萬物之眼：感測器的時代
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人類步入21 世紀，全面進入資訊時代，從一定意義上講，也就進入了感測器時代。在現代控制系統中，感測器處於連線被測物件和測試系統的介面位置，可直接或間接接觸被測物件，是資訊輸入的“ 視窗” ，是萬物互聯的眼睛，是資料資訊獲取的唯一功能器件，直接影響和決定系統的效能優劣。特別是當前備受國際關注的 物聯網 、 大資料 、雲端計算技術，乃至智慧城市中的各種技術實現，對於感測器技術的依賴尤為突出。
標準紛爭的感測器
目前，全球產品化的感測器種類約有2.6 萬餘種。由於缺乏制定國際標準的準則與規範，尚未制定出權威的感測器標準型別。其敏感機理、敏感材料、使用功能、應用領域等互相交錯及深度融合，難以釐清，各國及各行業圍繞標準劃分的爭論從未停止，各抒己見、爭論不休，從而導致產品名稱混亂、種類繁多、結構複雜、引數各異等複雜狀況。目前，行業只能劃分為簡單的物理感測器、化學感測器和生物感測器等大的類別。
由於敏感機理、敏感材料不同，加之工業現場環境、使用場景，以及被檢測介質與個性化引數、結構複雜等特點，長期以來，感測器一直處於多品種、小批量生產狀態。受工藝技術的分散性、複雜性影響和裝置裝置價格昂貴等因素制約，業界稱其生產過程為製造“ 工業工藝品” 。各國工程技術人員圍繞著工藝技術協同、融合，在產品規範化、效能歸一化、功能整合化、結構標準化，以及工藝裝置和工裝夾具的產業化方面開展了長期的技術開發與創新，形成了一大批不同特色的技術成果。
MEMS 工藝是創新源泉
在美國矽谷感測器領域，以MEMS 工藝技術為基礎，根據不同行業和功能的需求，展開不同封裝結構的各種感測器產品創新，已經持續了近25 年，形成各種型別感測器產品，應用領域不斷擴充套件，得到了各行業的廣泛認同。正如矽谷MEMS 工藝技術創始人丹尼斯所說：“20 多年來，矽谷感測器產品一直都圍繞著以矽基材料為主體的MEMS 晶片和不同行業領域的市場應用需求，開展不同結構形式封裝的產品創新” 。因此，MEMS 工藝技術是各種型別感測器的共性基礎工藝技術，被業界稱之為感測器創新源泉。
目前，MEMS 成熟工藝有4 英寸、6 英寸、8 英寸、12 英寸。伴隨著半導體平面工藝更新換代和不斷升級，工藝裝置與裝置水平成熟度增強，價格不斷降低，MEMS 工藝也正在向更大尺寸方向發展，工藝成熟度也隨之不斷增強。產品廣泛應用於物理、化學和生物感測器中，在聲敏、光敏、熱敏、力敏、磁敏、氣敏、溼敏、壓敏、離子敏等感測器中的應用業已成熟。不僅提高了產業化能力，降低了產品成本，也大大提高了產品的可靠性、穩定性、一致性，使得產品的分散性、離散性得到了極大改善，可進行規範化與標準化的封裝與生產，在批量化與規模化生產中發揮了重要作用。
2011 年，美國業界認為MEMS 工藝已經成熟，可以廣泛推廣應用，確立並形成了感測器產業圍繞MEMS 工藝技術和應用兩大方向的創新與突破：一是敏感機理創新與工藝突破。提高了MEMS 工藝技術在材料與工藝結構等基礎理論與應用水平，比如在晶體與非晶體、各種半導體材料應用；在矽- 矽鍵合工藝、矽薄膜工藝、金屬薄膜工藝等多個領域的工藝技術創新，大大提高了產品生產的微型化、低成本、複合型、整合度等產業化基礎水平。二是智慧化水平提高和應用創新。在多功能整合化、模組化構架、嵌入式能力、網路化介面等方面形成了創新與突破。
這二者的突破，極大地改善了產用難以對接的矛盾，搭建了生產製造與市場應用的橋樑與技術通道，突破了行業在生產和應用長期形成的技術壁壘和發展瓶頸。同時也提高了各行業的產品自主選擇和應用設計能力，大大刺激了應用需求，拓展了市場空間。
智慧化的三大核心
美國明確地提出感測器智慧化的三大核心技術與創新趨勢：
1.MEMS 工藝技術。在微型化、低功耗、低成本、多材料複合、多引數融合，在大片整合工藝技術與裝備、微米與亞微米級高精度控制技術、柔性生產工藝技術等方面不斷迭代升級與創新。
2. 無線網路化技術。適應各種物聯網（感測網）技術推廣應用，在工業網際網路、 人工智慧 技術、移動智慧終端、5G 技術標準下的無線網路化感測器產品與技術創新。把移動（手機、車、船、飛機等）或固定物體（機床、樓宇、商場、家庭、山林等）作為安裝和應用感測器的平臺和智慧化節點，實現嵌入式、多功能複合與整合、模組化構架、網路化介面等協同式創新，以滿足對一切物體智慧化、“ 無人化” 管理與控制的需求。
3. 微能量獲取技術。感測器智慧化節點在室內外使用過程中，特別是野外使用環境下，供電問題始終是在各個領域推廣應用的一大障礙。圍繞著自然界風能、光能、電磁能等微能量收集與獲取，稱為“ 微能量捕捉技術” ，為感測器提供能量將成為今後技術創新又一方向。
從美國感測器產業發展來看，呈現幾個特點：一是在共性基礎技術上下功夫，注重新技術、新工藝應用，不斷提升品質。二是強調感測器網路化、智慧化節點技術、能量捕捉技術及協同創新。三是核心技術都有政府管控、扶持、資助與推動的影子。四是重點推廣應用領域的引領與帶動作明顯，如軍事工業、裝備製造、物流、生態環境監控（森林防控）、移動醫療、智慧家居等。
產業化特徵
徹底改變技術和市場的孤島化、碎片化問題是感測器產業化的關鍵之處。這需要藉助共性基礎技術和工藝，建立生產可柔性化、工藝規範化、產品標準化的生產體系，尋找產品的配套市場。根據MEMS 工藝技術和產品市場應用特點，溫敏、聲敏、力敏、光敏、氣敏、磁敏、頻率等7 大型別產品符合產業化技術特點和市場規模化需求，可實現產業化規模生產。
當下，以矽麥克風為代表的聲敏感測器已經在國內外形成了十大主流特色品牌產品和商家（其中有瑞聲、歌爾兩家國內企業），實現了產業化規模生產；
在溫、溼度感測器方面，美國、德國、瑞士、日本、中國等都有規模化生產能力，在未來發展中溫溼度將複合在其他物理量感測器之中，比如力敏、磁敏感測器中，可同時檢測溫溼度引數；
頻率與RF 射頻、毫米波等共性工藝技術接近，而引數、功能、應用差異較大的產品，可在同一廠家實現產業化。特別是在手機、智慧交通、生物感知等應用領域具有爆發式增長，具有較大的誘惑力。射頻器件95% 仍由歐美廠商主導，甚至沒有一家亞洲廠商進入。為了打破行業壟斷現象，這將成為未來技術創新與競爭的焦點。
小產業卻是大戰略
與國外相比，我國感測器產業發展緩慢的原因主要是認識上的差距所致。對感測器帶有偏見和片面的認識，缺乏國家戰略認識高度。由於感測器分屬不同行業和部門，存在多頭管理現象，在發展上難以取得共識，政策支援缺乏力度導致產業分散，產品不能形成系列。
在國內近5000 家儀器儀表企業中，有1600 多家不同程度地生產製造敏感元件及感測器，其中，95% 以上屬於小微企業。一方面缺乏足夠的人力、物力、工藝技術條件等資源配置，產業化基礎薄弱；另一方面市場準入門檻過高，缺乏相應的應用開發和技術創新能力，產品整體技術水平和引數效能指標，特別是可靠性、穩定性指標與國外同類產品相比要低1 ～2 個數量級，無法滿足市場對企業資質和配套能力的要求。中國目前缺乏龍頭企業引領和行業帶動，缺乏國際化品牌、市場影響力、競爭優勢和基礎研究能力，導致行業內專業化企業數不足3% ；核心晶片大都依賴進口，中高檔產品幾乎100 ％進口；整體工藝技術水平落後國外先進國家10 年～15 年。
目前國內感測器產值過億元的僅佔企業總數的13% ，全國不足200 家。針對國內產業現狀和行業特點及存在問題，結合感測器技術工藝特徵，業內期待在經濟發達和具有技術優勢的地區，聚集國內外數十家及更多的感測器專業性公司和科研院所，組成具有產品技術工藝特色和產業化規模優勢，以及國際市場影響力的產業叢集或基地，形成年銷售額1000 億元人民幣（150 億美元）以上、年增長率高於20% 的國際化感測器特色產業園區。形成以敏感元器件為核心，智慧化、網路化、模組化等整合應用為創新主體，物聯網、智慧城市為應用目標的產業鏈構架（產業生態），同時具備政、產、學、研、用、服六維一體生態環境，實現產業化叢集式發展，形成我國感測器“ 雙生態” 產業鏈，具有產業特色明顯和區位優勢突出的國際感測器產業園—— 感測谷。
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