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传感器有望成为IC创业者的新选择

时间:2018-09-23 作者:程文智 阅读:
未来一段时间MEMS传感器会给国内IC创业者带来很大的机会。首先,由于物联网的发展,传感器的市场需求会大幅上升,而且物联网市场碎片化比较严重,一般大型企业无法满足那么多的小批量需求,这个初创企业带来了机会;其次,目前MEMS传感器的供应商主要还是国外企业,成本都比较高,国内企业有望通过在国内生产,进而降低成本;还有是现在国内的传感器企业还不多,目前还属于蓝海,成功的机率更高一些。

近几年来,中国IC创业企业如雨后春笋般涌现,这些IC企业更多集中在电源、音频功放等方面,不过现在,IC创业者有了一个新的选择,那就是MEMS传感器。小编在不久前上海跨国采购中心举行的2018中国(上海)国际传感器技术与应用展览会( Sensor China)上观察到全球两百多家工业传感器和半导体厂商在工业传感器、气体传感器、MEMS、视觉传感器、光电与红外传感器以及海外展商等六大展区展示的最新产品,看到了传感器技术的不断突破。

在小编看来,未来一段时间MEMS传感器会给国内IC创业者带来很大的机会。首先,由于物联网的发展,传感器的市场需求会大幅上升,而且物联网市场碎片化比较严重,一般大型企业无法满足那么多的小批量需求,这个初创企业带来了机会;其次,目前MEMS传感器的供应商主要还是国外企业,成本都比较高,国内企业有望通过在国内生产,进而降低成本;还有是现在国内的传感器企业还不多,目前还属于蓝海,成功的机率更高一些。

本次展会上,小编采访了几家传感器企业,其中大部分都是近几年的初创企业,但都基本在各自的市场领域内站稳了脚跟。

西人马:重点关注传感器在工业领域内应用

据西人马联合测控产品总监陶涛介绍,西人马科技是一家专注于高端传感器和MEMS芯片设计研发制造的企业,总部设在厦门,在泉州有一个传感器和芯片的生产基地。目前有一条6英寸的MEMS传感器生产线和一条传感器封测线。北京和西安有研发中心,其中北京主要负责基于传感器应用的人工智能算法;西安主要研究数据采集。

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图1:西人马联合测控产品总监陶涛。

目前公司差不多有200多个人,是2015年成立的一家初创企业。其创始人聂泳忠博士曾是美国一家企业的技术总监,主要给波音、空客等风机发动机做故障诊断,“比如他曾经参与、研发和制造trent900、trent1000发动机的故障诊断系统。故障诊断传感器正是他主要的研究方向。”陶涛在采访中表示。

西人马科技是聂泳忠2011年回国后,创办的第二家企业,产品主要聚焦在故障诊断领域的振动、压力和温度相关的系列传感器。

陶涛重点介绍了他们最近开发的三套系统。

首先是智能电梯系统。通过加装西人马的传感器,再加上他们的配套软件分析模块,就可以让传统电梯变得更加智能。“主要是电梯在运行过程中,会出现各种各样的故障,原来是有故障之后再报警,通过加装我们的系统以后,就可以做到故障的预知和预判。”陶涛自豪地表示。

另一套是刀具检测系统。该系统主要应用再智能工厂内,传统工厂中的数控机床,在加工过程中刀具会经常发生磨损和断裂的情况。比如手机壳的加工过程中,刀头就会经常坏掉,要是没有提前预知,就会造成大量的设备损耗,要是加上刀具检测系统后,在刀具损坏前就能提前预警。陶涛透露说,“我们目前在泉州进行推广,预计今年会有2000套左右的出货量。”

还有一套智能蛛网系统,这是一个安防系统。传统的安防主要是用摄像头和通过光纤传感的方式,“我们是利用我们的传感器和摄像头进行联动,这样的话在重要的弹药库和监狱周围布防也能做到及时的定位,发现入侵目标。”陶涛介绍。

据陶涛观察,国内大型设备上使用的传感器目前还是主要以国外传感器厂商为主,包括恩德福克、PCB和CTC等,国内传感器企业的市场份额非常少。“这可能与国内的传感器技术在很多方面还不够成熟造成的。不过,我们目前的产品有些性能并不比国外厂商差,有的甚至优于他们,但价格更加便宜。”他说。

他举例说,“国家要求在2兆瓦以上的风机里都必须加装故障诊断系统,即CMS系统,这里会用到8颗传感器和数据采集器。我们的传感器已经被国内几家大的风机厂所采用了。”

“我们用在风机领域内传感器性能,在频响范围、灵敏度等方面的指标就比CTC的传感器更好。”陶涛比较说。

他还透露说,西人马即将在江西投建另外一条医疗MEMS芯片生产线,投资额预计30亿远人民币。医疗类传感器主要是微流控类型的芯片,主要用于基因测序。


Pressure Sensor:从消费市场到工业市场,始终重视定制化服务

Pressure Sensor的总裁史蒂夫(Steve Petrucelli)博士介绍说,Pressure Sensor Limited(PSL)是一家专门从事传感器产品设计,在传感器领域有着30多年的丰富经验。目前有旗下有做消费类传感器的精亮科技和做工业类传感器的感应科技两个分公司。在香港和美国有研发团队,在美国、亚洲和欧洲都有销售团队,欧洲主要是德国、英国和意大利。

该公司工业类传感器主要应用在医疗、人工智能和自动化领域。史蒂夫博士认为Pressure Sensor与其他传感器公司是不一样的,“我们有自己的生产工厂,其中一个工厂就在深圳。我们与其他厂商最大的不同是,我们有很强的研发团队,可以根据客户的需求做一些定制化的产品。”

他还提到,“现在很多的公司可能只会接大订单,而不喜欢小订单,但我们喜欢,小的定制化订单我们也一样欢迎,并与大客户一视同仁。”

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图2:Pressure Sensor的总裁史蒂夫在介绍其新产品Wireless Bluetooth Universal Meter。

史蒂夫博士同时给我们介绍了两款本次展会中最有特色的新产品。

一个是无线蓝牙通用传感器仪表,英文名称是Wireless Bluetooth Universal Meter。“我们虽然是一个传感器厂商,但这个产品不是传感器。”他笑着解释说,“它是适用于所有传感器的一个仪器,你可以通过它与主机相连,它下面的这个接口可以接到任何一类传感器上,当然这个接口是可以根据系统所需接口类型的不同而更换的。你不仅可以通过仪器本身的液晶显示读取传感器的数值,也可以通过手机读取数据,而不许靠近传感器。当然会有一个范围,这个范围是30米以内。这样,读取高压、高温等恶劣环境下的传感器数据,就不许要工作人员冒险进入现场了。”

还有一个好处是,“它是单独安装的,不需要改变客户现有的产品,对于老产品的升级相当有用。”他进一步指出。

其实这个产品相当于一个无线接口,让老的传感器实现无线传输,史蒂夫博士,关于无线的协议问题,他们可以根据客户的需求而定制,可以选择Bluetooth、ZigBee、WiFi、Thread,以及私有无线协议都可以。

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图3:史蒂夫博士在介绍一款特别的压力传感器新品。

还有一款用于芯片制造设备的压力传感器新产品。史蒂夫博士介绍说,“这个产品主要安装在芯片制造设备上,用来检测气体压力的。虽然它外形看起类没什么特别,但它的钢材是特制的,纯度之高,比医疗用钢材还要高出一个级别。”

他还特意指出,该传感器目前深圳工厂就可以生产。不过,目前主要还是用于出口,比如美国。

苏州矩阵光电:从原材料到芯片的传感器厂商

苏州矩阵光电有限公司2012年9月成立的,到今年正好6周年,是国内以化合物半导体芯片为核心的传感器芯片厂商,这里的化合物半导体主要包括砷化镓、磷化铟。在产品线包括两大类,一类是霍尔传感器,也就是目前传感领域里面占据最大市场份额的霍尔元件或者霍尔IC,另一方面是光电类的,包括近红外的激光,还有光电二极管,主要用于激光接收端。

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图4:苏州矩阵光电董事长朱忻

苏州矩阵光电董事长朱忻在采访中表示,“经过过去几年的努力,我们已经成为国内唯一一家量产砷化镓、磷化铟相关霍尔元件和芯片的厂家,我们拥有从材料外延到晶圆圆片、封装、测试,以及设计等全产业链,是一家IDM的公司。”

矩阵光电的霍尔传感器产品主要包括电流传感器、线性位移传感器。线性位移传感器主要用于角度传感、镜头防抖、自动聚焦等方面,应用领域包括医疗、油井采矿等等各领域。相信在未来物联网领域的应用将更加广阔。

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图5:苏州矩阵光电有限公司展示的应用于消费市场的砷化镓霍尔元件。

据朱忻透露,目前矩阵光电目前拥有4台砷化镓外延生产设备,今年年底会增加到6台。覆盖的材料包括砷化镓、磷化铟、砷化铟、锑化铟等。

他认为用砷化镓来做霍尔传感器,虽然成本会高一些,但线性度会更好,性能会有优势。“之前砷化镓都是依靠进口,因此价格会高。现在我们自己制造,整体成本会下降很多,并且会催生一些新的应用。比如在线性位移方面,传统的汽车电子产品大都采用硅基,或其他方案,现在可以考虑使用高性能砷化镓来做IC了。”朱忻对《电子工程专辑》表示。

矩阵光电目前成熟的产品是基于霍尔的系列传感器产品,不过朱忻透露说,他们的激光传感芯片和光电接收芯片已经基本研发结束,预计年底或明年就会有相应的产品推向市场。

他特意指出,其激光传感芯片主要关注点在FP和DFB,不太会涉及VCSEL。朱忻解释说,“VCSEL功率比较小,像苹果iPhone的人脸识别可以用,我们做的这个功率会大一些,像激光雷达。激光雷达需要能测出两三百米的距离才够,VCSEL的功率、密度没有那么高。”

华景传感科技:传感器也需要软硬结合

华景传感科技是2010年成立的,在上海张江高科技园区有芯片设计中心;在无锡国家传感产业园建立了传感器器件设计和测试中心,专注于MEMS传感器芯片、模块和组件产品的研发和生产。

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图6:上海华景科技董事长缪建民(左)。

据上海华景科技董事长缪建民博士介绍,目前该公司主要有两大系列产品:一是MEMS硅麦克风、另一个是MEMS压力传感器。其中MEMS硅麦克风主要用于消费市场,包括手机、通信、耳机、智能家居等领域;MEMS压力传感器则主要应用在新能源汽车领域。

缪建民博士师从世界麦克风之父,驻极体麦克风和MEMS麦克风发明者德国的Sessler教授。在缪建民博士的带领下,华景传感研发团队,历时5年,在2018年成功向市场推出降低了成本的小尺寸硅麦克风芯片,芯片尺寸仅为0.9×0.9mm,该产品与英飞凌的小尺寸硅麦克风产品并列为全球最小型麦克风芯片。据缪建民博士透露,目前该产品已经在中芯国际全面实现量产。

在他看来,中国市场需要高质量、高性能、低成本的产品,“所以我们在这方面做了很多工作,把整个价格降下来,性能达到最好。压力传感器我们做到现在,芯片供应市场五六年了,市场反映很好,良率达到99.95%。“

缪建民博士对《电子工程专辑》表示,“我们的产品开发的理念是这样的,用很高端的技术,先把高端产品开发出来,为了适合中国市场,把性价比做高,再把成本降下来。所以,我们的产品开发是先做高端,再往下走,按照中国市场先解决功能、逐渐变小,这样的话适合中国市场,是这样一个理念。”

做压力传感器也是这样的理念,做硅麦克风也是这样,“其实,我们去年就开发出来了,经过三年多时间,开发出来中国第一款高性能、高可靠性的硅麦克风,我们可以很自豪的说这款产品在国内芯片来说我们做得最好,不管是从性能,还是可靠性。有的厂商为了增加性能可能会把可靠性牺牲了,但我们做到了同时兼顾这两方面。”

缪建民博士还透露,华景传感科技也逐渐再向医疗方面发展,因为他觉得未来医疗类传感器会是一块很大的市场。其主要原因是国外的医疗类传感器芯片的价格实在是太贵了,“所以我在开发、量产应用在医疗领域的压力传感器。”

他同时还认为,现在的传感器厂商不能仅仅提供一个传感器产品,还需要有解决方案和软件开发能力。“我们公司不仅有芯片设计人才,还有模块生产测试,以及软件工程师,很多模组和软件都是我们自己开发的。”

“现在不管是压力传感器,还是MEMS芯片95%都是进口的,中国用国外的芯片来封装。但我们不一样,我们是拥有自主核心芯片技术的。” 缪建民博士表示。

他还善意提醒进入MEMS传感器领域创业的IC从业者,一定要有自己独特的技术,不然技术领先的IC代工厂可能不会选择与你合作。他同时呼吁,业界应该重视知识产权的保护,虽然现在比十几年前好了,但还不够。

TDK:从消费电子到汽车电子

近年来,人们对于个性化车载体验、更高的安全性能、辅助驾驶和可预测维护系统的需求日益增长,推动了汽车传感器技术的不断发展。为了满足这些需求,越来越多的汽车OEM厂商和子系统供应商积极需求MEMS传感器供应商的支持。因此,不少之前做消费市场的MEMS传感器厂商开始转向汽车电子市场。比如在2016年被TDK收购的InvenSense,已经进入汽车市场,推出了车规级的MEMS加速度计和陀螺仪。

据TDK InvenSense资深销售经理赵兴猛介绍,这次展会TDK InvenSense带来了三款产品,分别是3轴加速度传感器IAM-20381、3轴陀螺仪IAM-20380和6轴(3轴加速度计+3轴陀螺仪)惯性传感器IAM-20680。“这三款产品均为车规级的产品。由于我们考虑到客户是平台化开发设计,所以不论是3轴产品还是6轴产品,或是我们其他相同规格的非车规6轴运动传感器,我们都是Pin to Pin完全兼容的。客户只需要更改一下他们的软件就可以了,无需更改硬件。当然,我们的传感器是产品和软件算法一起提供给客户的。”他对《电子工程专辑》表示。

IAM-20680六轴(3轴加速度计+3轴陀螺仪)汽车惯性传感器已通过AEC-Q100标准测试。该产品安装更灵活,不限方向,外形小巧,适应于各种尺寸的系统。此外,IAM-20680还具有优异的噪声抑制和漂移稳定等特性,能满足众多车载解决方案对运动检测性能的严苛需求,包括导航、行李箱盖运动检测,以及ADAS摄像头和图像稳定系统。

此外,TDK也展示了其应用在汽车领域的爱普科斯(EPCOS)温度传感器产品------NTC传感器。

据展台工作人员介绍,NTC传感器元件是专为测量高达650 °C的高温而设计。该元件基于高温陶瓷传感器元件,连接至一根金属化氧化铝棒,然后进行玻璃封装,测量精度高,温度为200°C时,温度容差仅为±1K。由于采用了玻璃封装,该元件极其坚固耐用。传感器长16mm,玻璃封装直径为2mm,还配备了焊接至氧化铝棒的连接线(可选)。

值得注意的是该高温传感器符合AEC-Q200标准,专为废气再循环系统等要求严苛的汽车电子应用而设计。主要用于柴油发动机,可降低燃烧气体中过量的氧气,从而使高燃烧温度下产生的氮氧化物最少。在再循环系统中,NTC传感器可测量废气的温度,有助于防止发动机过热,特别是气缸盖和阀座。

TDK旗下另一家传感器公司Micronas则带来了基于3D HAL技术的磁传感器------ HAR 379x。该传感器可依照ISO26262规定为安全要求严苛的汽车和工业应用提供多维磁场测量功能。

传统的二维霍尔技术只能感应垂直于芯片表面的磁场。Micronas开发的3D HAL技术,将垂直霍尔片集成到标准的CMOS工艺中,从垂直和水平两个方向上感应磁场,实现了优秀的角度测量功能。双晶片的HAR 379x集成了冗余功能。每个传感器包括一个“像素单元”,有感应两个垂直方向(BX,BY)和一个水平方向(BZ)的霍尔片,带有XYZ方向上的电流补偿。垂直霍尔片感应平行于传感器表面的磁力线,和传感器表面平行的霍尔片感应垂直磁力线。HAR 379x以低成本实现精确泽良,并且在较大温度范围表现稳定。传感器还带有信号处理器来计算并且协调两个磁场感应器、传感器保护、PWM和SAEJ2716 SENT输出等信号。

除了子公司的产品,TDK还展示了汽车和工业TMR角度传感器和用于腐蚀性燃油管路的耐腐蚀压力传感器。
 

 

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