在 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）各種場(chǎng)景中，傳感器無(wú)處不在，是物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的一部分。

在廣義的認(rèn)知里，傳感器是一種能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求的檢測(cè)裝置。

傳感器好比人的眼耳口鼻，但又不僅僅只是人的感官那么簡(jiǎn)單，它甚至能夠采集到更多的有用信息。既然如此，就可說(shuō)這些傳感器是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，正是因?yàn)橛辛藗鞲衅鳎锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)才有內(nèi)容傳遞給“大腦”。

在過(guò)去，傳感器更多應(yīng)用于工業(yè)。但是隨著時(shí)間推移，它已經(jīng)慢慢走入我們的生活。

那么，傳感器與物聯(lián)網(wǎng)之間有什么關(guān)系呢？國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀如何？哪些方面被卡脖子？未來(lái)的突圍方向是什么？



傳感器是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基石

隨著工信部在6月6號(hào)發(fā)放5G正式商用牌照，5G的到來(lái)似乎將物聯(lián)網(wǎng)推到了一個(gè)風(fēng)口處，而物聯(lián)網(wǎng)的小翅膀是什么呢，或許不同的人有不同的答案，而傳感器無(wú)疑是其中一個(gè)重要的選項(xiàng)。

物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)

從物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)圖中可以看到物聯(lián)網(wǎng)主要是由：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、支撐層和應(yīng)用層四部分構(gòu)成。有句俗話說(shuō)得好：下層基礎(chǔ)決定上層建筑。傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的重要組成部分之一，作為整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，其重要性是不言而喻的。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的海量數(shù)據(jù)信息來(lái)源于終端設(shè)備，而終端設(shè)備數(shù)據(jù)來(lái)源可歸根于傳感器，傳感器賦予了萬(wàn)物“感官”功能，如人類依靠視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)感知周圍環(huán)境，同樣物體通過(guò)各種傳感器也能感知周圍環(huán)境。且比人類感知更準(zhǔn)確、感知范圍更廣。例如人類無(wú)法通過(guò)觸覺(jué)準(zhǔn)確感知某物體具體溫度值，也無(wú)法感知上千高溫，也不能辨別細(xì)微的溫度變化，但傳感器可以。可以說(shuō)傳感器就是“萬(wàn)物互聯(lián)”時(shí)代物體與物體之間交流的“語(yǔ)言”。


傳感器在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中的作用

物聯(lián)網(wǎng)是將各種信息傳感設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，它是互聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)，也是信息化時(shí)代的核心。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要智能感知、識(shí)別和通訊等技術(shù)支撐，而感知的關(guān)鍵就是傳感器及相關(guān)技術(shù)，可以毫不夸張的說(shuō)，沒(méi)有傳感器的進(jìn)步，就沒(méi)有物聯(lián)網(wǎng)的繁榮。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，傳感器產(chǎn)業(yè)也將迎來(lái)爆發(fā)，傳感器是物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)的關(guān)鍵組件，扮演著不可或缺的角色。

隨著全球開(kāi)始步入高速發(fā)展的信息時(shí)代，在獲取和處理信息過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取可靠并準(zhǔn)確的信息，而傳感器是獲取信息的主要手段和途徑。例如在工業(yè)4.0時(shí)代，要用傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的參數(shù)，使設(shè)備保持正常的工作狀態(tài)；在智能家居領(lǐng)域，傳感器是實(shí)現(xiàn)用戶和家居單品（燈光、電視、冰箱、音響等）互動(dòng)的基礎(chǔ)；在無(wú)人駕駛中，需要通過(guò)傳感器對(duì)交通和環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和處理，這樣才能保證汽車在道路上的安全行駛……可以毫不夸張的說(shuō)，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)有多大的市場(chǎng)，傳感器就能有多大的作為。

隨著物聯(lián)網(wǎng)需求的增加，目前國(guó)內(nèi)傳感器呈現(xiàn)一種高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 預(yù)計(jì)到2021年將增至5937億元，未來(lái)五年中國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)年均復(fù)合增長(zhǎng)率約30%，遠(yuǎn)高于全球平均水平。



智能傳感器的迭代、作用和體量

“IC與MEMS的集成與融合，是傳感技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路，特別是高檔傳感器、智能傳感器。”中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)傳感器分會(huì)名譽(yù)理事長(zhǎng)、沈陽(yáng)儀表科學(xué)院原院長(zhǎng)徐開(kāi)先表示。

在全球信息技術(shù)跨界融合加速，萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，智能傳感器作為與外界環(huán)境交互的重要手段和感知信息的主要來(lái)源，被視為決定未來(lái)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心與基礎(chǔ)之一。

傳感器技術(shù)歷經(jīng)了多年的發(fā)展，大體可分為三代：

第一代是結(jié)構(gòu)型傳感器，利用結(jié)構(gòu)參量變化來(lái)感受和轉(zhuǎn)化信號(hào);

第二代是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的固體型傳感器，這種傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成;

第三代傳感器是智能型傳感器。

智能傳感器具有信息采集、信息處理、信息交換、信息存儲(chǔ)功能的多元件集成電路，是集傳感芯片、通信芯片、微處理器、驅(qū)動(dòng)程序、軟件算法等于一體的系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品。

智能感知時(shí)代，智能傳感器扮演越來(lái)越重要的角色。2019年全球智能傳感器市場(chǎng)的規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了347.6億美元，受全球市場(chǎng)不斷上漲的需求刺激，專家預(yù)測(cè)到2025年全球智能傳感器市場(chǎng)規(guī)模有望超過(guò)900億美元。

物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能應(yīng)用的興起，推動(dòng)傳感技術(shù)由單點(diǎn)突破向系統(tǒng)化、體系化的協(xié)同創(chuàng)新轉(zhuǎn)變，大平臺(tái)、大生態(tài)主導(dǎo)核心技術(shù)走向態(tài)勢(shì)明顯，并成為發(fā)達(dá)國(guó)家和跨國(guó)企業(yè)布局的戰(zhàn)略高地。

對(duì)此，我國(guó)也不甘落后早在2018年就做出了規(guī)劃，明確指出要在2020年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模300億的目標(biāo)，進(jìn)一步鞏固了智能傳感器在我國(guó)科技領(lǐng)域的重要位置。

目前智能傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域主要有消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)電子和醫(yī)療電子四大領(lǐng)域。

在政策和市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)智能傳感器產(chǎn)業(yè)生態(tài)趨于完備。設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)等重點(diǎn)環(huán)節(jié)均有骨干企業(yè)布局。國(guó)內(nèi)智能傳感器技術(shù)研發(fā)已經(jīng)初步開(kāi)展，同時(shí)一些科研機(jī)構(gòu)已建立起智能傳感器中試服務(wù)平臺(tái)，助推我國(guó)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。與此同時(shí)，核心技術(shù)缺失、產(chǎn)品有效供給不足、技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)、科研生產(chǎn)與應(yīng)用不協(xié)同等問(wèn)題仍然有待突破。



物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代對(duì)傳感器的發(fā)展要求

從19世紀(jì)60年代誕生至今，傳感器的歷史已經(jīng)有150余年了，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，手機(jī)的普及促進(jìn)了傳感器的極大發(fā)展，但也決定了很多類型的傳感器是專為手機(jī)而設(shè)計(jì)的。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的“物”在對(duì)傳感和連接的需求上與手機(jī)有很大的差別，所以也對(duì)傳感技術(shù)提出了更多、更高的要求。總結(jié)來(lái)說(shuō)，傳感器在朝著高精度、小型化、低功耗、智能化等方向進(jìn)化。


1、高精度、高質(zhì)量

如果傳感器收集的數(shù)據(jù)信息出錯(cuò)，那么相當(dāng)于從源頭上出錯(cuò)，后面一切數(shù)據(jù)的傳輸、分析、應(yīng)用也就沒(méi)了意義，所以傳感器的精度和質(zhì)量是保障物聯(lián)網(wǎng)愿景的一道重要基線。想象一下，如果一輛智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器的精度和質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，這就意味著在意外情況發(fā)生的那幾毫秒內(nèi)系統(tǒng)無(wú)法做出正確決策，從而嚴(yán)重威脅駕駛員的安全。


2、小型化

隨著以智能手機(jī)為中心的移動(dòng)設(shè)備向多功能、高性能化發(fā)展，要求電路板內(nèi)的部件數(shù)量更多、體積更小。因此，傳感器正在逐漸采用集成化技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高性能化和小型化。集成溫度傳感器、集成壓力傳感器等早已被廣泛使用，今后將有更多集成傳感器被開(kāi)發(fā)出來(lái)。


3、低功耗

手機(jī)上的微博、微信、視頻、游戲，都是電量消耗的大戶，我們也早已習(xí)慣了每天充電、出遠(yuǎn)門充電寶不離身的日子，但你能想象假如煙霧報(bào)警器、智能攝像頭等互聯(lián)設(shè)備也需要天天調(diào)換電池會(huì)是怎樣一種蹩腳的情景嗎？和手機(jī)不同，很多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備地處人們不常接觸的區(qū)域，所以對(duì)功耗有極致的要求，從而決定了傳感器的功耗也要很低，否則運(yùn)營(yíng)成本太高。


4、智能化

隨著互聯(lián)設(shè)備的激增，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆 炸式增長(zhǎng)，中心化的云端已經(jīng)“不堪重負(fù)”，更重要的是，對(duì)于智能制造或智慧交通等應(yīng)用場(chǎng)景，云端分析的延遲會(huì)使數(shù)據(jù)價(jià)值呈現(xiàn)“斷崖式”下跌，于是，邊緣智能開(kāi)始興起。

傳感器是很好的邊緣節(jié)點(diǎn)，用嵌入式技術(shù)將傳感器與微處理器集成為一體，使其成為具有環(huán)境感知、數(shù)據(jù)處理、智能控制與數(shù)據(jù)通信功能的智能數(shù)據(jù)終端設(shè)備，這就是所謂的智能傳感器。這種傳感器具有自學(xué)習(xí)、自診斷和自補(bǔ)償能力、復(fù)合感知能力以及靈活的通信能力。這樣，傳感器在感知物理世界的時(shí)候反饋給物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)就會(huì)更準(zhǔn)確，更全面，達(dá)到精確感知的目的。



五大領(lǐng)域?qū)χ悄軅鞲衅鞯男枨蟊q

智能傳感器具有高精度、成本低、功能多樣化、自動(dòng)化強(qiáng)等特點(diǎn)，它是一種具有信息處理功能的傳感器，是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。在很多物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的傳感器都具有智能傳感器得特點(diǎn)，未來(lái)得物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，智能傳感器將是市場(chǎng)主流。

未來(lái)最有前景的幾大物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中，智能工業(yè)、智能家居、智慧醫(yī)療、智能汽車、智能農(nóng)業(yè)等是未來(lái)最有可能普及的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。


1、智能工業(yè)傳感器是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的基礎(chǔ)

眾所周知，工業(yè)4.0已經(jīng)成為國(guó)家戰(zhàn)略的一部分，智能制造是國(guó)家工業(yè)變革的關(guān)鍵，智能工業(yè)傳感器在制造中的角色越來(lái)越重要。工業(yè)傳感器的特點(diǎn)是性能指標(biāo)和精度要求高，不允許數(shù)據(jù)采集和處理的失誤。不同于傳統(tǒng)工業(yè)的傳感器，智能工業(yè)傳感器將用于智能制造，它在精度、穩(wěn)定性、抗沖擊性方面提出了更為苛刻的要求。

未來(lái)，基于工業(yè)4.0的智能工業(yè)傳感器需求將大幅增加，而這也是工業(yè)傳感器廠商面臨的最大機(jī)遇點(diǎn)。


2、智能家居給這些傳感器帶來(lái)了增長(zhǎng)空間

智能家居的一大特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)對(duì)家居用品的控制，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來(lái)越多的傳感器將用于家電中，如洗衣機(jī)、電視、冰箱、燈光、空調(diào)、油煙機(jī)等，原來(lái)沒(méi)有傳感器的產(chǎn)品都將因智能家居的普及而成為傳感器主戰(zhàn)場(chǎng)。

傳感器將是智能家居產(chǎn)品的標(biāo)配，例如壓力傳感器可用于洗衣機(jī)中對(duì)泡沫量的監(jiān)控；光電傳感器用于燈泡實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的控制；電磁傳感器用在洗碗機(jī)里面可實(shí)現(xiàn)噴水臂的移動(dòng)等，還有流量傳感器、智能氣體傳感器等均大有用途。


3、智慧醫(yī)療需要各式各樣的智能傳感器

智慧醫(yī)療是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)患者和醫(yī)務(wù)人員及醫(yī)療設(shè)備之間的互動(dòng)，其工作的核心部分是對(duì)患者的信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、傳輸和處理。在進(jìn)行圖像傳輸以及海量數(shù)據(jù)計(jì)算處理的過(guò)程中，需要各中各有具有智能處理功能的傳感器，如用于測(cè)量病人血壓的MEMS壓力傳感器，用于研究睡眠窒息的熱電傳感器，用于監(jiān)控和測(cè)量體表體溫的溫度傳感器等。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線醫(yī)療傳感器逐漸向智能化、微型化、低功耗等方向發(fā)展，傳感器在智慧醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣泛。據(jù)外媒報(bào)道，科學(xué)家研究了一種新型傳感器，可用于診斷眼外傷，它根據(jù)測(cè)定人類眼淚所含維C濃度的高低，判斷眼外傷的嚴(yán)重情況。最近科學(xué)家又研究了一款僅有膠囊大小的可吞服心率傳感器，病人吞服后可測(cè)量其生命體征等數(shù)據(jù)并將信息傳輸?shù)浇邮掌髦校┽t(yī)生遠(yuǎn)程監(jiān)控。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用于智慧醫(yī)療的傳感器種類將越來(lái)越多，但它們的一大共性是具備智能傳感器的特點(diǎn)。


4、智能傳感器助力汽車的智能化

雖然國(guó)內(nèi)的很多汽車實(shí)現(xiàn)了一些基本的聯(lián)網(wǎng)功能，但并不是真正的智能汽車。隨著AI和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能汽車會(huì)成為未來(lái)的主流。智能汽車是一個(gè)集環(huán)境感知、多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它的一大特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制，而控制與操作的關(guān)鍵離不開(kāi)智能傳感器，智能汽車的普及將帶來(lái)智能傳感器的增加。

在智能汽車?yán)锩妫磥?lái)應(yīng)用最多的幾大智能傳感器將是空氣流量傳感器、里程表傳感器、機(jī)油感應(yīng)傳感器、剎車壓力傳感器、位置傳感器和碰撞傳感器等。


5、智能農(nóng)業(yè)傳感器市場(chǎng)前景廣闊

智能農(nóng)業(yè)是我國(guó)建設(shè)成為農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)的關(guān)鍵，在未來(lái)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，需要很多類型的物聯(lián)網(wǎng)傳感器和相關(guān)技術(shù)。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的組成包括智能水質(zhì)傳感器、無(wú)線傳感網(wǎng)、無(wú)線通信等，它們一起組成完整的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，傳感器是實(shí)現(xiàn)這些的第一步。

物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)是以信息化技術(shù)為基礎(chǔ)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)傳感器收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行量化分析和智能決策，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境非常復(fù)雜，不同的場(chǎng)景需要的傳感器不一樣，如空氣溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等，這些數(shù)據(jù)的采集都需要使用相對(duì)應(yīng)的智能農(nóng)業(yè)傳感器。

傳感器在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。人類社會(huì)對(duì)傳感器提出的越來(lái)越高的需求是傳感器技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，而現(xiàn)代技術(shù)突飛猛進(jìn)則為其發(fā)展提供了堅(jiān)強(qiáng)的后盾。

在物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略下，傳感器國(guó)產(chǎn)化需求迫切，傳感器行業(yè)的國(guó)內(nèi)領(lǐng)先者更受政府扶持；作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵，傳感器成為整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢(shì)環(huán)節(jié)，也代表了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。


國(guó)內(nèi)短板：高精度傳感器

但由于起步較晚，我國(guó)智能傳感器產(chǎn)業(yè)目前仍面臨產(chǎn)品有效供給不足、技術(shù)創(chuàng)新能力不強(qiáng)、科研生產(chǎn)與應(yīng)用不協(xié)同等問(wèn)題，由此帶來(lái)的產(chǎn)業(yè)安全、信息安全挑戰(zhàn)不容忽視。

長(zhǎng)期以來(lái)，在傳感器的關(guān)鍵行業(yè)，關(guān)鍵技術(shù)，高附加值應(yīng)用上，國(guó)際品牌還處于壟斷地位。

“由于傳感器門類眾多，技術(shù)門檻不一，我國(guó)在常規(guī)的傳感器方面有所布局，但高精度的傳感器是短板。”河南師范大學(xué)從事物聯(lián)網(wǎng)研究的教授袁培燕表示。

高檔傳感器產(chǎn)品幾乎100%從國(guó)外進(jìn)口，90%芯片從國(guó)外進(jìn)口許多產(chǎn)品是“有品無(wú)芯”。工業(yè)自動(dòng)化用高檔變送器用傳感器，如EJA儀表中核心部件傳感器，年銷售35萬(wàn)臺(tái)左右，全部由國(guó)外或國(guó)外在國(guó)內(nèi)的獨(dú)資企業(yè)生產(chǎn)。

汽車傳感器幾乎被國(guó)外壟斷，某些特種用途和特殊量程的傳感器，如航天、航空、航海專用傳感器，國(guó)內(nèi)基本不能生產(chǎn)。高端智能裝備領(lǐng)域光纖傳感器技術(shù)及產(chǎn)品與國(guó)外相比尚有較大差距。

在氣體傳感器領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)企業(yè)的氣體傳感器技術(shù)整體研發(fā)水平大幅落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)內(nèi)對(duì)氣體傳感器的研究主要體現(xiàn)在低端的半導(dǎo)體傳感器和催化燃燒傳感器方面。在高端的紅外及電化學(xué)傳感器的研究較少，沒(méi)有成熟的應(yīng)用技術(shù)，高端紅外及電化學(xué)高端氣體傳感器及檢測(cè)儀器儀表依賴進(jìn)口。即使在低端的半導(dǎo)體和催化燃燒氣體傳感器方面，在產(chǎn)品的精度、穩(wěn)定性和工藝方面相對(duì)于國(guó)外先進(jìn)技術(shù)仍有較大差距。

溫度傳感器方面，對(duì)NTC熱敏電阻器，國(guó)內(nèi)企業(yè)實(shí)力嚴(yán)重不足，90%的市場(chǎng)份額被外資占領(lǐng)。極高溫、耐輻射、耐高壓的溫度傳感器尚不能批產(chǎn)。環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器領(lǐng)域空白多，產(chǎn)品少，細(xì)顆粒物沒(méi)有能力監(jiān)測(cè)。



脖子卡在哪？

談及我國(guó)傳感器落后的原因，多位專家均表示：技術(shù)、工藝以及材料等多種因素使然。創(chuàng)新能力弱;關(guān)鍵技術(shù)尚未突破;產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，品種少、系列不全;企業(yè)能力弱。

“傳感器涉及到研發(fā)、設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。”博立信科技總裁吳云橋表示，“我國(guó)在材料、制程以及工藝等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域缺乏積累，所以這是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。”

首先，關(guān)鍵技術(shù)尚未突破是主要制約因素。

目前我國(guó)傳感器共性關(guān)鍵技術(shù)尚未突破。在設(shè)計(jì)技術(shù)方面，傳感器的設(shè)計(jì)技術(shù)涉及多種學(xué)科、多種理論、多種材料、多種工藝及現(xiàn)場(chǎng)使用條件;設(shè)計(jì)軟件價(jià)格昂貴、設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜、考慮因子眾多;設(shè)計(jì)人才匱乏，設(shè)計(jì)人員不僅需了解通用設(shè)計(jì)程序和方法，還需熟悉器件制備工藝，了解器件現(xiàn)場(chǎng)使用條件。可以說(shuō)國(guó)內(nèi)尚無(wú)一套有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的，真正好用的傳感器設(shè)計(jì)軟件。

在可靠性技術(shù)方面，國(guó)產(chǎn)傳感器可靠性不高是影響國(guó)產(chǎn)傳感器大量應(yīng)用的主要原因之一。據(jù)了解電力部門采用國(guó)外傳感器產(chǎn)品三年不需檢修，采用國(guó)內(nèi)產(chǎn)品每季度檢修一次，石化部門，重要生產(chǎn)線幾乎全部采用國(guó)外傳感器，而不敢使用國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。通常國(guó)產(chǎn)傳感器可靠性指標(biāo)比國(guó)外同類產(chǎn)品低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

在封裝技術(shù)方面，傳感器的封裝結(jié)構(gòu)和封裝材料，影響傳感器的遲滯、時(shí)間常數(shù)、靈敏限，使用壽命等性能。從制造成本看，傳感器的封裝成本通常為總成本的30%～70%。國(guó)內(nèi)對(duì)傳感器的封裝技術(shù)尚未形成系列、標(biāo)準(zhǔn)，也無(wú)統(tǒng)一接口，因而傳感器的外型千差萬(wàn)別，很不利于用戶選用和產(chǎn)品互換。

其次，產(chǎn)業(yè)化能力不足也是制約因素。

目前國(guó)內(nèi)高精度、高可靠傳感器研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化能力嚴(yán)重滯后于需求，技術(shù)水平相比國(guó)外還有較大差距，產(chǎn)品一致性、可靠性水平比國(guó)外低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，產(chǎn)品的品種和系列大約是國(guó)外的30%～40%，產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化程度不足15%。導(dǎo)致高精度、高可靠傳感器嚴(yán)重依賴進(jìn)口，從而被這些發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷，例如GE公司、Honeywell公司、英飛凌公司、西門子公司、ABB公司、歐姆龍公司、基恩士公司等等。

國(guó)內(nèi)傳感器產(chǎn)品不配套、不成系列。系列中比較易生產(chǎn)的某些規(guī)格尚能生產(chǎn)，且重復(fù)生產(chǎn)，惡性競(jìng)爭(zhēng)，系列兩端的產(chǎn)品往往不能生產(chǎn)，多需國(guó)外進(jìn)口，如工業(yè)自動(dòng)化儀表中廣為應(yīng)用的、高精度、高穩(wěn)定的低微差壓傳感器(量程≤1KPa)，高差壓、高靜壓傳感器(量程≥3MPa、靜壓≥60MPa)。


第三，資源分散，產(chǎn)業(yè)規(guī)模小。

目前國(guó)內(nèi)傳感器產(chǎn)品處于發(fā)展階段，傳感器品種也不多，企業(yè)分散，制造水平低，產(chǎn)業(yè)規(guī)模小。目前我國(guó)傳感器企業(yè)有2000余家，大都為小、微企業(yè)，盈利能力不強(qiáng)，缺乏引領(lǐng)技術(shù)的龍頭企業(yè)。

產(chǎn)業(yè)分散體現(xiàn)在資金分散、技術(shù)分散、企業(yè)布局分散，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分散、市場(chǎng)分散等方面;管理方面存在政府部門管理歸口不統(tǒng)一、難于協(xié)調(diào)、多頭管理現(xiàn)象;政策支持方面也存在政策支持的集中度不高，缺乏專項(xiàng)計(jì)劃集中扶持，即使支持也過(guò)于分散，缺乏力度，缺乏持續(xù)性。


第四，傳感器高端人才匱乏是影響傳感器發(fā)展的最大瓶頸。

由于傳感器行業(yè)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較為薄弱，加之傳感器產(chǎn)業(yè)涉及學(xué)科多，要求知識(shí)面廣，新技術(shù)層出不窮，長(zhǎng)期以來(lái)很難吸引國(guó)際頂級(jí)人才投身到傳感器行業(yè)工作;加之國(guó)內(nèi)由于學(xué)科設(shè)置不合理，缺少?gòu)?fù)合型人才培養(yǎng)機(jī)制，往往搞設(shè)計(jì)的不懂工藝、搞工藝的不明應(yīng)用、會(huì)應(yīng)用的不曉設(shè)計(jì)。造成很多企業(yè)缺乏既懂管埋、又懂技術(shù)、還會(huì)經(jīng)營(yíng)的復(fù)合型人才，以及工藝人才和技能人才。


從技術(shù)與應(yīng)用突圍

我們的突破口在于應(yīng)用。中國(guó)巨大的應(yīng)用市場(chǎng)給傳感器發(fā)展帶來(lái)發(fā)展動(dòng)力，家庭智能終端的普及和機(jī)器人應(yīng)用家庭化，帶來(lái)細(xì)分產(chǎn)業(yè)傳感器應(yīng)用的新突破。

但應(yīng)用的突破也需要技術(shù)與工藝的支撐。

國(guó)內(nèi)傳感器產(chǎn)業(yè)，大部分都在搞傳感器應(yīng)用，特別是在物聯(lián)網(wǎng)，智能裝備方面的應(yīng)用，而不愿涉及傳感器芯片的開(kāi)發(fā)和研究。因芯片研發(fā)投資極大，成本高，工藝裝備昂貴，資金回收周期長(zhǎng)，且技術(shù)難度風(fēng)險(xiǎn)大，必須靠國(guó)家投資和資助，靠企業(yè)是難以為繼的。

如果不在傳感器芯片上投入和下功夫，那可能重蹈“IC芯片”之轍。如果傳感器芯片性能優(yōu)良，產(chǎn)品可靠性、穩(wěn)定性高，其應(yīng)用不愁沒(méi)有市場(chǎng)。建議加強(qiáng)IC與MEMS技術(shù)的集成與融合，IC與MEMS的集成與融合，是傳感技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。

傳感器芯片是比較復(fù)雜的一個(gè)產(chǎn)業(yè)，涉及到研發(fā)、設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。

以MEMS為例，它用微加工技術(shù)將各種產(chǎn)品整合到基于硅的微電子芯片上，MEMS工藝與傳統(tǒng)的IC工藝有許多相似之處，如光刻、薄膜沉積、摻雜、刻蝕、化學(xué)機(jī)械拋光工藝等，但有些復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)難以用IC工藝實(shí)現(xiàn)，必須采用微加工技術(shù)制造。包括硅的體微加工技術(shù)、表面微加工技術(shù)和特殊微加工技術(shù)。除此之外，MEMS制造還廣泛地使用多種特殊加工方法，包括鍵合、LIGA、電鍍、軟光刻、微模鑄、微立體光刻與微電火花加工等。

同通用芯片一樣，傳感芯片的生產(chǎn)制作過(guò)程尤為復(fù)雜。而且，在芯片生產(chǎn)加工中需要的材料中國(guó)產(chǎn)材料的使用率不足15%，高端制程和先進(jìn)封裝領(lǐng)域，半導(dǎo)體材料的國(guó)產(chǎn)化率更低，且部分產(chǎn)品面臨嚴(yán)重的專利技術(shù)封鎖。但如果我國(guó)不能掌握MEMS傳感器的制造技術(shù)并主導(dǎo)其生產(chǎn)，無(wú)疑將阻礙傳感器產(chǎn)業(yè)前進(jìn)的步伐。

業(yè)內(nèi)人士建議可重點(diǎn)放在非硅基的新材料、新機(jī)理、新工藝傳感器的研究。重點(diǎn)發(fā)展應(yīng)用市場(chǎng)廣、具備一定產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、易于快速產(chǎn)業(yè)化的智能傳感器及其核心元器件，運(yùn)動(dòng)感測(cè)組合傳感器中的加速度計(jì)、陀螺儀，環(huán)境感測(cè)組合傳感器中的壓力傳感器等。