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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※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、微电子元件、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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