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。
作為我國唯一一家定位于思想理論領域的中央重點新聞網站——光明網，曾經發文《以傳感器為抓手進行“卡脖子”技術突破》，闡述我國傳感器產業的薄弱和突破的重要性。
傳感器雖然體量弱小、默默無聞，卻是現代制造業的基石之一。本文整理了傳感器領域亟需突破的11個卡脖子關鍵技術，突破一個都是中國傳感器行業的巨大進步！
獲取傳感器知識、報告，請點擊藍字查看《傳感器專業知識資料100+，總有一份適合你~》內容，匯聚多篇權威傳感器知識資料，持續更新ing……
獲取更多傳感器行業深度資訊、報告，了解傳感器技術、傳感器與測試技術、物聯網傳感器技術……等傳感器知識，請關注傳感器專家網，查看往期內容。
光明網：以傳感器為抓手進行“卡脖子”技術突破
中美貿易摩擦以來，美國不斷以“芯片”斷供，以及將華為等高科技企業列入出口管制的“實體清單”等行為，使得中國信息產業面臨“卡脖子”的窘境。“十四五”時期，必須充分發揮我國市場優勢和制度優勢，打好關鍵核心技術攻堅戰，突破關鍵核心技術發展瓶頸。
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、工業等領域用途廣泛，技術門檻處于傳感器領域較高水平，國內外各廠商投入力度大，但高端產品研發工作主要集中在高校和科研院所。
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，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，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。
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最初用于汽車安全氣囊，近年來隨著技術發展，市場需求迅猛，將如同計算機技術和微電子技術給人們生活帶來的改變一樣，MEMS技術也將給我們的生活帶來巨大改變。
3、MEMS 微型超聲波傳感器
MEMS 微型超聲波傳感器在消費電子領域有著廣闊的應用場景，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傳感器，MEMS 微型超聲波傳感器是最佳的成熟應用方式。
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 微型超聲波測距傳感器體積不到目前同類產品的 1/10，產品實現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）工藝壓電材料開發等方面有較高技術難點。
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 種應用。而在智能自動駕駛汽車上，這些傳感器的應用將更多、更細致。
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。
精密制造、勘探、電力、儀器設備等工控領域使用的高端磁傳感器同樣被國際傳感器巨頭把控，對我國產業升級和自主化進程埋下巨大隱患。
國內磁傳感器制造領域研發基礎非常薄弱，設備、人才積累有限，產品性能、良品率、成本、生產流程等等方面都亟待優化和提高。
同時，國內市場也應該扶持國內磁傳感器廠商，產業鏈范圍內對自主產品的市場進行培育及推廣。
5、寬溫區硅壓力傳感器芯片
壓力傳感器一直以來都是傳感器領域里面出貨量、使用量最大的類型之一，尤其是寬溫區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，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
智能光纖傳感器主要用于航空發動機，重型燃氣輪機的狀態監測，對發動機工作過程中的壓力、溫度、振動、應變、位移、尾氣成分等參數進行實時測量，為發動機/燃氣輪機的工作狀態，健康狀態，故障分析提供數據支撐。
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，可信號預處理分析，數字化通用接口等諸多優點，因此在重大工程設備上智能光纖傳感器有很大作用。
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。
目前國際先進智能氣體傳感器已能在一個小型封裝內集成氣體傳感、信號采集、信息處理、校準數據存儲、溫度補償以及數字接口等功能。
劍橋傳感器Cambridge CMOS Sensors(CCS，已被AMS收購)采用 DFN/LGA 封裝的氣體傳感器最大尺寸不超過 2.7mm×4mm，最大功耗不超過 10mW。博世已推出集氣體、氣壓、溫度和濕度傳感器于一體的 MEMS 環境傳感器。瑞士 盛 思 銳 采 用 DFN 封 裝 的 氣 體 傳 感 器 尺 寸 達 到2.45mm×2.45mm×0.75mm。
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，亟待提升。
8、紅外陣列傳感器
紅外傳感器市場需求廣，在國內傳感器中是起步相對較早的領域，目前國內有高德紅外，睿創微納、大立科技、颯特紅外等中大型紅外傳感器和熱像儀企業。但在紅外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。
紅外陣列式傳感器相比目前日常廣泛應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點，在工業檢測、家庭安防、智能家居、節能控制、醫療看護、流量計數、氣體檢測、火災監控、消費電子等領域有著廣闊的應用場景，將取代單元紅外傳感器。
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
許多場景下，需要獲取多個參量數據對測控的設備、環境進行判斷，這樣單個傳感器遠遠無法達到需求。而在多傳感器應用下，使用有線或者無線等網絡技術對傳感器進行集成，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。
例如在汽車應用中，傳統上使用有線線束進行數據傳輸，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芯片技術進行傳感器信號的傳輸，有效較少了線束長度。
傳感器網絡技術主要存在網絡協議技術、功耗技術、無線射頻技術等難點。
10、傳感器智能處理算法
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。
為了使傳感器滿足具體行業應用要求，需要開發新傳感器智能算法，通過數據融合技術，將多參量數據進行綜合處理。為了使傳感器功耗更低，還需要研究開發智能控制算法、傳感器休眠算法、時間同步算法等。
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。
這是一個難得的機遇，我國需要把握住，推動基于 SESUB（半導體基板埋
入）和 SiP（系統級封裝）工藝的集成式智能傳感器和微系統模組的研發和產業化。
此外，研發跨環境和聲學類、慣性類等集成式智能傳感器以及手機、手表、手環、無線耳機、AR/VR 以及 IoT、IPM（智能功率模塊）、TPMS 胎壓監測等消費類電子、汽車電子和智能家具等應用領域的 SiP 模組產品。
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。
而文中這11個關鍵傳感器技術，是中國傳感器領域最亟需攻破，未來也具備廣闊需求和應用場景的細分領域，集中研發力量單點突破，解除卡脖子牢籠的同時，也將能帶來豐厚市場回報。
版權聲明: 本文內容來源于網絡，該文觀點僅代表作者本人。本站僅提供信息存儲空間服務，不擁有所有權，不承擔相關法律責任。如發現本站有涉嫌抄襲侵權/違法違規的內容，請聯系我們，一經查實，本站將立刻刪除！
