在(zai)同(tong)一芯片上集成了80×60至240×180個(ge)敏感單元的紅(hong)外(wai)(wai)傳(chuan)感器，可接收并檢測目標物(wu)體(ti)輻射的紅(hong)外(wai)(wai)能量，經光(guang)電轉換(huan)后輸出與(yu)目標物(wu)體(ti)的溫度分布及紅(hong)外(wai)(wai)輻射強度相(xiang)關(guan)的電信號。
紅(hong)外陣列(lie)式傳(chuan)(chuan)感器(qi)相比目前日常廣(guang)泛應(ying)用的單元紅(hong)外傳(chuan)(chuan)感器(qi)具有精(jing)度(du)高、檢測范圍寬、能(neng)輸出可觀察的圖像信號等(deng)優點(dian)，在工(gong)業檢測、家庭安防、智能(neng)家居(ju)、節能(neng)控制(zhi)、醫療(liao)看護(hu)、流量計(ji)數、氣(qi)體檢測、火災監控、消費電子等(deng)領(ling)域有著廣(guang)闊的應(ying)用場景(jing)，將取代(dai)單元紅(hong)外傳(chuan)(chuan)感器(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。
紅外陣列式傳感器的技(ji)術被 ULIS，FLIR等歐美廠商(shang)壟斷，國內廠商(shang)在晶(jing)圓級封裝技(ji)術、信號處理專用芯片技(ji)術等方面有較大差距。
9、傳感器網絡技術(shu)
許多(duo)(duo)(duo)場景(jing)下，需要獲取多(duo)(duo)(duo)個參量數據(ju)對測控(kong)的設備(bei)、環境(jing)進(jin)行判斷(duan)，這樣單個傳感(gan)器遠(yuan)遠(yuan)無(wu)法達到需求。而(er)在多(duo)(duo)(duo)傳感(gan)器應用(yong)下，使用(yong)有線或者無(wu)線等網(wang)絡技(ji)術對傳感(gan)器進(jin)行集成，將是關鍵。
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(qi)車(che)應用中，傳(chuan)統(tong)上使(shi)用有線(xian)(xian)線(xian)(xian)束進行數據(ju)傳(chuan)輸(shu)，總(zong)長度(du)一般有近2公(gong)里(li)，最多達5公(gong)里(li)。而在(zai)特斯拉上使(shi)用了車(che)載以太網芯片(pian)技術進行傳(chuan)感(gan)器信(xin)號的傳(chuan)輸(shu)，有效較少了線(xian)(xian)束長度(du)。
傳感器網絡技(ji)(ji)術主(zhu)要存在網絡協議技(ji)(ji)術、功耗(hao)技(ji)(ji)術、無(wu)線(xian)射頻技(ji)(ji)術等難點。
10、傳感(gan)器(qi)智能處理(li)算法
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(le)使傳(chuan)感(gan)器(qi)滿足具(ju)體行業應用要(yao)(yao)求，需(xu)要(yao)(yao)開發(fa)新傳(chuan)感(gan)器(qi)智能算法(fa)，通過數(shu)據融合技術，將多參(can)量數(shu)據進(jin)行綜合處理(li)。為了(le)使傳(chuan)感(gan)器(qi)功耗(hao)更低，還(huan)需(xu)要(yao)(yao)研(yan)究(jiu)開發(fa)智能控制算法(fa)、傳(chuan)感(gan)器(qi)休眠算法(fa)、時間同步(bu)算法(fa)等。
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(cheng)式智能傳感器(qi)和微系(xi)統模(mo)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。
這是(shi)一個難(nan)得的機(ji)遇，我國(guo)需要把握住(zhu)，推動(dong)基于 SESUB（半導體(ti)基板埋
入）和(he) SiP（系統級封裝）工藝的(de)集成式智能傳感器和(he)微(wei)系統模(mo)組的(de)研發和(he)產(chan)業化。
此外，研發跨環境和聲(sheng)學類(lei)、慣性類(lei)等集成式智能(neng)傳(chuan)感器(qi)以(yi)及手(shou)機、手(shou)表、手(shou)環、無(wu)線耳機、AR/VR 以(yi)及 IoT、IPM（智能(neng)功率(lv)模塊）、TPMS 胎壓(ya)監測等消費(fei)類(lei)電子(zi)、汽車電子(zi)和智能(neng)家具等應用領域的(de) SiP 模組產品。
結(jie)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。
而文中這11個關鍵傳感器技術，是中國傳感器領(ling)域最亟(ji)需(xu)攻破，未來也(ye)具備廣(guang)闊需(xu)求和(he)應用場(chang)景(jing)的細分領(ling)域，集中研(yan)發力量(liang)單點(dian)突破，解除卡脖(bo)子(zi)牢籠的同時，也(ye)將能帶來豐厚市場(chang)回報。
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