文/唐志強(qiáng) 劉立杰

（1.安徽省工業(yè)和信息化研究院；2.合肥一六八玫瑰園學(xué)校）

智能傳感器是指具有信息處理功能的傳感器,相比于傳統(tǒng)傳感器，智能傳感器可通過軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)編程自動(dòng)化，在信息的采集、處理和交換上更加靈活，且基于軟件實(shí)現(xiàn)高精度采集和功能多樣化，又可以反向降低智能傳感器的制造難度和成本。如今，智能傳感器已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、汽車電子、消費(fèi)電子等行業(yè)。安徽省也在加速布局智能傳感器產(chǎn)業(yè)，力求在此領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速突破，從而推動(dòng)全省集成電路產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

一、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

據(jù)相關(guān)預(yù)測，2023 年我國傳感器市場規(guī)模將達(dá)到2703 億，其中智能傳感器規(guī)模達(dá)到540億，智能傳感器占傳感器市場規(guī)模比重較2019年提升4.3 個(gè)百分點(diǎn)，高度集成化的智能傳感器將是傳感器產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向。

智能傳感器分類方式較多，根據(jù)被測量的物理量可分為溫度、濕度、壓力、流量、圖像、速度、位移、氣體等類型，按照工作原理可分為電阻式、電容式、電感式、壓阻式、光電式等類型，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域可分為消費(fèi)類、汽車電子類、工業(yè)電子類、醫(yī)療電子類，其中消費(fèi)類智能傳感器占市場比重最大。單一產(chǎn)品中市場價(jià)值較高的依次是CMOS圖像傳感器、指紋傳感器、壓力傳感器、加速度計(jì)。當(dāng)前，智能傳感器市場被以博世（德國）、意法半導(dǎo)體（瑞士）、羅姆（日本）、恩智浦（荷蘭）、霍尼韋爾（美國）、亞德諾（美國）、英飛凌（美國）、索尼（日本）、樓氏（美國）、村田（日本）、歐姆龍（日本）、盛思銳（瑞士）為代表的美日歐企業(yè)壟斷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在常用的20000 余種傳感器中，我國僅能提供6000 余種，雖然以美新半導(dǎo)體（慣性MEMS）、匯頂科技（指紋傳感器）、豪威科技（圖像傳感器）、歌爾聲學(xué)（MEMS 麥克風(fēng)）等為代表的國內(nèi)企業(yè)已占據(jù)一定消費(fèi)類MEMS 傳感器市場份額，但總體來看國外企業(yè)仍壟斷我國約90%的高端智能傳感器市場[1]。

智能傳感器產(chǎn)業(yè)鏈條是由基礎(chǔ)研究與技術(shù)開發(fā)（上游）—產(chǎn)品設(shè)計(jì)（中游）—制造及封裝測試（下游）組成的。產(chǎn)業(yè)模式上與其他集成電路產(chǎn)業(yè)相似，主要有垂直分工和垂直整合兩種模式。我國發(fā)展智能傳感器相對(duì)較晚，絕大部分企業(yè)從事傳統(tǒng)傳感器領(lǐng)域，且小微企業(yè)占比高，人才和技術(shù)儲(chǔ)備的缺失較為嚴(yán)重，缺乏以MEMS 為代表的智能傳感器研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造能力。智能傳感器是典型的“一款產(chǎn)品、一套工藝”，設(shè)計(jì)企業(yè)和代工企業(yè)的合作開發(fā)高度密切相關(guān)，中芯國際、上海先進(jìn)、華潤上華等國內(nèi)集成電路制造企業(yè)也能提供代工服務(wù)，但在智能傳感器的開發(fā)能力和工藝技術(shù)儲(chǔ)備上還存在不足[2]。

二、技術(shù)趨勢

智能傳感器作為感知層核心部件，主要用于信息采集處理, 其技術(shù)趨勢與應(yīng)用行業(yè)發(fā)展要求保持高度一致，未來主要向更加集成化、智能化、微型化、多樣化等方向發(fā)展。

1.集成化

主要是指將不同敏感元件集成在單硅片上，變單一數(shù)據(jù)采集功能為多數(shù)據(jù)采集功能，實(shí)現(xiàn)“一器多用”，容易實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償和校正功能的同時(shí)也更符合終端設(shè)備對(duì)傳感模塊小體積、輕型化的發(fā)展要求，如ADI的慣性傳感IMU 就集成了三軸陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)和壓力傳感器等多種傳感功能。此外，同種傳感器多數(shù)量集成為微傳感陣列也是一個(gè)發(fā)展方向，主要用于增強(qiáng)功能，如線性CCD 圖像傳感器。

2.智能化

主要是基于多功能集成帶來更加智能化的信號(hào)探測、變換處理、邏輯判斷、功能計(jì)算和內(nèi)部自檢、自校、自補(bǔ)償、自診斷功能。此外，與生物化學(xué)、大數(shù)據(jù)、無線傳感、定位技術(shù)等其他領(lǐng)域新興技術(shù)的融合也進(jìn)一步拓寬了智能化的外延范圍。

3.微型化

主要是以CMOS 為代表的微納電子加工技術(shù)（氧化、光刻、刻蝕、摻雜、沉積和擴(kuò)散等）和微機(jī)械三維立體精密加工技術(shù)（微細(xì)電火花EDM、超聲波加工、微鑄塑、微電鍍等）引入智能傳感器制造前道過程中，以及把封裝、測試、劃片、切割等半導(dǎo)體工藝流程引入智能傳感器制造后道過程中。先進(jìn)工藝的應(yīng)用不斷推動(dòng)傳感器步入微米級(jí)甚至納米級(jí)，在實(shí)現(xiàn)部件小型化的同時(shí)也進(jìn)一步降低了智能傳感器的功耗。

4.多樣化

一方面是采用新型敏感材料。除傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料外，光導(dǎo)纖維、有機(jī)敏感材料、陶瓷材料、超導(dǎo)材料和生物材料已成為研究熱點(diǎn)，生物傳感器、光纖傳感器等新型智能傳感器加快涌現(xiàn)。另一方面是傳感技術(shù)與光學(xué)、生物學(xué)、自動(dòng)控制、化學(xué)等學(xué)科的交叉融合，進(jìn)一步拓寬了傳感器應(yīng)用范圍。

除上述主要趨勢外，具體應(yīng)用的靈敏度、精度、可靠性要求，也影響著該領(lǐng)域智能傳感器的發(fā)展趨勢。

三、省內(nèi)布局

安徽省智能傳感器企業(yè)主要有兩類，一類是憑借半導(dǎo)體器件研發(fā)制造基礎(chǔ)延伸至智能傳感器領(lǐng)域，以華東光電集成器件研究所為代表；另一類是以智能傳感器為主導(dǎo)業(yè)務(wù)成立的新興企業(yè)，如安徽芯動(dòng)聯(lián)科、奧菲聲學(xué)等。

從產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力上看，安徽省是全國三大傳感器研發(fā)制造基地之一（蚌埠），建有全國首條6 英寸0.5微米級(jí)MEMS 產(chǎn)線，兵工214 所率先攻克了國產(chǎn)高G值MEMS 加速度計(jì)并擁有“微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室”國家級(jí)創(chuàng)新平臺(tái)。傳統(tǒng)傳感器領(lǐng)域擁有天平機(jī)械、祈艾特、協(xié)力儀控等較大規(guī)模企業(yè)，基礎(chǔ)較為扎實(shí)。安徽省作為家電、汽車、設(shè)備制造和原材料工業(yè)大省，消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)、車規(guī)級(jí)等各類智能傳感器需求基數(shù)龐大，隨著物聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療電子、智能駕駛、機(jī)器人等新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，智能傳感器應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V闊。

從產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)鏈上看，安徽省智能傳感器產(chǎn)業(yè)鏈基本完整，各環(huán)節(jié)均有布局?；A(chǔ)研究與技術(shù)開發(fā)（上游）環(huán)節(jié)，華東光電集成器件研究所從事智能傳感器基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)并具有代工能力。產(chǎn)品設(shè)計(jì)（中游）環(huán)節(jié)，安徽水聯(lián)水務(wù)掌握超聲波流量計(jì)核心技術(shù)，創(chuàng)發(fā)微電子、松豪電子在電容觸控及指紋識(shí)別傳感器領(lǐng)域具有較強(qiáng)競爭力，合肥芯福從事非制冷紅外傳感等MEMS 光電傳感器的開發(fā)設(shè)計(jì)，海圖微電子從事CMOS 圖像傳感器的開發(fā)設(shè)計(jì)，安徽芯動(dòng)聯(lián)科、集芯電子科技、合肥方程式、合肥微納、安徽微泰導(dǎo)航、合肥聚納芯智能等企業(yè)從事MEMS 氣體、光敏、壓力、溫度、加速度計(jì)等智能傳感器的開發(fā)設(shè)計(jì)。制造及封裝測試（下游）環(huán)節(jié)，合肥力晶提供觸控傳感器、CMOS 圖像傳感器代工業(yè)務(wù)，長電科技（滁州）、合肥通富微、池州華宇電子、訊喆微電子（合肥）可以提供封裝及測試服務(wù)。此外，凱盛科技、奧菲聲學(xué)、智敏電氣、天康股份等企業(yè)可提供力敏、熱電偶、壓電薄膜等敏感元件，其中奧菲聲學(xué)PZT 材質(zhì)、ZnO 材質(zhì)壓電薄膜性能均達(dá)到國際先進(jìn)水平并已用于MEMS 聲學(xué)麥克風(fēng)、MEMS 聽筒、微超聲換能器（PMUT）。

四、創(chuàng)新重點(diǎn)

安徽省智能傳感器應(yīng)著重從加強(qiáng)基礎(chǔ)研究、攻關(guān)共性技術(shù)和豐富產(chǎn)品矩陣三個(gè)層面推進(jìn)創(chuàng)新。

1.加強(qiáng)基礎(chǔ)研究

圍繞智能傳感器設(shè)計(jì)開發(fā)涉及的新原理、新器件、新材料等基礎(chǔ)領(lǐng)域開展研究，在智能傳感器微系統(tǒng)架構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)模型、器件加工方法、材料性質(zhì)測定分析等方面實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)積累和理論突破；著重提升現(xiàn)有智能傳感器產(chǎn)品的精度、靈敏度、可靠性等核心指標(biāo)；開展優(yōu)勢細(xì)分領(lǐng)域智能傳感器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究。

2.攻關(guān)共性技術(shù)

以智能傳感器制造和封測領(lǐng)域的關(guān)鍵共性技術(shù)為目標(biāo)，重點(diǎn)攻關(guān)光刻、沉積鍍膜、刻蝕、外延生長（摻雜）、切割減薄、電鍍、鍵合貼片等通用技術(shù)和硅（玻璃）表面微加工、表面微加工犧牲層工藝、體硅加工、通孔制作等特殊技術(shù)；基于智能傳感器多采用較大線寬成熟制程特點(diǎn)，注重加強(qiáng)國產(chǎn)設(shè)備和原材料在技術(shù)攻關(guān)過程中同步試用及改良。

3.豐富產(chǎn)品矩陣

圍繞安徽省智能家電、汽車電子、設(shè)備制造、原材料冶煉等主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和5G、物聯(lián)網(wǎng)、智慧教育、智慧醫(yī)療等新興產(chǎn)業(yè)需求，以核心應(yīng)用替換為基礎(chǔ)、結(jié)合應(yīng)用多元化開發(fā)系列產(chǎn)品，重點(diǎn)研發(fā)以加速度計(jì)、高精度壓力傳感器、多軸陀螺儀、硅麥克風(fēng)、射頻傳感器、高靈敏度氣體傳感器、電子羅盤等為代表的MEMS 智能傳感器；鼓勵(lì)各細(xì)分領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)企業(yè)與高校、科研院所組建產(chǎn)業(yè)聯(lián)合體，增強(qiáng)多傳感器系統(tǒng)性、綜合性集成解決方案的供給能力。[本文系安徽省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略與軟科學(xué)研究項(xiàng)目“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)國內(nèi)外科技創(chuàng)新政策跟蹤比較研究”（編號(hào)：202006f01050050） 的研究成果。 ]