中国传感器领域，这几大技术急需攻破
中美贸易摩擦以来，尤其是美国在半导体领域发起的制裁，中国电子信息产业被卡，进一步加强了我们进行国产替代的决心。
在美国公布的影响国家安全与经济发展的技术中，传感器技术尤为突出，有6项与其直接相关。传感器作为典型的数据采集功能器件，无疑是电子信息领域的基础与核心。如果没有采集的这些底层数据，整个系统将没有任何活力。
令人担心的是，对于传感器领域的本土化进程，我国还有很长的路要走。在城市公共系统、飞机、汽车、家具、机器人等领域，全世界至少有两万多种传感器，可惜的是我们仅能国产化其中三分之一，并且这些传感器的技术附加值不高。作为人口大国，中国的传感器市场足足有千万亿，进口额也至少有千亿级别。如此大的市场规模，高端的含金量高的大头部分，却被欧美传感器巨头占据。
本文整理了几大传感器领域继续突破的领域，如有任何突破，对中国传感器行业无疑是巨大突破！
1// MEMS 陀螺传感器芯片
2020年，《中国传感器（技术和产业）发展蓝皮书》发布，《蓝皮书》提到，作为消费电子领域的重要芯片—— MEMS 陀螺芯片，进口率达到了80%以上。
*意法半导体的MEMS陀螺仪
作为半导体行业的基础，MEMS陀螺仪在手机、相机、遥控、甚至工业领域均大有作用。不过它技术门槛较高， 欧美日都有一批相关的企业和科研单位在这领域取得突破性进展。国内许多MEMS产线均为近几年才陆续投产，且规模普遍较小，产线产品单一，这也是我国目前高端MEMS传感器芯片市场凄惨境况的一个侧面。因为每种类型的MEMS传感器具有一定的“独立性”，这点区别于芯片的Fabless业务，拥有自己MEMS产线的企业在研发和生产传感器上有天然的优势，而许多国际传感器大厂往往也保留有自己的MEMS产线。
2// MEMS 与 IC 的融合
MEMS 技术用微加工技术将各种产品整合到基于硅的微电子芯片上，虽然与传统的 IC 工艺有许多相似之处，如光刻、薄膜沉积、掺杂、刻蚀、化学机械抛光等，但是有些复杂微结构难以用 IC 工艺实现，须采用微加工技术，如硅的体微加工技术、表面微加工技术等。
*微加工技术
MEMS技术将是未来传感器的主要制造技术，但国内本土MEMS发展面临高端研发人员缺失、产业链尚未形成、企业盈利难等问题，如同三座大山压着国内MEMS产业，卡住了国内MEMS产业的脖子。
3// MEMS 微型超声波传感器
MEMS 微型超声波测距传感器体积十分小（仅为同类产品的十分之一），工艺要求高（需要耐高温贴装工艺），且在微型压电芯片加工工艺、微型装配工艺、工艺压电材料开发等方面有较高技术难点。令人可惜的是，该领域的市场被日本企业村田垄断，国内没有具备设计和量产能力的企业。
*德国研究所的MEMS超声波传感器
与普通传感器一样，MEMS 微型超声波测距传感器通过发射接收超声波，计算得出与物体的距离。但体积非常小，集成优势极大，在手机、智能穿戴等领域应用前景广阔，例如华为、小米等手机厂商近期密集推出的“无边框”手机，为了在窄窄的边框塞入用于息屏功能的感应传感器，MEMS 微型超声波传感器无疑是最佳的解决方案。
4// 高性能磁传感器
在汽车、医疗器械、自动化工业等行业，高性能磁传感器均存在巨大需求，每年全球销售逾数十亿颗，总销售额超过百亿美元。在智能自动驾驶汽车上，这些传感器的身影涵盖电路、踏板、卡扣、传动轴，并在车上的智能系统上有更多应用。
*自动驾驶汽车
虽然国产新能源汽车十分成功，但磁传感器全部被国外巨头把控，严重依赖进口。霍尼韦尔（Honeywell）、村田（MURATA）、精量电子（MEAS） 、罗姆（ROHM）等美日欧厂商长期垄断这一领域。不仅如此，精密制造、电力等工控领域使用的高端磁传感器同样被世界传感器巨头垄断，在未来我们进行产业转型升级，无疑会面对这一阻碍。
5// 硅压力传感器
一般来讲，大部分MEMS压力传感器的敏感元件是硅膜片，按照不同的敏感机理，MEMS压力传感器可以分为电容式压力传感器、压阻式压力传感器以及谐振式压力传感器。目前汽车上的压力传感器有很多：歧管压力测量，用来控制空燃比，控制废弃循环等；大气压测量，用来修正空燃比；气缸内气测量，用来控制爆震；燃油喷射压力测量；充气压力测量，安全气囊系统;轮胎气压，轮胎气压的监控等。
*PMS压力传感器
压力传感器是汽车电子控制系统电子控制系统的重要信息源，由于安装位置的环境温度和印刷电路板(PCB)上的要求放置，传统的压力传感器在汽车应用中可能会发生高温，从而影响附近零部件的工作温度。而MEMS压力传感器克服了原有传感器温度适应性差的缺点，一般能保证0.1%~0.3%F.S.的稳定性。普通轿车一般搭载近百种MEMS压力传感器，而高档轿车的MEMS压力传感器需求更大。
同时，低应力无引线封装、温度补偿、高温专用电路（ASIC）芯片等关键技术，开发测控接口电路，是实现批量化生产并在重大技术装备中应用的关键。
6// 智能光纤传感器
光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，称为被调制的信号光，再利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量。
智能光纤传感器已经成熟应用于发动机中。世界发动机巨头——通用电气，西门子，罗尔斯罗伊斯们，都已经成熟地将智能光纤传感器用于自家发动机产品的状态监测。
*燃油机示例
光纤传感器以其独特的优势，在长距离安防检测、智慧场馆建设中都起到了重要的作用。与以点式、准分布式为主的传统光纤传感器不同的智能分布式光纤传感器，光纤既是传输介质也是传感器，能够实现单模光纤全程特征信息探测并完成入侵事件智能识别。结合物联网的发展，未来的安防系统也将进入融合发展阶段，即形成安防设备集成联动管理平台，从而真正实现智慧安防建设。光纤传感器在各个行业周界安防、不同地区的智慧场馆建设都有着广阔的应用前景，并将成为未来周界安防的主要发展方向。
而我国光纤智能传感器研究起步较晚，且目前相比其他传感器领域，关注度不够，投入的人力物力较少，与国外的研制水平相差较大，用于燃烧室超高温环境的智能光纤传感器领域的差距尤为明显。
7// 小型化集成式气体传感器
和其它传感器一样，气体传感器发展的趋势也是微型化、智能化和多功能化。纳米、薄膜技术等新材料制备技术的成功应用为气体传感器实现新功能提供了条件。利用MEMS技术帮助实现传感器尺寸小型化，进而研究多气体传感器的集成以实现多功能化。而气体传感器与数字电路的集成则将成为实现智能化的必然途径。小型化智能化的气体传感器将成为激活市场的新亮点。
*剑桥传感器CCS
这些代表性的气体传感器目前国内仍没有厂商的技术水平能够达到，在敏感材料研发、敏感材料加载技术、集成信号调理采集技术、多传感器数据融合技术、智能气体传感器 SIP 封装工艺、海量传感器批量校准技术等方面，存在较大差距，仍待提升。
8// 红外阵列传感器
红外传感器是红外线信号检测的核心器件。按照一个芯片上红外敏感单元（像素）的数量，红外传感器可以大致分为单元传感器、阵列传感器、焦平面探测器三大类。目前阵列传感器市场规模突破 10 亿美元，并且保持着高增速。但阵列式传感器这一细分领域，与国外先进水平仍有较大差距。
*红外阵列传感器
红外阵列传感器是指在同一芯片上集成了80×60至320×240个敏感单元的红外传感器。红外阵列传感器是由多个红外敏感单元（像素）在同一个芯片上二维排列构成，每个敏感单元都可以接收并检测目标物体辐射的红外能量，经光电转换后输出与目标物体的温度分布及红外辐射强度相关的电信号。
与传统红外传感器相比，红外阵列式传感器检测精度更高，范围更广，还能输出为图像信号，在工业检测、智能家居、生物医学、气体检测、消费电子等领域大有所用，预计在未来会完全代替单元红外传感器。
可惜的是，红外阵列式传感器的技术被 ULIS，FLIR等欧美厂商垄断，国内厂商在晶圆级封装技术、信号处理专用芯片技术等方面有较大差距。
9// 传感器网络技术
无线传感器网络是由大量无处不在的、有无线通信与计算能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网络系统，能根据环境自主完成指定任务的“智能”系统。它是涉及微传感器与微机械、通信、人工智能等多学科的综合技术，大量传感器通过网络构成分布式、智能化信息处理系统，以协同方式工作，从多种视角、多种感知模式对事件、现象和环境进行观察和分析，获取大量信息。
*万物互联
传统的传感器网络技术方法是通过单个节点，多个数据通道对多个测点数据进行采集数据。而目前可以通过无线方式，对多个智能传感器节点数据进行采集处理，再通过无线网技术对有线方式处理后的节点进行组网，对数据进行二次处理。例如特斯拉就是通过车载信号传输芯片，对传感器进行统一管理，大大减少传统线缆带来的复杂度。
但是，目前国内传感器网络技术主要协议、功耗、射频技术等方面存在短板。
10// 集成式智能传感器和微系统模组
物联网、移动互联和人工智能技术对智能传感器和微系统模组有强烈的需求，全球科技巨头纷纷布局。我国在单体传感器上已经远远落后欧美日等国家，而在集成式智能传感器和微系统模组方面我们和国外处于同一起跑线。
在2018年，智能传感器和微系统的国际市场就达到了一万亿美金。在可以预见的将来，这个市场将持续扩大。为了抓住这个千载难逢的发展机遇，清华大学在2011计划和国家科技部的支持下成立了微纳系统制造与器件协同创新中心，联合其他高校和工业界，共同推动中国智能微传感器和微系统的研发和市场化。
*微系统
MEMS传感器未来发展趋势
传感器是基础技术，也是数字经济时代下最核心技术之一，产品需求量很大。针对当前国际大环境，尤其是美国针对我国高科技产品和技术的定点围堵，一定要注重提升传感器产业链合作水平，整合上下游技术，主动出击、狠下功夫补链、强链，找到传感器等短板弱项的“卡脖子”技术的定点攻关和突破方向。
目前，MEMS技术作为物联网传感器的一个技术热点，不仅是在汽车电子有着越来越广泛的应用，还将在生物医疗、智慧家庭、工业物联网、消费电子等领域有着广阔的市场前景。
钰芯低温型气体生物传感器基于MEMS技术研发设计的集成温湿度传感器，具有微型化、高集成、高可靠等特点。在室温下即可实现对多种气体的浓度检测，可用在环境监测领域，例如：自动驾驶汽车、生物医疗等领域拥有广阔的应用前景和发展空间。
该电极依托硅基微型电极，使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号，并大大提高器件的一致性，便于批量生产。
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