【導(dǎo)讀】隨著《中國制造2025》、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃以及《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》的大力推進(jìn)，傳感器技術(shù)及傳感器產(chǎn)業(yè)的重要地位日益凸顯。作為物聯(lián)網(wǎng)感知層中的重要組成部分，傳感器在汽車電子、消費電子、生物醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用有哪些進(jìn)展?全球物聯(lián)網(wǎng)及傳感器產(chǎn)業(yè)有哪些新的發(fā)展趨勢?新形勢下敏感元器件與傳感器行業(yè)如何實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展?
日前，由中國電子元件行業(yè)協(xié)會敏感元器件與傳感器分會主辦、成都宏明電子股份有限公司承辦的“2016傳感器產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨中國電子元件行業(yè)協(xié)會敏感元器件與傳感器分會2016年會”召開，與會專家與企業(yè)家普遍認(rèn)為，敏感元器件和傳感器具有廣闊應(yīng)用前景和發(fā)展空間。
2020年實現(xiàn)30%國產(chǎn)化目標(biāo)
“電子元件是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，敏感元件和傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。”中國電子元件行業(yè)協(xié)會理事長溫學(xué)禮指出，“但敏感元件和傳感器同時也是我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的瓶頸，目前仍有80%依賴進(jìn)口。”
回首“十二五”，我國敏感元器件及傳感器產(chǎn)業(yè)以20.9%的年均增長率實現(xiàn)了高速發(fā)展，2015年銷售額達(dá)到547億元，比原規(guī)劃目標(biāo)360億元超額完成50%以上。
目前，我國傳感器產(chǎn)業(yè)布局基本形成，也取得了一定的成績，擁有了基本齊全的產(chǎn)品門類，中低檔產(chǎn)品基本滿足市場需求，設(shè)計、研發(fā)和應(yīng)用水平有了一定的提高。中國傳感器產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成從技術(shù)研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)到應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)體系，部分細(xì)分領(lǐng)域已躋身世界領(lǐng)先水平。
但就總體水平而言，國產(chǎn)的傳感器產(chǎn)品仍以中低端為主，技術(shù)水平相對落后。中國市場上的中高端傳感器進(jìn)口占比達(dá)80%，數(shù)字化、智能化、微型化產(chǎn)品嚴(yán)重欠缺。
國內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品主要集中在低端的壓力、溫度、應(yīng)變片等低附加值產(chǎn)品，近年內(nèi)有幾家企業(yè)開始MEMS產(chǎn)品的生產(chǎn)，其中麥克風(fēng)產(chǎn)品勢頭發(fā)展較好，但其他如壓力、加速度、陀螺等也是比較低端的產(chǎn)品。
“十三五”期間，在市場需求、政策牽引等一系列利好因素下，我國傳感器產(chǎn)業(yè)競爭力有望進(jìn)一步提升。
中國電子元件行業(yè)協(xié)會秘書長古群表示，“十三五”期間，我國電子元件行業(yè)(不含印制電路板和電池)將保持中速增長，年均增速為5%左右，而其中混合集成電路、敏感元器件及傳感器、光器件三個分支行業(yè)將保持較高增速，其中敏感元器件與傳感器行業(yè)增速有望高達(dá)9%。
古群認(rèn)為，隨著民族企業(yè)的成長，本土品牌市場份額不斷提升，2020年敏感元器件與傳感器將實現(xiàn)30%的國產(chǎn)化發(fā)展目標(biāo)。
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用驅(qū)動旺盛市場需求
蓬勃的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求是支撐30%國產(chǎn)化目標(biāo)實現(xiàn)的強(qiáng)大推動力。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)感知層中的重要組成部分，承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)闹厝危俏锫?lián)網(wǎng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)和前提。數(shù)據(jù)顯示，全球物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模在2025年有望達(dá)到11萬億美元，相應(yīng)的傳感器市場也將達(dá)到數(shù)千億美元的市場規(guī)模。
目前，一部智能手機(jī)中要用到十幾種傳感器，一部高檔汽車?yán)锟赡芤玫綆装賯€傳感器，一個現(xiàn)代化智能工廠中用到的傳感器數(shù)量動輒以萬計，傳感器已經(jīng)滲透到人們生產(chǎn)生活的方方面面。《第三次工業(yè)革命》和《零邊際成本社會》的作者杰里米·里夫金大膽猜想，到2030年，全球應(yīng)用的傳感器數(shù)量將從2013年的35億個突飛猛進(jìn)到超過100萬億個，人與自然環(huán)境將通過傳感器緊密相連。
“通過在智能家居、智能照明、汽車電子、智能醫(yī)療、智能農(nóng)業(yè)、建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測等主要網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域里大顯身手，傳感器將為人們締造真正的智能生活。””村田公司中國區(qū)執(zhí)行副總裁孫崑泉表示。
就拿心率檢測來說，村田創(chuàng)新的模塊化方案結(jié)合了加速度MEMS傳感器、信號處理和無線模塊，可以無接觸地測量病人躺在床上的心臟沖擊掃描信號。不僅能從病床的運動信號中分離出患者的運動信號，檢測患者的搖擺、翻轉(zhuǎn)和靜止時心臟的狀態(tài)，還能監(jiān)測睡眠質(zhì)量。這樣一來，把帶有這種傳感器的設(shè)備安裝在醫(yī)院的病床上，醫(yī)務(wù)人員就能遠(yuǎn)程監(jiān)測患者的實時情況，這同樣也非常適用于獨居老人和養(yǎng)老院等。
森薩塔公司大中國區(qū)市場總監(jiān)賈永平非常看好持續(xù)增長的汽車傳感器應(yīng)用市場。2020年全球汽車傳感器市場需求將達(dá)到 253億美元，其中中國是全球三大汽車傳感器市場之一，將以8.9%的年均增長率在2020年達(dá)到55億美元的規(guī)模。
賈永平認(rèn)為，在更節(jié)能、更清潔、更安全的需求驅(qū)動下，汽車中由傳感器控制的空調(diào)系統(tǒng)、電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)、共軌系統(tǒng)、柴油后處理系統(tǒng)、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)等許多先進(jìn)系統(tǒng)的裝配率將不斷提升，而這些系統(tǒng)中都有大量的傳感器應(yīng)用。
敏感元器件及傳感器甚至在彩電行業(yè)也有廣闊的應(yīng)用前景。TCL王牌彩電成都有限公司彩電廠廠長陳合智表示，除了尺寸、清晰度、顯示技術(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)外，當(dāng)下電視機(jī)的最大賣點就是互聯(lián)、智能。基于此，敏感器件在未來的電視產(chǎn)業(yè)中，必將大有作為。
首先是光感應(yīng)。在電視機(jī)外殼上設(shè)置一個感應(yīng)環(huán)境光變化的傳感器，能根據(jù)環(huán)境光線的變化，自動對電視機(jī)亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到省電、護(hù)眼功能。
其次是利用霍爾傳感器，對投影電視進(jìn)行開關(guān)機(jī)控制。具體原理是根據(jù)霍爾效應(yīng)，通電導(dǎo)體兩端的電位在磁場的作用下發(fā)生改變，以此控制三極管的導(dǎo)通與截止，進(jìn)而給主板一個開機(jī)或關(guān)機(jī)信號。
再次是利用溫度傳感器，對投影電視光機(jī)進(jìn)行散熱控制。傳感器檢測到溫度較高時，通知CPU輸出信號給降溫風(fēng)扇，提高其轉(zhuǎn)速。當(dāng)溫度稍低時，CPU輸出控制信號讓降溫風(fēng)扇低速運行，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能和降低噪音的目的。
最后是通過手勢對電視機(jī)進(jìn)行操控。目前，基于電場的手勢感應(yīng)器輸出已經(jīng)是一種很完善的人機(jī)交互解決方案，設(shè)計人員可以十分方便地將2D多點觸摸和3D手勢識別功能輕松集成至顯示應(yīng)用中。
精彩觀點
電子科技大學(xué)教授太慧玲：
新材料新工藝助力傳感器微型化智能化
傳感器技術(shù)作為信息技術(shù)的基礎(chǔ)與三大支柱之一，受到世界發(fā)達(dá)國家的高度關(guān)注和競相追逐研究。隨著對信息檢測的精度和準(zhǔn)確度越來越高，傳統(tǒng)的傳感器已經(jīng)不能滿足新形勢的需求，因此在世界范圍內(nèi)，利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，研究開發(fā)了各類新型傳感器和敏感功能材料。同時，由于在制造中引入了微細(xì)加工技術(shù)和納米技術(shù)等先進(jìn)工藝，使得傳感器技術(shù)得到飛速發(fā)展，并取得了可喜的成就。
未來傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在四個方面：一是新原理、新材料、新工藝的研發(fā)和應(yīng)用。其中，最近熱門的仿生傳感器的設(shè)計理念主要涵蓋兩部分，即敏感機(jī)制的仿生和傳感器功能的仿生。仿生敏感材料與仿生原理是發(fā)展仿生傳感器的基石與核心，直接決定了仿生傳感器技術(shù)的應(yīng)用價值。另外，納米材料、石墨烯等新材料以及MEMS+NEMS+薄膜技術(shù)的創(chuàng)新工藝也被業(yè)界廣泛關(guān)注。
二是集成化、小型化與多功能。目前，各種集成化芯片不斷出現(xiàn)，而企業(yè)也面臨著低成本設(shè)計、多功能復(fù)合、新市場拓展及配套應(yīng)用、價格壓力等多方面的挑戰(zhàn)。
三是柔性化。在可穿戴設(shè)備2.0時代，穿戴計算和貼身智能成為設(shè)計方向。但目前可穿戴設(shè)備更多是形態(tài)上的變化，無論是產(chǎn)品實用性，還是抗沖擊、防鹽防水、衛(wèi)生等等，都還有很長的路要走。其中很大的一個制約因素就是制造材料限制。
四是智能化與網(wǎng)絡(luò)化。智能式傳感器是一種帶微處理機(jī)的，兼有信息檢測、處理、記憶和邏輯思維與判斷功能的傳感器。從構(gòu)成上看，智能傳感器是一個典型的以微處理器為核心的計算機(jī)檢測系統(tǒng)，能實現(xiàn)自診斷、自校準(zhǔn)、邏輯判斷、統(tǒng)計處理、記憶、存儲等多方面的功能。傳感器網(wǎng)絡(luò)也是當(dāng)前國際上備受關(guān)注的、由多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究領(lǐng)域，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
中國電子元件行業(yè)協(xié)會秘書長古群：
多管齊下提升行業(yè)整體競爭力
在提升配套產(chǎn)業(yè)的實力方面，一方面應(yīng)圍繞急需發(fā)展的重點電子元件產(chǎn)品門類，形成每個門類1~2家技術(shù)實力能夠接近國外知名品牌的電子元件關(guān)鍵原材料和零組件供應(yīng)商;另一方面，應(yīng)推動關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備和檢測設(shè)備的國產(chǎn)化，爭取電子元件各細(xì)分行業(yè)50%的通用設(shè)備能夠國產(chǎn)化，基本滿足生產(chǎn)中等檔次電子元件產(chǎn)品的需要，特定領(lǐng)域細(xì)分市場實現(xiàn)全球先進(jìn)甚至領(lǐng)先。
在社會責(zé)任與信用體系方面，一是推行《電器電子產(chǎn)品有害物質(zhì)限制使用管理辦法》，推進(jìn)高耗能、高耗水、含酸、含鉛、含鎘等電子元件產(chǎn)品的節(jié)能、降耗、減排;二是提升企業(yè)社會責(zé)任意識，通過SA8000、OHSAS18000等社會責(zé)任標(biāo)準(zhǔn)體系的企業(yè)達(dá)到電子元件行業(yè)重點骨干企業(yè)數(shù)量的30%以上;三是重點推進(jìn)中國電子元件行業(yè)信用等級評價工作。
2014年，國務(wù)院發(fā)布《社會信用體系建設(shè)規(guī)劃綱要》(2014-2020年)，中國電子元件行業(yè)協(xié)會經(jīng)批準(zhǔn)，聯(lián)合第三方信用評價機(jī)構(gòu)開始了“中國電子元件行業(yè)企業(yè)信用等級評價”工作。
5月30日，國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于建立完善守信聯(lián)合激勵和失信聯(lián)合懲戒制度加快推進(jìn)社會誠信建設(shè)的指導(dǎo)意見》，我們調(diào)整了今年電子元件百強(qiáng)的排序規(guī)則，將電子元件行業(yè)信用等級作為電子元件百強(qiáng)排序的評分標(biāo)準(zhǔn)之一。今年的電子元件百強(qiáng)有57家企業(yè)獲得A級以上信用等級，“十三五”期間，授信A級以上信用等級企業(yè)力爭達(dá)到300家以上，同時初步開展信用黑名單制度試點。
在標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)方面，一是優(yōu)化完善電子元件行業(yè)的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵和推動優(yōu)秀企業(yè)參與國際標(biāo)準(zhǔn)制訂;二是大力推進(jìn)電子元件行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化改革，以協(xié)會為核心，推動團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的制訂;三是建立企業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)自我聲明公開和監(jiān)督制度。
村田公司中國區(qū)執(zhí)行副總裁孫崑泉：
提高精度和可靠性是努力方向
在各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，傳感器在感知到信息后，通過無線通信技術(shù)將信息進(jìn)行傳輸。比如短距離傳輸可以用WiFi技術(shù)，長距離傳輸有目前華為在力推的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。數(shù)據(jù)經(jīng)過傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，再由MCU進(jìn)行分析，從傳感器的整個工作流程來看，有很多值得關(guān)注的地方。
比如在傳感器技術(shù)的發(fā)展上，新型和智能材料，自診斷、自修復(fù)、自增強(qiáng)等自適應(yīng)功能，先進(jìn)工藝、納米技術(shù)、MEMS技術(shù)、仿生傳感器等新型傳感器都是未來的發(fā)展方向。在傳感器產(chǎn)品的發(fā)展上，小型化、集成化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展方向也已成為業(yè)界共識。
總體來說，要實現(xiàn)傳感器的無所不在、無處不在，減少成本和響應(yīng)時間、提高精度和可靠性是我們努力的大方向。
傳感器用于無線通信的能量自給系統(tǒng)是我們目前關(guān)注的熱點之一。這種能量自給系統(tǒng)利用自然發(fā)電，結(jié)合使用電容器，可儲存電能，省去電池，適用于簡單的信息傳送。盡管目前可以收集的能量強(qiáng)度僅為10μW-1mW，但是配合電容一起使用時，可以達(dá)到1W，可滿足傳感器的供電需求，并把信息發(fā)送出去。其中，村田的光發(fā)電元件在室內(nèi)照明或微弱燈光下都具有良好的發(fā)電能力，利用該光發(fā)電元件可在任何有光的地方設(shè)置節(jié)點，無需電池和電線。
成都宏明電子股份有限公司四廠廠長章莉：
創(chuàng)新發(fā)展突破傳感器行業(yè)“大而不強(qiáng)”
傳感器位于物聯(lián)網(wǎng)的感知層，是物聯(lián)網(wǎng)中感知、獲取與檢測信息的窗口，在現(xiàn)代信息技術(shù)中有著舉足輕重的地位。但是傳感器相關(guān)的關(guān)鍵元件、關(guān)鍵材料、關(guān)鍵設(shè)備仍依賴進(jìn)口，我國企業(yè)不僅要高價購買，部分產(chǎn)品甚至面臨禁運封鎖。我國敏感元器件和傳感器行業(yè)“大而不強(qiáng)”。
如何創(chuàng)新發(fā)展，提高行業(yè)核心競爭力?
一是站在巨人的肩膀上，加快攀登技術(shù)高峰。數(shù)據(jù)要素已經(jīng)成為企業(yè)的重要資產(chǎn)和創(chuàng)新驅(qū)動的核心，“大數(shù)據(jù)時代”已經(jīng)到來，數(shù)據(jù)分析能力已經(jīng)成為企業(yè)核心競爭力。隨著互聯(lián)網(wǎng)和云計算的發(fā)展，實時數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長。
二是建好設(shè)計平臺，不要輸在起跑線上。元件的性能取決于微觀機(jī)理、材料、結(jié)構(gòu)和工藝。主要電性能參數(shù)應(yīng)包括額定值和極限值。如果我們的產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)只有幾個常規(guī)參數(shù)，我們的產(chǎn)品就輸在了起跑線上。
三是工藝技術(shù)改造決定成敗。工藝平臺建設(shè)是產(chǎn)品從試驗到批量生產(chǎn)的關(guān)鍵。工欲善其事，必先利其器。同樣的產(chǎn)品，先進(jìn)的工藝裝備可以提高合格率和生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)量，降低成本，形成別人難以復(fù)制的核心技術(shù)競爭力。因此必須抓住關(guān)鍵，勇于攻克難關(guān)，包括某些工藝細(xì)節(jié)的控制。
四是注重成本要素，實現(xiàn)整體優(yōu)化創(chuàng)新。產(chǎn)品可靠性是創(chuàng)造出來的，事前采取對策，是最有效的。
文章來源于中國電子報。
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