全球物聯(lián)網(wǎng)及傳感器產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢

　　隨著《中國制造2025》、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃以及《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》的大力推進，傳感器技術及傳感器產(chǎn)業(yè)的重要地位日益凸顯。作為物聯(lián)網(wǎng)感知層中的重要組成部分，傳感器在汽車電子、消費電子、生物醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領域中的應用有哪些進展?全球物聯(lián)網(wǎng)及傳感器產(chǎn)業(yè)有哪些新的發(fā)展趨勢?新形勢下敏感元器件與傳感器行業(yè)如何實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展?

　　日前，由中國電子元件行業(yè)協(xié)會敏感元器件與傳感器分會主辦、成都宏明電子股份有限公司承辦的“2016傳感器產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨中國電子元件行業(yè)協(xié)會敏感元器件與傳感器分會2016年會”召開，與會專家與企業(yè)家普遍認為，敏感元器件和傳感器具有廣闊應用前景和發(fā)展空間。

　　2020年實現(xiàn)30%國產(chǎn)化目標

　　“電子元件是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎，敏感元件和傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的基礎?！敝袊娮釉袠I(yè)協(xié)會理事長溫學禮指出，“但敏感元件和傳感器同時也是我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的瓶頸，目前仍有80%依賴進口?！?/p>

　　回首“十二五”，我國敏感元器件及傳感器產(chǎn)業(yè)以20.9%的年均增長率實現(xiàn)了高速發(fā)展，2015年銷售額達到547億元，比原規(guī)劃目標360億元超額完成50%以上。

　　目前，我國傳感器產(chǎn)業(yè)布局基本形成，也取得了一定的成績，擁有了基本齊全的產(chǎn)品門類，中低檔產(chǎn)品基本滿足市場需求，設計、研發(fā)和應用水平有了一定的提高。中國傳感器產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成從技術研發(fā)、設計、生產(chǎn)到應用的完整產(chǎn)業(yè)體系，部分細分領域已躋身世界領先水平。

　　但就總體水平而言，國產(chǎn)的傳感器產(chǎn)品仍以中低端為主，技術水平相對落后。中國市場上的中高端傳感器進口占比達80%，數(shù)字化、智能化、微型化產(chǎn)品嚴重欠缺。

　　國內企業(yè)的產(chǎn)品主要集中在低端的壓力、溫度、應變片等低附加值產(chǎn)品，近年內有幾家企業(yè)開始MEMS產(chǎn)品的生產(chǎn)，其中麥克風產(chǎn)品勢頭發(fā)展較好，但其他如壓力、加速度、陀螺等也是比較低端的產(chǎn)品。

　　“十三五”期間，在市場需求、政策牽引等一系列利好因素下，我國傳感器產(chǎn)業(yè)競爭力有望進一步提升。

　　中國電子元件行業(yè)協(xié)會秘書長古群表示，“十三五”期間，我國電子元件行業(yè)(不含印制電路板和電池)將保持中速增長，年均增速為5%左右，而其中混合集成電路、敏感元器件及傳感器、光器件三個分支行業(yè)將保持較高增速，其中敏感元器件與傳感器行業(yè)增速有望高達9%。

　　古群認為，隨著民族企業(yè)的成長，本土品牌市場份額不斷提升，2020年敏感元器件與傳感器將實現(xiàn)30%的國產(chǎn)化發(fā)展目標。

　　物聯(lián)網(wǎng)應用驅動旺盛市場需求

　　蓬勃的物聯(lián)網(wǎng)應用需求是支撐30%國產(chǎn)化目標實現(xiàn)的強大推動力。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)感知層中的重要組成部分，承擔著數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)闹厝危俏锫?lián)網(wǎng)實現(xiàn)的基礎和前提。數(shù)據(jù)顯示，全球物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模在2025年有望達到11萬億美元，相應的傳感器市場也將達到數(shù)千億美元的市場規(guī)模。

　　目前，一部智能手機中要用到十幾種傳感器，一部高檔汽車里可能要用到幾百個傳感器，一個現(xiàn)代化智能工廠中用到的傳感器數(shù)量動輒以萬計，傳感器已經(jīng)滲透到人們生產(chǎn)生活的方方面面。《第三次工業(yè)革命》和《零邊際成本社會》的作者杰里米·里夫金大膽猜想，到2030年，全球應用的傳感器數(shù)量將從2013年的35億個突飛猛進到超過100萬億個，人與自然環(huán)境將通過傳感器緊密相連。

　　“通過在智能家居、智能照明、汽車電子、智能醫(yī)療、智能農(nóng)業(yè)、建筑結構健康監(jiān)測等主要網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)應用領域里大顯身手，傳感器將為人們締造真正的智能生活?！薄贝逄锕局袊鴧^(qū)執(zhí)行副總裁孫崑泉表示。

　　就拿心率檢測來說，村田創(chuàng)新的模塊化方案結合了加速度MEMS傳感器、信號處理和無線模塊，可以無接觸地測量病人躺在床上的心臟沖擊掃描信號。不僅能從病床的運動信號中分離出患者的運動信號，檢測患者的搖擺、翻轉和靜止時心臟的狀態(tài)，還能監(jiān)測睡眠質量。這樣一來，把帶有這種傳感器的設備安裝在醫(yī)院的病床上，醫(yī)務人員就能遠程監(jiān)測患者的實時情況，這同樣也非常適用于獨居老人和養(yǎng)老院等。

　　森薩塔公司大中國區(qū)市場總監(jiān)賈永平非?？春贸掷m(xù)增長的汽車傳感器應用市場。2020年全球汽車傳感器市場需求將達到 253億美元，其中中國是全球三大汽車傳感器市場之一，將以8.9%的年均增長率在2020年達到55億美元的規(guī)模。

　　賈永平認為，在更節(jié)能、更清潔、更安全的需求驅動下，汽車中由傳感器控制的空調系統(tǒng)、電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)、共軌系統(tǒng)、柴油后處理系統(tǒng)、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)等許多先進系統(tǒng)的裝配率將不斷提升，而這些系統(tǒng)中都有大量的傳感器應用。

　　敏感元器件及傳感器甚至在彩電行業(yè)也有廣闊的應用前景。TCL王牌彩電成都有限公司彩電廠廠長陳合智表示，除了尺寸、清晰度、顯示技術等關鍵指標外，當下電視機的最大賣點就是互聯(lián)、智能?；诖?，敏感器件在未來的電視產(chǎn)業(yè)中，必將大有作為。

　　首先是光感應。在電視機外殼上設置一個感應環(huán)境光變化的傳感器，能根據(jù)環(huán)境光線的變化，自動對電視機亮度進行調節(jié)，從而達到省電、護眼功能。

　　其次是利用霍爾傳感器，對投影電視進行開關機控制。具體原理是根據(jù)霍爾效應，通電導體兩端的電位在磁場的作用下發(fā)生改變，以此控制三極管的導通與截止，進而給主板一個開機或關機信號。

　　再次是利用溫度傳感器，對投影電視光機進行散熱控制。傳感器檢測到溫度較高時，通知CPU輸出信號給降溫風扇，提高其轉速。當溫度稍低時，CPU輸出控制信號讓降溫風扇低速運行，進而達到節(jié)能和降低噪音的目的。

　　最后是通過手勢對電視機進行操控。目前，基于電場的手勢感應器輸出已經(jīng)是一種很完善的人機交互解決方案，設計人員可以十分方便地將2D多點觸摸和3D手勢識別功能輕松集成至顯示應用中。

　　精彩觀點

　　電子科技大學教授太慧玲：

　　新材料新工藝助力傳感器微型化智能化

　　傳感器技術作為信息技術的基礎與三大支柱之一，受到世界發(fā)達國家的高度關注和競相追逐研究。隨著對信息檢測的精度和準確度越來越高，傳統(tǒng)的傳感器已經(jīng)不能滿足新形勢的需求，因此在世界范圍內，利用現(xiàn)代科學技術，研究開發(fā)了各類新型傳感器和敏感功能材料。同時，由于在制造中引入了微細加工技術和納米技術等先進工藝，使得傳感器技術得到飛速發(fā)展，并取得了可喜的成就。

　　未來傳感器技術的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在四個方面：一是新原理、新材料、新工藝的研發(fā)和應用。其中，最近熱門的仿生傳感器的設計理念主要涵蓋兩部分，即敏感機制的仿生和傳感器功能的仿生。仿生敏感材料與仿生原理是發(fā)展仿生傳感器的基石與核心，直接決定了仿生傳感器技術的應用價值。另外，納米材料、石墨烯等新材料以及MEMS+NEMS+薄膜技術的創(chuàng)新工藝也被業(yè)界廣泛關注。

　　二是集成化、小型化與多功能。目前，各種集成化芯片不斷出現(xiàn)，而企業(yè)也面臨著低成本設計、多功能復合、新市場拓展及配套應用、價格壓力等多方面的挑戰(zhàn)。

　　三是柔性化。在可穿戴設備2.0時代，穿戴計算和貼身智能成為設計方向。但目前可穿戴設備更多是形態(tài)上的變化，無論是產(chǎn)品實用性，還是抗沖擊、防鹽防水、衛(wèi)生等等，都還有很長的路要走。其中很大的一個制約因素就是制造材料限制。

　　四是智能化與網(wǎng)絡化。智能式傳感器是一種帶微處理機的，兼有信息檢測、處理、記憶和邏輯思維與判斷功能的傳感器。從構成上看，智能傳感器是一個典型的以微處理器為核心的計算機檢測系統(tǒng)，能實現(xiàn)自診斷、自校準、邏輯判斷、統(tǒng)計處理、記憶、存儲等多方面的功能。傳感器網(wǎng)絡也是當前國際上備受關注的、由多學科高度交叉的新興前沿研究領域，具有十分廣闊的應用前景。

　　中國電子元件行業(yè)協(xié)會秘書長古群：

　　多管齊下提升行業(yè)整體競爭力

　　在提升配套產(chǎn)業(yè)的實力方面，一方面應圍繞急需發(fā)展的重點電子元件產(chǎn)品門類，形成每個門類1~2家技術實力能夠接近國外知名品牌的電子元件關鍵原材料和零組件供應商;另一方面，應推動關鍵生產(chǎn)設備和檢測設備的國產(chǎn)化，爭取電子元件各細分行業(yè)50%的通用設備能夠國產(chǎn)化，基本滿足生產(chǎn)中等檔次電子元件產(chǎn)品的需要，特定領域細分市場實現(xiàn)全球先進甚至領先。

　　在社會責任與信用體系方面，一是推行《電器電子產(chǎn)品有害物質限制使用管理辦法》，推進高耗能、高耗水、含酸、含鉛、含鎘等電子元件產(chǎn)品的節(jié)能、降耗、減排;二是提升企業(yè)社會責任意識，通過SA8000、OHSAS18000等社會責任標準體系的企業(yè)達到電子元件行業(yè)重點骨干企業(yè)數(shù)量的30%以上;三是重點推進中國電子元件行業(yè)信用等級評價工作。

　　2014年，國務院發(fā)布《社會信用體系建設規(guī)劃綱要》(2014-2020年)，中國電子元件行業(yè)協(xié)會經(jīng)批準，聯(lián)合第三方信用評價機構開始了“中國電子元件行業(yè)企業(yè)信用等級評價”工作。

　　5月30日，國務院發(fā)布了《關于建立完善守信聯(lián)合激勵和失信聯(lián)合懲戒制度加快推進社會誠信建設的指導意見》，我們調整了今年電子元件百強的排序規(guī)則，將電子元件行業(yè)信用等級作為電子元件百強排序的評分標準之一。今年的電子元件百強有57家企業(yè)獲得A級以上信用等級，“十三五”期間，授信A級以上信用等級企業(yè)力爭達到300家以上，同時初步開展信用黑名單制度試點。

　　在標準化建設方面，一是優(yōu)化完善電子元件行業(yè)的相關國家標準、行業(yè)標準，鼓勵和推動優(yōu)秀企業(yè)參與國際標準制訂;二是大力推進電子元件行業(yè)標準化改革，以協(xié)會為核心，推動團體標準的制訂;三是建立企業(yè)產(chǎn)品和服務標準自我聲明公開和監(jiān)督制度。

　　村田公司中國區(qū)執(zhí)行副總裁孫崑泉：

　　提高精度和可靠性是努力方向

　　在各種物聯(lián)網(wǎng)應用中，傳感器在感知到信息后，通過無線通信技術將信息進行傳輸。比如短距離傳輸可以用WiFi技術，長距離傳輸有目前華為在力推的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術等。數(shù)據(jù)經(jīng)過傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，再由MCU進行分析，從傳感器的整個工作流程來看，有很多值得關注的地方。

　　比如在傳感器技術的發(fā)展上，新型和智能材料，自診斷、自修復、自增強等自適應功能，先進工藝、納米技術、MEMS技術、仿生傳感器等新型傳感器都是未來的發(fā)展方向。在傳感器產(chǎn)品的發(fā)展上，小型化、集成化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化的發(fā)展方向也已成為業(yè)界共識。

　　總體來說，要實現(xiàn)傳感器的無所不在、無處不在，減少成本和響應時間、提高精度和可靠性是我們努力的大方向。

　　傳感器用于無線通信的能量自給系統(tǒng)是我們目前關注的熱點之一。這種能量自給系統(tǒng)利用自然發(fā)電，結合使用電容器，可儲存電能，省去電池，適用于簡單的信息傳送。盡管目前可以收集的能量強度僅為10μW-1mW，但是配合電容一起使用時，可以達到1W，可滿足傳感器的供電需求，并把信息發(fā)送出去。其中，村田的光發(fā)電元件在室內照明或微弱燈光下都具有良好的發(fā)電能力，利用該光發(fā)電元件可在任何有光的地方設置節(jié)點，無需電池和電線。

　　成都宏明電子股份有限公司四廠廠長章莉：

　　創(chuàng)新發(fā)展突破傳感器行業(yè)“大而不強”

　　傳感器位于物聯(lián)網(wǎng)的感知層，是物聯(lián)網(wǎng)中感知、獲取與檢測信息的窗口，在現(xiàn)代信息技術中有著舉足輕重的地位。但是傳感器相關的關鍵元件、關鍵材料、關鍵設備仍依賴進口，我國企業(yè)不僅要高價購買，部分產(chǎn)品甚至面臨禁運封鎖。我國敏感元器件和傳感器行業(yè)“大而不強”。

　　如何創(chuàng)新發(fā)展，提高行業(yè)核心競爭力?

　　一是站在巨人的肩膀上，加快攀登技術高峰。數(shù)據(jù)要素已經(jīng)成為企業(yè)的重要資產(chǎn)和創(chuàng)新驅動的核心，“大數(shù)據(jù)時代”已經(jīng)到來，數(shù)據(jù)分析能力已經(jīng)成為企業(yè)核心競爭力。隨著互聯(lián)網(wǎng)和云計算的發(fā)展，實時數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長。

　　二是建好設計平臺，不要輸在起跑線上。元件的性能取決于微觀機理、材料、結構和工藝。主要電性能參數(shù)應包括額定值和極限值。如果我們的產(chǎn)品設計參數(shù)只有幾個常規(guī)參數(shù)，我們的產(chǎn)品就輸在了起跑線上。

　　三是工藝技術改造決定成敗。工藝平臺建設是產(chǎn)品從試驗到批量生產(chǎn)的關鍵。工欲善其事，必先利其器。同樣的產(chǎn)品，先進的工藝裝備可以提高合格率和生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)量，降低成本，形成別人難以復制的核心技術競爭力。因此必須抓住關鍵，勇于攻克難關，包括某些工藝細節(jié)的控制。

　　四是注重成本要素，實現(xiàn)整體優(yōu)化創(chuàng)新。產(chǎn)品可靠性是創(chuàng)造出來的，事前采取對策，是最有效的。