人類步入21世紀(jì),，全面進(jìn)入信息時(shí)代，從一定意義上講,，也就進(jìn)入了傳感器時(shí)代,。在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，傳感器處于連接被測(cè)對(duì)象和測(cè)試系統(tǒng)的接口位置,，可直接或間接接觸被測(cè)對(duì)象,，是信息輸入的“窗口”，是萬物互聯(lián)的眼睛,，是數(shù)據(jù)信息獲取的唯一功能器件,，直接影響和決定系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。特別是當(dāng)前備受國際關(guān)注的物聯(lián)網(wǎng),、大數(shù)據(jù),、云計(jì)算技術(shù)，乃至智慧城市中的各種技術(shù)實(shí)現(xiàn),，對(duì)于傳感器技術(shù)的依賴尤為突出,。

　　標(biāo)準(zhǔn)紛爭(zhēng)的傳感器

　　目前，全球產(chǎn)品化的傳感器種類約有2.6萬余種。由于缺乏制定國際標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)則與規(guī)范,，尚未制定出權(quán)威的傳感器標(biāo)準(zhǔn)類型,。其敏感機(jī)理、敏感材料,、使用功能,、應(yīng)用領(lǐng)域等互相交錯(cuò)及深度融合，難以厘清,，各國及各行業(yè)圍繞標(biāo)準(zhǔn)劃分的爭(zhēng)論從未停止,，各抒己見、爭(zhēng)論不休,，從而導(dǎo)致產(chǎn)品名稱混亂,、種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,、參數(shù)各異等復(fù)雜狀況,。目前，行業(yè)只能劃分為簡(jiǎn)單的物理傳感器,、化學(xué)傳感器和生物傳感器等大的類別,。

　　由于敏感機(jī)理、敏感材料不同,，加之工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、使用場(chǎng)景,，以及被檢測(cè)介質(zhì)與個(gè)性化參數(shù),、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，長期以來,，傳感器一直處于多品種,、小批量生產(chǎn)狀態(tài)。受工藝技術(shù)的分散性,、復(fù)雜性影響和設(shè)備裝置價(jià)格昂貴等因素制約,，業(yè)界稱其生產(chǎn)過程為制造“工業(yè)工藝品”。各國工程技術(shù)人員圍繞著工藝技術(shù)協(xié)同,、融合,，在產(chǎn)品規(guī)范化、性能歸一化,、功能集成化,、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，以及工藝設(shè)備和工裝夾具的產(chǎn)業(yè)化方面開展了長期的技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新,，形成了一大批不同特色的技術(shù)成果,。

　　MEMES工藝是創(chuàng)新源泉

　　在美國硅谷傳感器領(lǐng)域，以MEMS工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同行業(yè)和功能的需求,，展開不同封裝結(jié)構(gòu)的各種傳感器產(chǎn)品創(chuàng)新,，已經(jīng)持續(xù)了近25年，形成各種類型傳感器產(chǎn)品,，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展,，得到了各行業(yè)的廣泛認(rèn)同。正如硅谷MEMS工藝技術(shù)創(chuàng)始人丹尼斯所說：“20多年來,，硅谷傳感器產(chǎn)品一直都圍繞著以硅基材料為主體的MEMS芯片和不同行業(yè)領(lǐng)域的市場(chǎng)應(yīng)用需求,，開展不同結(jié)構(gòu)形式封裝的產(chǎn)品創(chuàng)新”。因此,，MEMS工藝技術(shù)是各種類型傳感器的共性基礎(chǔ)工藝技術(shù),，被業(yè)界稱之為傳感器創(chuàng)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(dǎo)體平面工藝更新?lián)Q代和不斷升級(jí)，工藝設(shè)備與裝置水平成熟度增強(qiáng),，價(jià)格不斷降低,，MEMS工藝也正在向更大尺寸方向發(fā)展，工藝成熟度也隨之不斷增強(qiáng),。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于物理,、化學(xué)和生物傳感器中，在聲敏,、光敏,、熱敏、力敏,、磁敏,、氣敏、濕敏,、壓敏,、離子敏等傳感器中的應(yīng)用業(yè)已成熟。不僅提高了產(chǎn)業(yè)化能力,，降低了產(chǎn)品成本,，也大大提高了產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性,、一致性,，使得產(chǎn)品的分散性,、離散性得到了極大改善，可進(jìn)行規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化的封裝與生產(chǎn),，在批量化與規(guī)?；a(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。

　　2011年,，美國業(yè)界認(rèn)為MEMS工藝已經(jīng)成熟,，可以廣泛推廣應(yīng)用，確立并形成了傳感器產(chǎn)業(yè)圍繞MEMS工藝技術(shù)和應(yīng)用兩大方向的創(chuàng)新與突破：一是敏感機(jī)理創(chuàng)新與工藝突破,。提高了MEMS工藝技術(shù)在材料與工藝結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)理論與應(yīng)用水平,，比如在晶體與非晶體、各種半導(dǎo)體材料應(yīng)用;在硅-硅鍵合工藝,、硅薄膜工藝,、金屬薄膜工藝等多個(gè)領(lǐng)域的工藝技術(shù)創(chuàng)新，大大提高了產(chǎn)品生產(chǎn)的微型化,、低成本,、復(fù)合型、集成度等產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)水平,。二是智能化水平提高和應(yīng)用創(chuàng)新,。在多功能集成化、模塊化構(gòu)架,、嵌入式能力,、網(wǎng)絡(luò)化接口等方面形成了創(chuàng)新與突破。

　　這二者的突破,，極大地改善了產(chǎn)用難以對(duì)接的矛盾,，搭建了生產(chǎn)制造與市場(chǎng)應(yīng)用的橋梁與技術(shù)通道，突破了行業(yè)在生產(chǎn)和應(yīng)用長期形成的技術(shù)壁壘和發(fā)展瓶頸,。同時(shí)也提高了各行業(yè)的產(chǎn)品自主選擇和應(yīng)用設(shè)計(jì)能力，大大刺激了應(yīng)用需求,，拓展了市場(chǎng)空間,。

　　智能化的三大核心

　　美國明確地提出傳感器智能化的三大核心技術(shù)與創(chuàng)新趨勢(shì)：

　　1.MEMS工藝技術(shù)。在微型化,、低功耗,、低成本、多材料復(fù)合,、多參數(shù)融合,，在大片集成工藝技術(shù)與裝備、微米與亞微米級(jí)高精度控制技術(shù),、柔性生產(chǎn)工藝技術(shù)等方面不斷迭代升級(jí)與創(chuàng)新,。

　　2.無線網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)。適應(yīng)各種物聯(lián)網(wǎng)(傳感網(wǎng))技術(shù)推廣應(yīng)用，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),、人工智能技術(shù),、移動(dòng)智能終端、5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下的無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器產(chǎn)品與技術(shù)創(chuàng)新,。把移動(dòng)(手機(jī),、車、船,、飛機(jī)等)或固定物體(機(jī)床,、樓宇、商場(chǎng),、家庭,、山林等)作為安裝和應(yīng)用傳感器的平臺(tái)和智能化節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)嵌入式,、多功能復(fù)合與集成,、模塊化構(gòu)架、網(wǎng)絡(luò)化接口等協(xié)同式創(chuàng)新,，以滿足對(duì)一切物體智能化,、“無人化”管理與控制的需求。

　　圖1：傳感器智能化的三大核心技術(shù)

　　3.微能量獲取技術(shù),。傳感器智能化節(jié)點(diǎn)在室內(nèi)外使用過程中,，特別是野外使用環(huán)境下，供電問題始終是在各個(gè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用的一大障礙,。圍繞著自然界風(fēng)能,、光能、電磁能等微能量收集與獲取,，稱為“微能量捕捉技術(shù)”,，為傳感器提供能量將成為今后技術(shù)創(chuàng)新又一方向。

　　從美國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看,，呈現(xiàn)幾個(gè)特點(diǎn)：一是在共性基礎(chǔ)技術(shù)上下功夫,，注重新技術(shù)、新工藝應(yīng)用,，不斷提升品質(zhì),。二是強(qiáng)調(diào)傳感器網(wǎng)絡(luò)化、智能化節(jié)點(diǎn)技術(shù),、能量捕捉技術(shù)及協(xié)同創(chuàng)新,。三是核心技術(shù)都有政府管控、扶持,、資助與推動(dòng)的影子,。四是重點(diǎn)推廣應(yīng)用領(lǐng)域的引領(lǐng)與帶動(dòng)作明顯,，如軍事工業(yè)、裝備制造,、物流,、生態(tài)環(huán)境監(jiān)控(森林防控)、移動(dòng)醫(yī)療,、智能家居等,。

　　產(chǎn)業(yè)化特征

　　徹底改變技術(shù)和市場(chǎng)的孤島化、碎片化問題是傳感器產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵之處,。這需要借助共性基礎(chǔ)技術(shù)和工藝,，建立生產(chǎn)可柔性化、工藝規(guī)范化,、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)體系,，尋找產(chǎn)品的配套市場(chǎng)。根據(jù)MEMS工藝技術(shù)和產(chǎn)品市場(chǎng)應(yīng)用特點(diǎn),，溫敏,、聲敏、力敏,、光敏,、氣敏、磁敏,、頻率等7大類型產(chǎn)品符合產(chǎn)業(yè)化技術(shù)特點(diǎn)和市場(chǎng)規(guī)?；枨螅蓪?shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn),。

　　當(dāng)下,，以硅麥克風(fēng)為代表的聲敏傳感器已經(jīng)在國內(nèi)外形成了十大主流特色品牌產(chǎn)品和商家(其中有瑞聲、歌爾兩家國內(nèi)企業(yè)),，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn);

　　在溫,、濕度傳感器方面，美國,、德國,、瑞士、日本,、中國等都有規(guī)模化生產(chǎn)能力,，在未來發(fā)展中溫濕度將復(fù)合在其他物理量傳感器之中,，比如力敏、磁敏傳感器中,，可同時(shí)檢測(cè)溫濕度參數(shù);

　　頻率與RF射頻,、毫米波等共性工藝技術(shù)接近,，而參數(shù)、功能,、應(yīng)用差異較大的產(chǎn)品,，可在同一廠家實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。特別是在手機(jī),、智能交通,、生物感知等應(yīng)用領(lǐng)域具有爆發(fā)式增長，具有較大的誘惑力,。射頻器件95%仍由歐美廠商主導(dǎo),，甚至沒有一家亞洲廠商進(jìn)入。為了打破行業(yè)壟斷現(xiàn)象,，這將成為未來技術(shù)創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn),。

　　小產(chǎn)業(yè)卻是大戰(zhàn)略

　　與國外相比，我國傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢的原因主要是認(rèn)識(shí)上的差距所致,。對(duì)傳感器帶有偏見和片面的認(rèn)識(shí),，缺乏國家戰(zhàn)略認(rèn)識(shí)高度。由于傳感器分屬不同行業(yè)和部門,，存在多頭管理現(xiàn)象,，在發(fā)展上難以取得共識(shí)，政策支持缺乏力度導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)分散,，產(chǎn)品不能形成系列,。

　　在國內(nèi)近5000家儀器儀表企業(yè)中，有1600多家不同程度地生產(chǎn)制造敏感元件及傳感器,，其中,，95%以上屬于小微企業(yè)。一方面缺乏足夠的人力,、物力,、工藝技術(shù)條件等資源配置，產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)薄弱;另一方面市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻過高,，缺乏相應(yīng)的應(yīng)用開發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新能力,，產(chǎn)品整體技術(shù)水平和參數(shù)性能指標(biāo)，特別是可靠性,、穩(wěn)定性指標(biāo)與國外同類產(chǎn)品相比要低1～2個(gè)數(shù)量級(jí),，無法滿足市場(chǎng)對(duì)企業(yè)資質(zhì)和配套能力的要求。中國目前缺乏龍頭企業(yè)引領(lǐng)和行業(yè)帶動(dòng),，缺乏國際化品牌,、市場(chǎng)影響力、競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和基礎(chǔ)研究能力,，導(dǎo)致行業(yè)內(nèi)專業(yè)化企業(yè)數(shù)不足3%;核心芯片大都依賴進(jìn)口,，中高檔產(chǎn)品幾乎100%進(jìn)口;整體工藝技術(shù)水平落后國外先進(jìn)國家10年～15年,。

　　目前國內(nèi)傳感器產(chǎn)值過億元的僅占企業(yè)總數(shù)的13%，全國不足200家,。針對(duì)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和行業(yè)特點(diǎn)及存在問題,，結(jié)合傳感器技術(shù)工藝特征，業(yè)內(nèi)期待在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)的地區(qū),，聚集國內(nèi)外數(shù)十家及更多的傳感器專業(yè)性公司和科研院所,，組成具有產(chǎn)品技術(shù)工藝特色和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模優(yōu)勢(shì)，以及國際市場(chǎng)影響力的產(chǎn)業(yè)集群或基地,，形成年銷售額1000億元人民幣(150億美元)以上,、年增長率高于20%的國際化傳感器特色產(chǎn)業(yè)園區(qū)。形成以敏感元器件為核心,，智能化,、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化等集成應(yīng)用為創(chuàng)新主體,，物聯(lián)網(wǎng),、智慧城市為應(yīng)用目標(biāo)的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)架(產(chǎn)業(yè)生態(tài))，同時(shí)具備政,、產(chǎn),、學(xué)、研,、用,、服六維一體生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化集群式發(fā)展,，形成我國傳感器“雙生態(tài)”產(chǎn)業(yè)鏈,，具有產(chǎn)業(yè)特色明顯和區(qū)位優(yōu)勢(shì)突出的國際傳感器產(chǎn)業(yè)園——傳感谷。