文/唐志強 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)實現(xiàn)編程自動化，在信息的采集、處理和交換上更加靈活，且基于軟件實現(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)自動化、汽車電子、消費電子等行業(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)模將達到2703 億，其中智能傳感器規(guī)模達到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 個百分點，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)域可分為消費類、汽車電子類、工業(yè)電子類、醫(yī)療電子類，其中消費類智能傳感器占市場比重最大。單一產(chǎn)品中市場價值較高的依次是CMOS圖像傳感器、指紋傳感器、壓力傳感器、加速度計。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，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（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、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、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，實現(xiàn)“一器多用”，容易實現(xiàn)補償和校正功能的同時也更符合終端設(shè)備對傳感模塊小體積、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、磁力計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發(fā)展方向，主要用于增強功能，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探測、變換處理、邏輯判斷、功能計算和內(nèi)部自檢、自校、自補償、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、沉積和擴散等）和微機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。先進工藝的應(yīng)用不斷推動傳感器步入微米級甚至納米級，在實現(xiàn)部件小型化的同時也進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，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)、自動控制、化學(xué)等學(xué)科的交叉融合，進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MEMS 產(chǎn)線，兵工214 所率先攻克了國產(chǎn)高G值MEMS 加速度計并擁有“微電子機械系統(tǒng)（MEMS）國家地方聯(lián)合工程實驗室”國家級創(chuàng)新平臺。傳統(tǒng)傳感器領(lǐng)域擁有天平機械、祈艾特、協(xié)力儀控等較大規(guī)模企業(yè)，基礎(chǔ)較為扎實。安徽省作為家電、汽車、設(shè)備制造和原材料工業(yè)大省，消費級、工業(yè)級、車規(guī)級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（中游）環(huán)節(jié)，安徽水聯(lián)水務(wù)掌握超聲波流量計核心技術(shù)，創(chuàng)發(fā)微電子、松豪電子在電容觸控及指紋識別傳感器領(lǐng)域具有較強競爭力，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，海圖微電子從事CMOS 圖像傳感器的開發(fā)設(shè)計，安徽芯動聯(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、加速度計等智能傳感器的開發(fā)設(shè)計。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)壓電薄膜性能均達到國際先進水平并已用于MEMS 聲學(xué)麥克風(fēng)、MEMS 聽筒、微超聲換能器（PMUT）。

四、創(chuàng)新重點

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

1.加強基礎(chǔ)研究

圍繞智能傳感器設(shè)計開發(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)測定分析等方面實現(xiàn)經(jīng)驗積累和理論突破；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，注重加強國產(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，重點研發(fā)以加速度計、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：202006f01050050） 的研究成果。 ]