工业传感器助力“中国制造2025”，共同谱写中国制造强国梦
2015-11-16 21:03:20   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

近日，中国半导体行业协会MEMS专场论坛暨『第十六届“微言大义”研讨会：工业传感器及应用』在上海卓美亚喜玛拉雅酒店举办，当天虽然天公不作美，却抵挡不住大家的参会热情，来自传感器企业、研究院所、MEMS代工厂和投资机构等一百余人前来参会，挤爆会场。

会议现场火爆气氛

会议主持人是麦姆斯咨询CEO王懿，他首先开场：“近期，国家发布了《中国制造2025》重点领域技术路线图，共有十大重点领域。其中有六大领域都涉及到传感器，包括：新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、节能与新能源汽车、农业装备。本次会议围绕各种工业传感器现状与应用展开讨论，涉及流量传感器、气氛传感器、温度传感器、压力传感器、振动传感器、陀螺仪、传感器ASIC等。”

（1）《MEMS热式燃气表的若干现象与思考》

新奥能源研究院 张金龙

张金龙报告主要围绕四个方面展开交流：1）新奥MEMS燃气表研发历程；2）MEMS热式燃气表存在的若干问题；3）新奥针对上述问题的研究工作进展；4）思考与讨论。

新奥集团创建于1989年，2010年10月，MEMS家用燃气表立项，该项目定位于开发基于MEMS热式计量原理的智能燃气表计产品，以弥补传统机械表在天然气计量和智能化方面的缺陷。近年来，新奥集团重点针对当前MEMS天然气计量技术在实际应用和产品化中存在一系列问题（比如：天然气组分适应性、环境适应性、功耗、产品一致性、标定装置缺失等）做了大量理论研究与产品开发工作。历经五年的研发，新奥推出的MEMS热式燃气表已经荣获多项资质证书。

报告的最后，张经理提出了新奥的“泛能计量”理念，该理念的主要目的为实现不同品类能源的统一计量；建立泛能远传组网技术通道；实现泛能计量终端、用户和后台之间的双向数据交互。实现“能量流”向“价值流”度量的升级，最终形成统一的泛能计量。

（2）《基于SAW原理的无线无源传感器及其工业相关应用》

赛赫信息科技 李泽晨

李泽晨首先为大家分享了无源无线传感器与有源传感器对比所具备的优势：1）电池供电的有源传感器严重受限于电池寿命。2）为延长服务时间，有源传感器需要定期进入待机/休眠状态，这又限制了响应速度和采样频率。3）无源无线传感器通过复杂的采集器算法和收发机结构实现模拟信号的接收和解析。4）无源传感器无需电源、收发机、数字基带和传感头驱动。

赛赫无线无源传感器是基于新一代传感材料和制备工艺的新型温度/压力传感系统，其基本工作原理为声表面波传感器，声表面波传播于压电基片表面，通过物理、化学参量对声波传播特性的扰动以此对待测参量进行检测。经过十多年的研发，赛赫开发的无线无源传感器已经可以达到国际水平，并获得国内和国际专利认证，赛赫传感器核心使用创新的集成陶瓷组件。

目前，无线无源传感器最成熟的应用领域为无线温度监控，但如何将具有巨大前景的无线无源传感器更好的投放市场，找到杀手锏应用呢？李总指出了以下几大应用领域，1）汽车行业；2）机械化工行业；3）电力行业；4）智能建筑行业。李总重点指出了无线无源传感器在智能电网领域的应用，中国的电网建设很快，但用电需求更快，目前，智能电网的监控存在两大问题，其一，电极老化、温度监控问题还没有良好的解决方案；其二，超高压电的安全巡检目前使用红外相机，容易造成误报。使用无线无源传感器，可以实时监控电力系统，保证智能电网稳定性和安全巡检精准性。

最后，李总分享了全球传感器市场及SAW传感器的发展概况。他指出，随着中国以及亚洲国家工业化的发展，以中国为主的亚洲地区将成为传感器领域全世界最大的市场，并占据近1/3的市场份额。中国市场到2016年将达到1200亿元的规模，目前传感器生产企业呈现集中度极强的特征，并且70%左右为外资或者合资企业，本土企业也集中于技术含量较低的产品领域，大企业垄断趋势明显，新进企业面临技术、市场、品牌三个方面竞争对手的压力。未来，市场增长点将在无线、MEMS以及生物传感器等领域，赛赫公司基于MEMS技术的SAW传感器将重点关注此市场的应用，并且积极发展行业应用，开启千亿级市场。

（3）《Silex Microsystems引领创新工艺技术》

Silex Microsystems 覃裕平

成立于2000年的Silex Microsystems是全球最大的纯MEMS代工厂，除了原本的8英寸与6英寸两条独立的MEMS生产线，近期还计划在中国新建一条8英寸MEMS生产线，主要面向中国消费类MEMS企业。Silex制造的第一个产品是经FDA认证的在血管中使用的压力传感器。Silex的快速发展得益于其独特的技术组合和能力，适应了爆发式传感器革命带来的代工需求。

Silex从2003年开始开发Sil-Via® （整个晶圆厚度的TSV），该TSV首次应用是作为MEMS麦克风的 2.5D互联中间层，在2006年针对该应用的出货量达到每月2000片6寸晶圆，至2015年，Sil-Via® TSV已量产9年。基于Sil-Via®技术的硅中间层解决方案，晶圆厚度为 300 µm到600 µm，通孔间距最小达 50µm。使用TSV的晶圆级真空封装方案可以支持三轴陀螺、三轴加速度计或者六轴的解决方案，能够实现MEMS的小尺寸、高质量以及高可靠性。

Silex的玻璃通孔技术在射频领域具有巨大应用，Silex的100µm厚玻璃通孔工艺可用于射频应用的封装，每毫米的插入损耗小于0.1dB。Silex是全球少有的可提供Sol-Gel PZT生产解决方案的代工厂，基于Silex的解决方案生产的PZT具有卓越的薄膜特性。Silex也提供一系列可用于COMS集成或CMOS后处理的工艺技术，利用MEMS进行CMOS和封装，可以集成磁性材料及片上线圈，多功能封盖也集成了无源器件。

最后，覃裕平为大家分享了Silex的新产品导入流程，主要分为项目开始、开发和生产三部分。开发部分分为初步阶段和原型阶段，在初步阶段Silex将进行产品功能的演示；在原型阶段，冻结设计和工艺；在生产部分，分为试产阶段和生产阶段，试产阶段验证产品的可生产性，最后正式投入生产。

（4）《工业4.0时代—传感器ASIC的机遇与挑战》

纳芯微电子 王升杨

王升杨首先为大家分享了工业4.0的概念，他指出，工业+信息互联=工业4.0，信息包括很多种，但各种工业传感器则构成工业4.0的实现基础，也对传感器提出了新的要求，如集成化、高精度、低功耗、无线化和连通性。

在国际市场上，领先的竞争对手已经在提前为工业4.0布局。基于这一背景，王升杨提出了机遇与挑战的几点思考。机遇主要体现在IC产业步入成熟期，传感器和IoT成为新的增长点。从国内而言，产业转移从红海转向蓝海。从技术视角而言，由SOC/独立系统向混合信号/ 数据通道转变。从产业视角而言，从组件转向解决方案，成为产业升级的内在驱动力。但这些机遇也带来了风险与挑战，工业4.0将使工业生产摆脱对劳动力的依赖；对劳动力依赖的缺失将对发展中国家造成影响，全球化红利可能终结；而中国的制造业大国能否成功向制造业强国过渡，也是产业界人士需要考虑和努力的。

最后，王总介绍了一款纳芯微将于2016年3月份发布的压力/温度变送器调理芯片，型号为NSA(C)2860，可以应用于阻式/容式压力变送器、3线或4线的RTD温度变送器和热电偶温度变送器。

（5）《工业级陀螺仪及模块在智能工业及物流中的地位》

深迪半导体 程安儒

按精度分类，陀螺仪可以分为商用陀螺仪、战术陀螺仪、导航陀螺仪和战略陀螺仪。得益于iPhone手机对陀螺仪的大批量应用，MEMS陀螺仪在最近几年获得巨大增长。按应用领域分类，MEMS陀螺可以分为消费陀螺仪、汽车陀螺仪、工业陀螺仪和军工陀螺仪。程总主要分析了消费陀螺仪和工业陀螺仪领域的几大领先厂商，在消费陀螺仪领域，国外领先厂商包括博世、意法半导体、应美盛；国内为深迪半导体。在工业陀螺仪领域，国外领先厂商包括亚德诺半导体、日本村田制作所、应美盛，国内为深迪半导体。

作为中国MEMS惯性传感器的领导者，深迪半导体是中国唯一的工业MEMS陀螺仪制造商，也是中国最早的商用MES陀螺仪研发公司，拥有中国最大的商用MEMS陀螺仪测试基地（丹阳）。深迪半导体的工业和汽车级MEMS陀螺仪具有多种型号，满足多领域应用的需求，主要包括：1）智能工业与智能物联应用，如航拍参考系统、航拍稳定系统、无人机快递。2）精准农业应用，如自动收割机、自动农业喷洒机。3）智能家居应用，如智能扫地机、服务机器人、泳池清洁机器人。4）车联网应用，如车辆位置监测、行车轨迹监测、车辆管理姿态和求救。5）智能医疗应用，如聋哑人手势识别系统、仿生义肢。

未来，传感器也将融合到移动大数据中去，为移动大数据服务。陈总举了一个老人摔倒的大数据应用案例，我们可以利用传感器接收到的位置、姿态、血糖、脉搏和血压、了解到摔倒老人的状态，再结合病例和交通状况，决定采用120急救还是无人机药物递送。

最后，程总和范总邀请大家参加2015年12月11日的第二届移动大数据峰会，届时篮球名人姚明将现场展示球技，试投智能“篮球框”。

（6）《美泰传感器在工业监控中的应用》

美泰电子科技 杨海波

美泰科技是中国电子科技集团第十三研究所控股的企业，从1995年开始专注于MEMS传感器芯片的研究与生产。目前，美泰主要给客户提供高精度、高可靠性的传感器，包括惯性传感器、压力传感器和流量传感器等。

美泰最有特色的产品为MEMS高端加速度计和振动传感器，结合其特色产品，杨海波重点阐述了美泰传感器在工业监控中的应用。

1）地震监控应用。美泰的加速度传感器MSV6000模块已经中标国家的地震裂度仪项目，并与北京地震局和武汉地震局展开长期合作，通过手机推送震源裂度距离。此外，还可以用于石油勘探和地质勘测领域。

2）铁路行业应用。轨道交通方面，主要包括与中国铁道科学研究院合作整车模态实验；与中国南车合作整车实验和测试；与西南交大合作高速列车实时监控和检测。此外，美泰还与同济大学、中国铁道科学研究院轨道技术研究所展开合作，使用振动加速度传感器帮助辨别弹簧复制板在防震、减躁过程中所能达到的状态，更好的进行产品开发。

3）测试测量应用。2012年，美泰的MEMS加速度传感器在风云四号气象卫星的招标项目中，战胜国际传感器厂商，首次在国际招标中获胜。美泰也为桥梁健康监控提供整体解决方案，且具有低频和微震优势。

4）惯性器件和系统领域。主要包括飞行器和大型无人机的航姿参考系统和卫星通讯。

（7）《适用于空调暖通/制冷（HVAC/R)系统的高性能、低成本MEMS压力传感器》

盾安传感 段飞

盾安传感是由盾安环境（股票代码 002011）控股的一家中美合资的子公司，致力于MEMS传感器的研发、设计与生产的高科技公司。位于美国加州硅谷的分部（包括海外研发中心）致力于设计研发尖端 MEMS技术及微系统应用。中国分部位于杭州。盾安传感在HVAC/R行业中处于龙头领先地位，尤其在制冷配件领域拥有很高的市场占有率，且拥有全球最大的制冷配件生产基地。

最早的HVAC/R系统使用压力开关搭配温度传感器，具有单点响应，无线性变化过程，无法精确控制；无节能效果；舒适性差；可靠性差的缺点。这就给HVAC/R系统的发展带来挑战，需要舒适度、节能环保、智能，可自动负荷调节且经济。在HVAC/R系统中使用压力传感器，结合温度传感器，基本可以满足上述需求。目前，HVAC/R系统及压力传感器已经在中央空调多联机系统、车辆空调系统、热泵热水器系统中获得应用。

为了与国际厂商竞争，盾安开发出了自己的MEMS压力传感器芯片，且具有多重优势，1、不充油；2、无不锈钢膜片；3、无焊接。以采用自主知识产权的MEMS压力传感器先进封装技术取代传统充油压力传感器，以更低价格实现更优性能。段飞总结了盾安传感在HVAC/R系统的亮点，包括MEMS封装技术的革新；宽温区、耐高温；精度高；寿命长；电磁兼容、电气防护。

除了传感器，盾安传感也具备MEMS高压大流量微阀技术，盾安公司是目前唯一一家掌握MEMS智能节流阀及流控系统商业化技术的公司，是该项技术的全球独家供应商。

（8）《基于液态合金可控微切割的快速TSV技术以及在MEMS器件封装上的应用》

上海微系统所 顾杰斌

TSV的应用非常广泛，包括CMOS、LED、MEMS等。虽然都是TSV技术，但人们往往忽视了一个事实，就是这些TSV的尺寸其实相差很大。例如在ASIC和Memory中，TSV的尺度很小，直径只有5微米，长度10微米。但在MEMS中TSV的尺寸可达数百微米。这就是一个数量级的差。

合金TSV的制备，可以选用液态合金压力填充与铜电镀填充。与铜电镀填充相比，液态合金压力填充具有填充原理简单、填充速度快、对通充通孔大小无选择性、材料成本低、无需种子层和无毒等优势，但是由于技术不够成熟，大部分研究依然使用铜电镀填充。

基于上述背景，中科院上海微系统所使用恒压液桥的夹断效应实现液态合金的微切割。在这一过程中，喷嘴的尺寸非常关键，同样的喷嘴孔径，只有长度达到一定值才能实现微切割。这种技术具有以下优势，1）快速填充，只需几分钟。2）可同时填充不同孔径的通孔和盲孔。3）可填充孔径之规格：几十微米至几百微米；无高宽比要求；对通孔密度无限制。4）通孔侧壁无需金属层。5）可扩展至任意尺寸圆片。6）适用基板类型包括：硅、玻璃、陶瓷等。7）使用低成本的合金。8）过程清洁无污染。

使用这项技术，可以以简单工艺实现MEMS的TSV集成封装，减小封装尺寸、扩大晶圆产出率并提高性能。顾老师也期待将该技术产业化，与相关企业展开合作。

（9）《先进MEMS刻蚀技术和工艺的探讨》

中微半导体 Shenjian Liu

刘总首先分享了MEMS刻蚀的主要挑战。包括：1）垂直断面（不能倾斜）；2）侧壁光滑；3）切口；4）静电力；5）均匀性。

为什么造成MEMS刻蚀的倾斜。主要有两方面的原因，1、非均匀等离子体转换成非均匀外层；2、晶片边缘的过渡效果。圆柱形线圈很难满足等离子均匀性需求。针对刻蚀的倾斜问题，从等离子源的角度考虑，中微半导体选择线状线圈满足等离子均匀性的要求，并且不断改善晶片边缘的硬件设计。

针对侧壁光滑问题，大部分的刻蚀都使用博世工艺，为了打破专利垄断，中微半导体将气体转换系统加快到0.1秒，这一工艺具有巨大的挑战性。1）气体供应控制器件脉冲时间非常短。2）在这一短暂的过程中，还需要确保精度。未来还将挑战10ms。

中微半导体最大的优势在于双腔刻蚀，中微半导体的刻蚀机设备能应用到各大领域，如CIS、LED、MEMS等领域。

抽奖活动：

本次会议最后由麦姆斯咨询王懿和演讲嘉宾一起决定奖品的归属者。在此也非常感谢中国半导体行业协会MEMS分会提供奖品——“中国制造”的迷你加湿器。

更多信息，请登录“微言大义”官网：www.MEMSeminar.com