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物联网时代传感器低成本化发展的思考

物联网是全球信息产业的发展趋势之一,也是我国“十二五”规划的重点发展方向。目前,国家正在大力发展物联网产业,2010到2015年为物联网导入期,在主导领域实现物物互联;2015年到2020年为成长期,物联网将实现半智能化;2020年之后为发展期,物联网将全面实现智能化。2015年的市场规模就超过2000亿元,预计到2025年将达到7 500亿元,年增长率超过30%,市场前景将超过计算机、互联网、移动通讯等市场。

物联网的体系架构包括三个层次:一个是感知网络,即以二维码、RFID、传感器为主来实现“物”的识别;二是传输网络,即通过现有的互联网、广电网、通信网或者下一代互联网,实现数据的传输和计算;三是应用网络,也就是各种应用服务,包括输入输出控制终端以及手机等终端。

感知层是实现物联网全面感知的基础,包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器和M2M终端、传感器网络和传感器网关等。要解决的重点问题是感知和识别物体,采集和捕获信息,要突破的方向是具备更敏感、更全面的感知能力,解决低功耗、小型化和低成本的问题。

据预测,未来10年,传感器需求市场的规模将超万亿,年平均增长速度超50%,70亿人人均1000支传感器。

传感器的应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子、通信、消费电子和专用设备等。

在世界范围内,传感器市场增长最快的是汽车市场的需求,占第二位的是过程控制市场,前景看好的是通讯市场。

汽车控制系统电子化水平的关键在于采用传感器的数量和水平。目前,一辆普通家用轿车上大约会安装几十到近百只传感器,豪华轿车传感器数量可多达200余只,种类达几十种。汽车和通信市场所用传感器约占整个市场的三分之一。

我国是全球白家电(包括家用空调、电冰箱和洗衣机)生产和出口大国,2009年的总产量达3亿多台,所用传感器约占市场的五分之一。

传感器在医疗、环保、气象等专用电子设备中的应用增长快速,所用传感器占市场份额的15%左右。

传感器的综合成本分内、外成本,即传感器厂商的制造成本与直接用户的使用成本。 制造成本追求传感器制造过程及结果的量产率、成品率、一致性,追求最大限度的单位材料、能源、人力的产出率;使用成本则是厂商以用户的成本为中心,这已经不是做单纯的传感器制造商,而是在卖产品的同时,还要以产品形式向用户提供传感器服务(如选型、安装、维护等)。

传感器的制造过程是使用、占用、消耗资源最大的流程,主要包括敏感芯片/元件加工、封装/组装、检测/试验。

物联网时代传感器低成本化发展的思考

奥松电子研发的各类传感器芯片

敏感芯片/元件加工是低成本化最早、成熟度最高、最有量产规模效益的环节,该环节现在越来越多的种类已经成功移植半导体IC制造工艺,从而形成了独立的微机械加工技术——MEMS工艺,这主要体现在:

(1) 单体微型化:边长与面积关系,材料利用率成几何增速;

(2) 基片大尺度化和单批基片数量增多,产出量和材料、能源、人力利用率成几何增速;

(3) 扁平化在非平面结构已有突破,如薄膜线圈;

(4) 设备仪器工艺控制能力出众超群,成品率、一致性、可靠性、寿命成数量级增长。

广州奥松(ASAIR)电子有限公司是目前国内首家MEMS传感器制造厂商(IDM模式),从2003年成立至今,自主研发的湿度传感器销量已经达到3.5亿颗,并将陆续开发出VOC气体传感器、水蒸气传感器、二氧化碳传感器、热外人感传感器等多种类型传感器产品。并与海尔、惠而浦、大金、美的等厂商合作,开拓属于中国自己的传感器,助力中国传感器行业的发展。

未来,一旦物联网大规模普及,无数的物品需要加装更加小巧和智能的传感器,用于动物、植物、机器等物品的传感器与电子标签及配套的接口装置数量将大大超过目前的手机数量。仅就消费电子传感器而言,目前平均市场价格为1美元,10年后将降到0.5美元,7万亿支需求将展示超万亿美元的市场机遇。因此,中国传感器产业要为能分切全球市场大“蛋糕”准备好“切刀”,为站在靠前位置做好准备。

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