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数字时代,传感器与集成电路产业的协同发展之路


  来源: 中国电子报 时间:2022-11-14 编辑:仪器仪表WXF
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作为大数据的来源及控制系统的“窗口”,传感器的优劣决定着一切装备与装置的智能化程度和水平,也已成为国际竞争的新焦点和衡量一个国家基础实力的重要标志之一。在数字经济全面提升和产业变革的今天,实现传感器的产业化和规模化应用,是实现万物互联和智能时代的关键所在。


数字时代 传感器无处不在


众所周知,在现代控制系统中,传感器处于连接被测对象和测试系统的接口位置,成为系统信息输入的主要“窗口”,为系统提供控制、处理、决策、执行的原始信息。可以说,传感器直接影响和决定系统的性能。


随着电子、材料、物理、化学等多领域技术的发展,特别是MEMS工艺技术的成熟和应用,满足市场需求的多功能、微型化、数字化、系统化、网络化、智能化的传感器不断涌现,成为传感器产业发展新热点。这同时也为集成电路从通用型向专业化发展提供了有力支撑和技术创新依据。


目前我国已有的1700余家传感器企事业单位中,产品达到10大类、42小类、7000多个品种。其中,声敏、力敏、光敏、气敏、磁敏、温湿度、RFID、生物等八大类别的主流产品,已经具备产业化技术基础,并拥有广阔的市场需求空间,可形成产业化规模生产。而且,在物联网应用的带动下,不同系统技术协同和智能化标准要求所迫、不同场景下的多维度数据描述与智能化节点、复杂环境探测与边缘计算微系统产品将成为今后技术与产业发展的趋势。


在应用方面,无论是航空航天飞行器、火车、高铁、汽车,还是移动终端,包括机器人,都是一个多技术融合与多维度数据聚集的平台,是一个实实在在的安装传感器的平台,其性能优劣与先进与否的标志,就是取决于装了多少个传感器和安装了什么类型的传感器,没有传感器就没有大数据,更没有控制模型。例如,新的高铁每节车厢安装了2400余个传感器,伴随着道路与环境监测,还将有更多的传感器随运行车辆使用;汽车将成为可移动办公、舒适休闲娱乐空间和智能化节点,也会大量使用智能传感器;智能家电与可穿戴设备等也都安装了大量传感器,可检测人体生理参数指标和实现慢病监测与管理功能。因此,可以确切地说,自动化设备与智能化装置,以及复杂环境与场景监测等数字化描述,必将为传感器产业化提供市场需求和应用保障。


现阶段,国内外各种物联网示范工程,如智能电网、智能交通、环境监测、公共安全、智能家居、智慧医院等400多个示范项目,都是应用各类传感器技术与产品的主要市场,这无疑为传感器技术创新和产业化发展提供了充分的想象空间。


传感器技术创新呈四大趋势


由此可见,传感器技术创新和产业化,不仅是国际战略竞争的焦点,同样也是关乎国计民生和全社会安全稳定的基础保障,这既是传感器自身发展所需,也是集成电路创新与发展的需要。


传感器技术创新与发展趋势归结为以下四个方面:


一是敏感机理和材料创新,因为一个敏感机理的诞生就会产生新的器件,这个新的器件很快能突破和创造新的应用,这是敏感材料敏感机理所形成的。


二是MEMS工艺技术,它与半导体工艺相互渗透、相互依存、紧密关联。


三是器件的创新,围绕着MEMS工艺而形成不同器件、不同封装结构的创新。在同一个MEMS芯片上,根据应用不同,封装不同结构和类型的敏感元件和传感器,并能与集成电路进行同步设计和一体化生产,实现协同创新。


四是网络化和智能化,一个或多个敏感元器件,外加数字电路和网络接口,加上算法软件,进行组合形成智能模块。


从应用角度来看,可穿戴设备是一个复合型、多功能、通过算法实现的智能传感器。工业领域的“可穿戴设备”,能够实现工业应用的智能化和节点化,与半导体产业的融合更为具体。


传感器与集成电路协同发展


无论哪个行业、哪个领域,也无论是哪一类智能装备、设施与系统装置,其自动化水平和智能化程度,都需要微处理器和传感器的协同与融合,形成功能高度集中、控制精准、算法规范的微系统,实现模块化、个性化、精准化、标准化、规范化、产业化生产及应用。


从目前的产业现状及实际情况来看,基础材料的产业化配套与市场化等瓶颈很难突破,没有形成共性基础工艺技术支撑,没有形成资本追逐的氛围,导致产业化进程较慢,需要在市场准入、政策扶持、标准制定、产业融合、技术创新、战略定位上进一步达成共识,加快推动行业发展,提高产业化能力和国际竞争水平。


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