信息輸入的窗口：傳感器的時代
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準的準則與規(guī)范，尚未制定出權威的傳感器標準類型。
人類步入21世紀，全面進入信息時代，從一定意義上講，也就進入了傳感器時代。在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，傳感器處于連接被測對象和測試系統(tǒng)的接口位置，可直接或間接接觸被測對象，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 功能器件，直接影響和決定系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。特別是當前備受國際關注的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算技術，乃至智慧城市中的各種技術實現(xiàn)，對于傳感器技術的依賴尤為突出。
標準紛爭的傳感器
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準的準則與規(guī)范，尚未制定出權威的傳感器標準類型。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，難以厘清，各國及各行業(yè)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(chǎn)品名稱混亂、種類繁多、結構復雜、參數(shù)各異等復雜狀況。目前，行業(yè)只能劃分為簡單的物理傳感器、化學傳感器和生物傳感器等大的類別。
由于敏感機理、敏感材料不同，加之工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境、使用場景，以及被檢測介質與個性化參數(shù)、結構復雜等特點，長期以來，傳感器一直處于多品種、小批量生產(chǎn)狀態(tài)。受工藝技術的分散性、復雜性影響和設備裝置價格昂貴等因素制約，業(yè)界稱其生產(chǎn)過程為制造“工業(yè)工藝品”。各國工程技術人員圍繞著工藝技術協(xié)同、融合，在產(chǎn)品規(guī)范化、性能歸一化、功能集成化、結構標準化，以及工藝設備和工裝夾具的產(chǎn)業(yè)化方面開展了長期的技術開發(fā)與創(chuàng)新，形成了一大批不同特色的技術成果。
MEMS工藝是創(chuàng)新源泉
在美國硅谷傳感器領域，以MEMS工藝技術為基礎，根據(jù)不同行業(yè)和功能的需求，展開不同封裝結構的各種傳感器產(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，應用領域不斷擴展，得到了各行業(yè)的廣泛認同。正如硅谷MEMS工藝技術創(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)領域的市場應用需求，開展不同結構形式封裝的產(chǎn)品創(chuàng)新”。因此，MEMS工藝技術是各種類型傳感器的共性基礎工藝技術，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。伴隨著半導體平面工藝更新?lián)Q代和不斷升級，工藝設備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(fā)展，工藝成熟度也隨之不斷增強。產(chǎn)品廣泛應用于物理、化學和生物傳感器中，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，可進行規(guī)范化與標準化的封裝與生產(chǎn)，在批量化與規(guī)模化生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。
2011年，美國業(yè)界認為MEMS工藝已經(jīng)成熟，可以廣泛推廣應用，確立并形成了傳感器產(chǎn)業(yè)圍繞MEMS工藝技術和應用兩大方向的創(chuàng)新與突破：一是敏感機理創(chuàng)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；在硅-硅鍵合工藝、硅薄膜工藝、金屬薄膜工藝等多個領域的工藝技術創(chuàng)新，大大提高了產(chǎn)品生產(chǎn)的微型化、低成本、復合型、集成度等產(chǎn)業(yè)化基礎水平。二是智能化水平提高和應用創(chuàng)新。在多功能集成化、模塊化構架、嵌入式能力、網(wǎng)絡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)用難以對接的矛盾，搭建了生產(chǎn)制造與市場應用的橋梁與技術通道，突破了行業(yè)在生產(chǎn)和應用長期形成的技術壁壘和發(fā)展瓶頸。同時也提高了各行業(yè)的產(chǎn)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與創(chuàng)新趨勢：
1.MEMS工藝技術。在微型化、低功耗、低成本、多材料復合、多參數(shù)融合，在大片集成工藝技術與裝備、微米與亞微米級高精度控制技術、柔性生產(chǎn)工藝技術等方面不斷迭代升級與創(chuàng)新。
2.無線網(wǎng)絡化技術。適應各種物聯(lián)網(wǎng)（傳感網(wǎng)）技術推廣應用，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術、移動智能終端、5G技術標準下的無線網(wǎng)絡化傳感器產(chǎn)品與技術創(chuàng)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）作為安裝和應用傳感器的平臺和智能化節(jié)點，實現(xiàn)嵌入式、多功能復合與集成、模塊化構架、網(wǎng)絡化接口等協(xié)同式創(chuàng)新，以滿足對一切物體智能化、“無人化”管理與控制的需求。
3.微能量獲取技術。傳感器智能化節(jié)點在室內外使用過程中，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”，為傳感器提供能量將成為今后技術創(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。二是強調傳感器網(wǎng)絡化、智能化節(jié)點技術、能量捕捉技術及協(xié)同創(chuàng)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(yè)、裝備制造、物流、生態(tài)環(huán)境監(jiān)控（森林防控）、移動醫(yī)療、智能家居等。
產(chǎn)業(yè)化特征
徹底改變技術和市場的孤島化、碎片化問題是傳感器產(chǎn)業(yè)化的關鍵之處。這需要借助共性基礎技術和工藝，建立生產(chǎn)可柔性化、工藝規(guī)范化、產(chǎn)品標準化的生產(chǎn)體系，尋找產(chǎn)品的配套市場。根據(jù)MEMS工藝技術和產(chǎn)品市場應用特點，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)化技術特點和市場規(guī)模化需求，可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
當下，以硅麥克風為代表的聲敏傳感器已經(jīng)在國內外形成了十大主流特色品牌產(chǎn)品和商家（其中有瑞聲、歌爾兩家國內企業(yè)），實現(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，可同時檢測溫濕度參數(shù)；
頻率與RF射頻、毫米波等共性工藝技術接近，而參數(shù)、功能、應用差異較大的產(chǎn)品，可在同一廠家實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。特別是在手機、智能交通、生物感知等應用領域具有爆發(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，甚至沒有一家亞洲廠商進入。為了打破行業(yè)壟斷現(xiàn)象，這將成為未來技術創(chuàng)新與競爭的焦點。
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識上的差距所致。對傳感器帶有偏見和片面的認識，缺乏國家戰(zhàn)略認識高度。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，政策支持缺乏力度導致產(chǎn)業(yè)分散，產(chǎn)品不能形成系列。
在國內近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、工藝技術條件等資源配置，產(chǎn)業(yè)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(fā)和技術創(chuàng)新能力，產(chǎn)品整體技術水平和參數(shù)性能指標，特別是可靠性、穩(wěn)定性指標與國外同類產(chǎn)品相比要低1～2個數(shù)量級，無法滿足市場對企業(yè)資質和配套能力的要求。
中國目前缺乏龍頭企業(yè)引領和行業(yè)帶動，缺乏國際化品牌、市場影響力、競爭優(yōu)勢和基礎研究能力，導致行業(yè)內專業(yè)化企業(yè)數(shù)不足3%；核心芯片大都依賴進口，中高檔產(chǎn)品幾乎100％進口；整體工藝技術水平落后國外 國家10年～15年。
目前國內傳感器產(chǎn)值過億元的僅占企業(yè)總數(shù)的13%，全國不足200家。針對國內產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和行業(yè)特點及存在問題，結合傳感器技術工藝特征，業(yè)內期待在經(jīng)濟發(fā)達和具有技術優(yōu)勢的地區(qū)，聚集國內外數(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)品技術工藝特色和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模優(yōu)勢，以及國際市場影響力的產(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)絡化、模塊化等集成應用為創(chuàng)新主體，物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市為應用目標的產(chǎn)業(yè)鏈構架（產(chǎn)業(yè)生態(tài)），同時具備政、產(chǎn)、學、研、用、服六維一體生態(tài)環(huán)境，實現(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)勢突出的國際傳感器產(chǎn)業(yè)園——傳感谷。
人類步入21世紀，全面進入信息時代，從一定意義上講，也就進入了傳感器時代。在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，傳感器處于連接被測對象和測試系統(tǒng)的接口位置，可直接或間接接觸被測對象，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 功能器件，直接影響和決定系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。特別是當前備受國際關注的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算技術，乃至智慧城市中的各種技術實現(xiàn)，對于傳感器技術的依賴尤為突出。
標準紛爭的傳感器
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準的準則與規(guī)范，尚未制定出權威的傳感器標準類型。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，難以厘清，各國及各行業(yè)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(chǎn)品名稱混亂、種類繁多、結構復雜、參數(shù)各異等復雜狀況。目前，行業(yè)只能劃分為簡單的物理傳感器、化學傳感器和生物傳感器等大的類別。
由于敏感機理、敏感材料不同，加之工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境、使用場景，以及被檢測介質與個性化參數(shù)、結構復雜等特點，長期以來，傳感器一直處于多品種、小批量生產(chǎn)狀態(tài)。受工藝技術的分散性、復雜性影響和設備裝置價格昂貴等因素制約，業(yè)界稱其生產(chǎn)過程為制造“工業(yè)工藝品”。各國工程技術人員圍繞著工藝技術協(xié)同、融合，在產(chǎn)品規(guī)范化、性能歸一化、功能集成化、結構標準化，以及工藝設備和工裝夾具的產(chǎn)業(yè)化方面開展了長期的技術開發(fā)與創(chuàng)新，形成了一大批不同特色的技術成果。
MEMS工藝是創(chuàng)新源泉
在美國硅谷傳感器領域，以MEMS工藝技術為基礎，根據(jù)不同行業(yè)和功能的需求，展開不同封裝結構的各種傳感器產(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，應用領域不斷擴展，得到了各行業(yè)的廣泛認同。正如硅谷MEMS工藝技術創(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)領域的市場應用需求，開展不同結構形式封裝的產(chǎn)品創(chuàng)新”。因此，MEMS工藝技術是各種類型傳感器的共性基礎工藝技術，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。伴隨著半導體平面工藝更新?lián)Q代和不斷升級，工藝設備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(fā)展，工藝成熟度也隨之不斷增強。產(chǎn)品廣泛應用于物理、化學和生物傳感器中，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，可進行規(guī)范化與標準化的封裝與生產(chǎn)，在批量化與規(guī)模化生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。
2011年，美國業(yè)界認為MEMS工藝已經(jīng)成熟，可以廣泛推廣應用，確立并形成了傳感器產(chǎn)業(yè)圍繞MEMS工藝技術和應用兩大方向的創(chuàng)新與突破：一是敏感機理創(chuàng)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；在硅-硅鍵合工藝、硅薄膜工藝、金屬薄膜工藝等多個領域的工藝技術創(chuàng)新，大大提高了產(chǎn)品生產(chǎn)的微型化、低成本、復合型、集成度等產(chǎn)業(yè)化基礎水平。二是智能化水平提高和應用創(chuàng)新。在多功能集成化、模塊化構架、嵌入式能力、網(wǎng)絡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)用難以對接的矛盾，搭建了生產(chǎn)制造與市場應用的橋梁與技術通道，突破了行業(yè)在生產(chǎn)和應用長期形成的技術壁壘和發(fā)展瓶頸。同時也提高了各行業(yè)的產(chǎn)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與創(chuàng)新趨勢：
1.MEMS工藝技術。在微型化、低功耗、低成本、多材料復合、多參數(shù)融合，在大片集成工藝技術與裝備、微米與亞微米級高精度控制技術、柔性生產(chǎn)工藝技術等方面不斷迭代升級與創(chuàng)新。
2.無線網(wǎng)絡化技術。適應各種物聯(lián)網(wǎng)（傳感網(wǎng)）技術推廣應用，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術、移動智能終端、5G技術標準下的無線網(wǎng)絡化傳感器產(chǎn)品與技術創(chuàng)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）作為安裝和應用傳感器的平臺和智能化節(jié)點，實現(xiàn)嵌入式、多功能復合與集成、模塊化構架、網(wǎng)絡化接口等協(xié)同式創(chuàng)新，以滿足對一切物體智能化、“無人化”管理與控制的需求。
3.微能量獲取技術。傳感器智能化節(jié)點在室內外使用過程中，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”，為傳感器提供能量將成為今后技術創(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。二是強調傳感器網(wǎng)絡化、智能化節(jié)點技術、能量捕捉技術及協(xié)同創(chuàng)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(yè)、裝備制造、物流、生態(tài)環(huán)境監(jiān)控（森林防控）、移動醫(yī)療、智能家居等。
產(chǎn)業(yè)化特征
徹底改變技術和市場的孤島化、碎片化問題是傳感器產(chǎn)業(yè)化的關鍵之處。這需要借助共性基礎技術和工藝，建立生產(chǎn)可柔性化、工藝規(guī)范化、產(chǎn)品標準化的生產(chǎn)體系，尋找產(chǎn)品的配套市場。根據(jù)MEMS工藝技術和產(chǎn)品市場應用特點，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)化技術特點和市場規(guī)模化需求，可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
當下，以硅麥克風為代表的聲敏傳感器已經(jīng)在國內外形成了十大主流特色品牌產(chǎn)品和商家（其中有瑞聲、歌爾兩家國內企業(yè)），實現(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，可同時檢測溫濕度參數(shù)；
頻率與RF射頻、毫米波等共性工藝技術接近，而參數(shù)、功能、應用差異較大的產(chǎn)品，可在同一廠家實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。特別是在手機、智能交通、生物感知等應用領域具有爆發(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，甚至沒有一家亞洲廠商進入。為了打破行業(yè)壟斷現(xiàn)象，這將成為未來技術創(chuàng)新與競爭的焦點。
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識上的差距所致。對傳感器帶有偏見和片面的認識，缺乏國家戰(zhàn)略認識高度。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，政策支持缺乏力度導致產(chǎn)業(yè)分散，產(chǎn)品不能形成系列。
在國內近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、工藝技術條件等資源配置，產(chǎn)業(yè)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(fā)和技術創(chuàng)新能力，產(chǎn)品整體技術水平和參數(shù)性能指標，特別是可靠性、穩(wěn)定性指標與國外同類產(chǎn)品相比要低1～2個數(shù)量級，無法滿足市場對企業(yè)資質和配套能力的要求。
中國目前缺乏龍頭企業(yè)引領和行業(yè)帶動，缺乏國際化品牌、市場影響力、競爭優(yōu)勢和基礎研究能力，導致行業(yè)內專業(yè)化企業(yè)數(shù)不足3%；核心芯片大都依賴進口，中高檔產(chǎn)品幾乎100％進口；整體工藝技術水平落后國外 國家10年～15年。
目前國內傳感器產(chǎn)值過億元的僅占企業(yè)總數(shù)的13%，全國不足200家。針對國內產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和行業(yè)特點及存在問題，結合傳感器技術工藝特征，業(yè)內期待在經(jīng)濟發(fā)達和具有技術優(yōu)勢的地區(qū)，聚集國內外數(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)品技術工藝特色和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模優(yōu)勢，以及國際市場影響力的產(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)絡化、模塊化等集成應用為創(chuàng)新主體，物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市為應用目標的產(chǎn)業(yè)鏈構架（產(chǎn)業(yè)生態(tài)），同時具備政、產(chǎn)、學、研、用、服六維一體生態(tài)環(huán)境，實現(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)勢突出的國際傳感器產(chǎn)業(yè)園——傳感谷。
