據(jù)不完全統(tǒng)計，全球產(chǎn)品化的傳感器大約有2.6萬種，我國僅能量產(chǎn)其中的1.4萬種。同時，我國消耗了全球約30%的傳感器，而國產(chǎn)傳感器產(chǎn)品只占全球的13%。
在物聯(lián)網(wǎng)時代，智能設備與現(xiàn)實世界之間的互動，主要依賴MEMS和感測器技術。據(jù)Gartner預測，2020年全球?qū)⒂?00億個無線傳感器節(jié)點，到“萬物互聯(lián)”時代傳感器節(jié)點數(shù)量可達到萬億級。雖然，近年來我國大力扶持智能傳感器的發(fā)展，但是市場上暫無大批量新傳感器出現(xiàn)，主要是因為在目前的MEMS工藝基礎上，傳感器從設計到量產(chǎn)需耗費大量的精力，想要加快MEMS傳感器的量產(chǎn)速度，需要業(yè)界找到加速MEMS開發(fā)的方式。在某種程度上，傳感器的量產(chǎn)難度甚至超過造“芯”。

圍繞MEMS工藝和應用來創(chuàng)新

傳感器自誕生以來，大致經(jīng)歷了結(jié)構型、固體型、智能型三個階段，隨著各類技術的進步，前兩類傳感器逐漸無法滿足對數(shù)據(jù)采集、處理等流程的需求，融合了AI技術的智能傳感器開始受到關注。
雖然傳感器并不是新興產(chǎn)品，它早在20世紀50年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于敏感機理、敏感材料不同，使用場景、工作環(huán)境，以及被檢測介質(zhì)與個性化參數(shù)、結(jié)構復雜等特點，一直以來，各種傳感器產(chǎn)品處于小批量生產(chǎn)的狀態(tài)。在過去很長一段時間里，各國的技術人員針對傳感器的工藝技術、產(chǎn)品規(guī)范化、功能集中化等方面做了很多創(chuàng)新和努力，也出現(xiàn)了不同特色的技術成果。
據(jù)資料顯示，在25年以前，美國硅谷的傳感器廠商以MEMS工藝技術為基礎，根據(jù)不同行業(yè)和功能的需求，展開了不同封裝結(jié)構的各種傳感器產(chǎn)品創(chuàng)新。到2011年，這些廠商提高了MEMS工藝技術在晶體與非晶體、各種半導體材料上的應用和多個領域的工藝技術創(chuàng)新，提升了傳感器的產(chǎn)業(yè)化基礎水平；在多功能集成化、模塊化構架、嵌入式能力、網(wǎng)絡化接口等方面形成了創(chuàng)新與突破。美國的傳感器廠商們認為，傳感器產(chǎn)用難以對接的矛盾已經(jīng)得到極大改善，MEMS工藝已經(jīng)成熟，隨后便開始著手推廣使用。
此處說的MEMS可以理解為：將傳統(tǒng)傳感器的機械部件微型化后，通過三維堆疊技術，如三維硅穿孔TSV 等技術，把器件固定在硅晶元上，再根據(jù)不同的應用場合，采用特殊定制的封裝形式，切割組裝而成的硅基傳感器。它既具備IC硅片加工批量化生產(chǎn)的成本優(yōu)勢，又具有微型化和高集成度。因此，業(yè)內(nèi)人士普遍認為，MEMS是替代傳統(tǒng)傳感器的最佳選擇。

國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀如何？

智能傳感器的發(fā)展歷史
從上個世紀開始，我國就已經(jīng)在智能傳感器領域展開探索。20世紀80年代，以國防科技大學為主的大專院校相繼報道了智能傳感器相關的研究成果；20世紀90年代初，國內(nèi)幾家研究機構采用混合集成技術研制出實用的智能傳感器；到2010年，我國機械工業(yè)儀器儀表綜合技術經(jīng)濟研究所（ITEI）初步建立起智能傳感器系統(tǒng)標準體系架構。此后，伴隨物聯(lián)網(wǎng)和智能制造的興起，智能傳感器得到了廣泛地關注。近年來，我國政府對智能傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展加大扶持力度，到現(xiàn)在行業(yè)現(xiàn)狀如何？
對此，美新半導體副總裁盧牮解釋說，在各級政府積極引導、國產(chǎn)替代大力支持下，中國智能傳感器產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步形成了從晶圓生產(chǎn)、制造到傳感器設計與封測的完整鏈條，并涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的國產(chǎn)企業(yè)。如今，國產(chǎn)傳感器已經(jīng)能基本滿足中低端應用的需求。不過在高端傳感器產(chǎn)品上，能夠與國際廠商競爭的國內(nèi)廠商還不多?！皣a(chǎn)智能傳感器在材料、性能和結(jié)構的創(chuàng)新突破上還存在提升空間?！眾W比中光副總裁孔博用一句話來概括。
《國際電子商情》找到三組數(shù)據(jù)：一、中國信通院數(shù)據(jù)顯示，2015年智能傳感器以70%的市占率，取代傳統(tǒng)傳感器成為中國主流傳感器產(chǎn)品；二、據(jù)不完全統(tǒng)計，全球產(chǎn)品化的傳感器大約有2.6萬種，我國僅能量產(chǎn)其中的1.4萬種；三、中國傳感器與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，我國消耗了全球約30%的傳感器產(chǎn)品，但國產(chǎn)傳感器產(chǎn)品只占全球的13%。上述這些數(shù)據(jù)在一定程度上佐證了受訪者對我國傳感器產(chǎn)業(yè)鏈的“相對落后”的表述。
不過，值得肯定的是，在個別細分領域，國內(nèi)傳感器廠商已經(jīng)在積極追趕，在某些技術上甚至已經(jīng)開始領先。比如，瑞聲科技、歌爾聲學的聲敏傳感器實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)；中國在溫/濕度傳感器上具備規(guī)?；慨a(chǎn)能力；奧比中光是亞洲首家、全球第四家量產(chǎn)消費級3D 傳感器的廠商；美新半導體推出了全球獨家熱式加速度計、最小尺寸的磁傳感器等等。
當前，國內(nèi)有近5000家儀器儀表企業(yè)，有1600多家可不同程度地生產(chǎn)制造敏感元件及傳感器，其中小微企業(yè)占了95%以上，這些廠商缺乏足夠的人力、物力、工藝技術條件，導致我國傳感器產(chǎn)業(yè)化基礎薄弱，缺乏應用開發(fā)和技術創(chuàng)新能力?；谝陨蠁栴}，業(yè)內(nèi)人士給出的解決方案是：通過在經(jīng)濟、技術優(yōu)勢和發(fā)達地區(qū)，聚集傳感器專業(yè)性公司和科研院所，組成具有國際市場影響力的產(chǎn)業(yè)集群或基地，來實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化集群式發(fā)展。

MEMS傳感器的量產(chǎn)瓶頸

近年來，很多集成電路企業(yè)嘗試把集成電路工藝流程帶入MEMS傳感器領域。但MEMS傳感器涉及多學科的交叉與融合，它暫無固定成型的標準化的生產(chǎn)工藝流程，每一款MEMS都針對下游特定的應用場合，具備有獨特的設計和對應的封裝形式，這些形式往往千差萬別，造成整個商業(yè)化流程可能需要5-10年。與此同時，MEMS傳感器的商業(yè)模式仍需考慮多種因素，比如了解客戶的特點，找到合適的供應鏈等等。
另外，一些品類的MEMS傳感器因缺乏規(guī)模經(jīng)濟，在產(chǎn)量提升方面也面臨較大的困難。如果其需求量達不到一定的指標，對企業(yè)而言新增完全一樣的產(chǎn)線性價比并不高。物聯(lián)網(wǎng)時代的特點是，根據(jù)設備使用環(huán)境的差異性，來配備不同的MEMS傳感器?，F(xiàn)有的MEMS制造技術，只能滿足大體量的傳感器的需求。這意味著，物聯(lián)網(wǎng)時代數(shù)萬億節(jié)點的實現(xiàn)并不容易。
現(xiàn)有MEMS技術基礎上，傳感器廠商的創(chuàng)新面臨著許多困難，比如傳感器的應用場景分散，不易形成規(guī)模效應，研發(fā)周期和產(chǎn)業(yè)化周期較長，發(fā)展速度很慢等。為了避免這類問題的出現(xiàn)，盧牮認為企業(yè)在產(chǎn)品正式投入研發(fā)前，就要做好充分的前期市場預研和項目立項，從市場前景、技術專利、市場競爭、政策到客戶調(diào)研等方位提供產(chǎn)品立項決策參考。在研發(fā)和生產(chǎn)過程中，實施科學地項目管理、質(zhì)量控制，依靠一流的供應鏈體系支撐，來確保按時按質(zhì)投產(chǎn)交付。
對使用量大的傳感器品類而言，勢必有更大的動能來推動廠商的投入。近年來，手機和汽車對智能化的追求提升了相關傳感器的需求。2014年，平均每一臺智能手機需要消耗12顆MEMS傳感器，到2021年，每一臺5G手機則要消耗20顆MEMS傳感器。博世統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)在平均一輛智能汽車使用50顆以上的MEMS傳感器，其中加速計、壓力傳感器、陀螺儀的應用合計占比超過95%。
據(jù)Yole Développement預測，2023年移動細分市場將為傳感器和執(zhí)行器創(chuàng)造530億美元的價值，汽車市場將為傳感器創(chuàng)造205億美元的價值?！秶H電子商情》相信在這兩大市場應用得最多的壓力傳感器、加速度傳感器、圖像傳感器、距離傳感器、流量傳感器等都會有更大的發(fā)展空間。

傳感器企業(yè)要做哪些準備？

今年以來，中國加速了“新基建”建設，給傳感器的技術水平、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的提升以及應用環(huán)境的拓展提供了較大的機遇。但也帶來了更嚴格的功能和性能方面的要求，產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)需要投入更大的精力來發(fā)展自身。此外，又因為傳感器是信息輸入的“窗口”，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算乃至智慧城市的各種技術，都依賴其提供的基礎功能。這也代表著，未來傳感器的市場蛋糕將非常大。針對傳感器行業(yè)的各種利好，產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)要做好哪些規(guī)劃？
孔博贊同“新基建”帶來機遇的說法，他以3D感知領域為例：“3D感知技術行業(yè)正在迎來高速發(fā)展期，只有產(chǎn)品性能得到優(yōu)化，應用才有落地的可能性，用戶的體驗才能得到改善，進而才會激發(fā)市場需求形成良性循環(huán)。同時，3D傳感器的功耗、體積、測量范圍、精度、分辨率等都關鍵的指標，這也是奧比中光接下來持續(xù)技術攻關和研發(fā)創(chuàng)新的重點?！?br /> 他也表示，隨著人工智能的發(fā)展和5G的普及，機器視覺全面3D化將成為趨勢，3D視覺傳感器會成為智能終端的標配。而3D視覺感知技術是一個高精尖的跨學科領域，涉及光學、視覺、算法軟件、硬件等領域，其技術跨度大、難度高。該技術的突破離不開產(chǎn)業(yè)鏈的更新升級，所以它的研發(fā)周期會很長，為同步推動技術進步和產(chǎn)業(yè)化落地，需要充分尊重產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，積極搶灘行業(yè)應用的“無人區(qū)”。
再則，5G加速數(shù)據(jù)傳輸、降低延遲，使得高精度的3D模型能夠?qū)崟r生成，3D感知技術可應用在更多智能產(chǎn)品中。不同場景的應用落地的周期也不同，有的或在3-5年內(nèi)就能實現(xiàn)，有的要耗費10-15年時間
盧牮則表示，傳感器的發(fā)展離不開深厚的技術積累和對市場的長期敏感。為了滿足客戶市場不斷增長的需求，美新半導體將針對新技術堅持做研發(fā)儲備，計劃以加速度計、AMR磁傳感器和霍爾磁傳感器為切入點，全方位擴展陀螺儀、角度傳感器，紅外傳感器等產(chǎn)品線。具體通過自研或并購，逐漸衍生至集成電路相關技術領域。
據(jù)介紹，美新半導體已經(jīng)基于MEMS技術研發(fā)了30多種型號的加速度傳感器、磁傳感器等產(chǎn)品，截止到去年年底，其這些產(chǎn)品的出貨量累計超過17億顆。到2020年，美新半導體還取得了mCube慣性傳感器芯片技術的獨家授權，正式擁有了基于6億片量產(chǎn)經(jīng)驗、成熟的電容式加速度計技術。
無論是奧比中光，還是美新半導體，這些企業(yè)都是先在自己擅長的領域做深，再拓展到其他的相關的領域。這樣經(jīng)過“點-線-面”的逐漸滲透，最終將能實現(xiàn)更大范圍的領先。希望在中國傳感器市場能看到更多這類企業(yè)。

小結(jié)：

即使傳感器只是一個小小的器件，它在萬物互聯(lián)時代的重要意義也無法忽略。誰能在MEMS工藝、傳感技術上更早取得進展，誰就能在未來的競爭中搶占先機。海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，帶來極其龐大的傳感器節(jié)點，中國傳感器廠商在其中會有怎樣的發(fā)展？至少從細分市場的表現(xiàn)來看，我們的企業(yè)在某些領域已經(jīng)領先，期待未來能看到更多國產(chǎn)傳感器品牌崛起。

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