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传感器发展方向-智能化、微型化、集成化、多样化、可移动化

来源:中为咨询www.zwzyzx.com 【日期:2016-09-26 16:22:25】【打印】【关闭】
传感器会向“五化”发展,即智能化、可移动化、微型化、集成化、多样化。

一是智能化,两种发展轨迹齐头并进。一个方向是多种传感功能与数据处理、存储、双向通信等的集成;另一个方向是软传感技术,即智能传感器与人工智能相结合。

二是可移动化,无线传感网技术应用加快。无线传感网技术的关键是克服节点资源限制,并满足传感器网络扩展性、容错性等要求。

三是微型化,MEMS传感器研发异军突起。随着集成微电子机械加工技术的日趋成熟,MEMS传感器将半导体加工工艺引入传感器的生产制造,实现了规模化生产,并为传感器微型化发展提供了重要的技术支撑。

四是集成化,传感器集成化包括两类:一种是同类型多个传感器的集成,另一种是多功能一体化。

MEMS产业正向多传感器(现有的和新兴的传感器)集成方向前进,形成三大类组合传感器。实际上,这三类集成传感器已有雏形:密闭封装(ClosedPackage)组合传感器、开放腔体(OpenCavity)组合传感器、光学窗口(Open-eyed)组合传感器。

三种MEMS组合传感器封装方式


密闭封装组合传感器是简单且发展较为成熟的,主要是惯性传感器,如多轴加速度计、陀螺仪和磁力计。该类传感器主要感测运动,必须密闭,以避免外界环境对传感器的干扰,如湿度、颗粒物等。未来,也可能集成其它传感器。但我们认为,大多数应用将使用六轴或九轴惯性传感器,可能外加一颗加速度计,以提供电源管理,保证低功耗的永远在线(always-on)功能。21世纪初,美新(MEMSIC)和意法半导体(ST)最先将加速度计推到手机中,使得惯性组合传感器成为最成熟、最常用的集成器件。对于加速度计和陀螺仪,集成是在硅片上实现的,并通过系统级封装(SiP)将专用集成电路(ASIC)和磁力计集成在一起。目前发展趋势是:硅片上实现更多集成;系统级封装实现不太适合在硅片上集成(原因是成本高)的芯片。

开放腔体组合传感器需要与外界联通以感知环境信息。例如,压力传感器可以和湿度传感器、气体传感器集成。但是,如果将它们与惯性传感器集成,将会有重大挑战。因为两类传感器之间存在潜在的串扰,开放腔体造成环境湿气和颗粒物进入封装,从而引起惯性传感器工作异常。但是可以借鉴MEMS麦克风的解决方案,它既需要开孔,又需要避免外界环境对MEMS可动结构的影响。所以,我们认为MEMS麦克风先将和压力传感器、湿度传感器、气体传感器集成。这将形成一种非常重要的组合传感器,能够理解我们周围的环境状况。这些传感器的集成主要采用系统级封装,因为大部分传感器采用不同的制造工艺,在单片硅晶圆上的集成成本过高。然而,你永远不知道创新将带来什么。新的技术,如Vesper的压电薄膜MEMS麦克风技术,可能被应用到压力传感器,颇具潜在机遇。

第三类是光学窗口组合传感器。摄像头(图像传感器)是手机中最昂贵的传感器模组,也是手机的重要卖点。目前,每年升级的摄像头主要是拍摄照片,但是光学感测功能潜力更大。许多波长正在被“开发利用”,以实现人脸和虹膜识别、3D地图、测距、红外和多光谱成像。当然,未来还需要新的硬件研发。手机中逐渐形成两个光学窗口组合传感器,包括前置和后置的图像传感器,也将集成现有的光学传感器,如接近传感器、环境光传感器和3D景深传感器等。光学窗口组合传感器需要将硅结构最优化,包括为应用定义合适的光电二极管。但是大多数采用系统级封装集成IC、图像感测芯片、光学器件、自动对焦和图像稳定。组合传感器/模组才刚刚兴起,这意味着摄像头从图像采集转移到感测功能正在“路上”。我们相信实际发展将大大快于预期。

五是多样化,新材料技术的突破加快了多种新型传感器的涌现。新型敏感材料是传感器的技术基础,材料技术研发是提升性能、降低成本和技术升级的重要手段。

如今,传感器发展前景和应用领域都正在不断扩大,物联网是下一代杀手级应用,此外还有自动化产业和智慧城市建设等,都预示着传感器产业将迎来一片大好的发展局面。
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