智能制造趋势下,传感器市场未来可期

国际金属加工网 2020年05月22日

制造业的智能化发展,是一场跨行业的技术变革,这包括工业生产、汽车制造医疗、农业、消费电子等诸多领域。而随着万物互联的概念的逐步落地,时代对智能传感技术同样提出了更多新的要求。

目前业内普遍认为,未来,集成度更高、更加智能化、体积更小是传感器发展的必然趋势,这也就意味着其将满足更多行业、领域和场景的应用要求,安装也更为方便。同时,为适应智能制造的发展,智能化也更加成为传感器发展的重要方向。而所谓的智能化,也就是传统传感器的“感知”能力被重新定义,并赋予“分析”和“发出指令”的能力。事实上,这一变化也正在进行。

当前,传感器正在经历单一材料到复合材料、简单结构到系统结构的过程,而原有的物理量感应功能也在进行智能化转化。本文将围绕微电子机械系统(MEMS)麦克风、CMOS图像传感器和电容式指纹识传感器三类进行介绍。从传感器的发展路径来看,隶属于声感器大家庭的MEMS麦克风正逐渐取代传统的ECM麦克风和超声波传感器。

根据Yole development的预测,未来三年,MEMS麦克风的复合年均增长率(CAGR)预计达到11%的增长。在应用行业方面,IHS数据显示,MEMS传感器的增长主要在汽车电子领域。而这种增长正是与汽车电子的正向、快速发展有关。前瞻产业研究院数据显示,未来五年间,全球汽车电子市场规模将持续增长,至2023年,这一规模将超过3500亿美元。

此外,MEMS麦克风本身所具有的优势也在各行业同步智能化的步伐中逐渐凸显。如在人工智能交互方面,ECM麦克风等传统传感器工作相对繁琐,并不是应用在需要采用数组架构的智能语音助理应用中的最佳选择。其次,在智能交互中,传统单个麦克风也逐渐被多个麦克风阵列所替代,这也促使MEMS麦克风使用量大幅度上升。

作为一款集成化程度较高的传感器产品,MEMS麦克风制造的难点主要集中在将各类异构微机械、微电子元、微能源封装在一个微系统中,而其制造技术与IC晶圆制造类相类似但不需要先进制程。目前来看,为了适应新的储存、计算和通信功能,缩小至纳米级的内部元件、并集成更多晶体管和储存器,即封装方式和新材料引入自然成为MEMS麦克风未来发展的趋势。

图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的电子设备,主要应用到电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CIS)两种技术,其中CCD是线性传感器,其输出与接收到的光子数量直接相关,而CIS是一种较新的并行读出技术。目前,CIS的制造成本远低于CCD传感器,这也意味着,CIS今后大有发展。

ICinsight数据显示,2017年全球CIS市场规模超过120亿美元,同比上一年增长近20%。而在这一市场规模和增量中,智能手机的应用占比较高。据ICinsight统计,2012年-2017年,全球手机领域的应用在CIS整个市场规模中的占比保持年均12%的增速。未来,随着汽车智能化的发展,CIS在汽车领域也将有更大的市场去开拓。

目前,CIS的主流技术为背照式技术(BSI)和堆栈背照式技术。此外,多层堆叠BSI和混合堆叠BSI也成为未来的发展趋势。工控小编认为,无论是多层堆叠还是混合堆叠,均是对原有单一的传统传感器的升级,方向是更高集成化和更小体积,而最终达到的目标是能够适用于更多场景,也是“殊途同归”了。

说到指纹识别,就绕不开智能手机。作为智能手机领域划时代的符号,苹果手机自2013年9月首发带有指纹解锁功能的iPhone5s,指纹传感器自此在手机领域打开市场。据IHS统计,指纹传感器市场从2013年几乎为零的市场规模至2016年已发展到25.5亿美元,其中88%的产品为满足手机应用。毫不夸张的讲:手机引入指纹解锁技术拉动了整个指纹传感器市场的飞速发展。

指纹传感器在技术上包括电容式、光学式、热感式和超声波传感扥四类,其中电容式指纹传感器属于传统技术,目前市面上所普遍使用的正是该技术。而随着手机工艺的发展和技术的革新,屏下光学和超声波式指纹传感器市场逐渐扩大。

未来,传统的电容式指纹传感器市场规模将有所下降,而代表了手机解锁技最新技术的屏下指纹技术将会成为主要增长动力。据IHS预计,至2023年,指纹传感器市场规模将超过55亿美元,CAGR约6%。除了手机之外,安防、医疗和工业等领域也是指纹传感器较为可观的市场。

制造业的智能化发展,是一场跨行业的技术变革,这包括工业生产、汽车制造、医疗、农业、消费电子等诸多领域。而随着万物互联的概念的逐步落地,时代对智能传感技术同样提出了更多新的要求。

(控制工程网)

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