新技术传感器:2021年中国大陆顶尖的被动元器件制造商(Top 10)

2021/11/03 18:45 · 传感器知识资讯 ·  · 新技术传感器:2021年中国大陆顶尖的被动元器件制造商(Top 10)已关闭评论
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新技术传感器:2021年中国大陆顶尖的被动元器件制造商(Top10)当前,机器人、智能制造、智能交通、智慧城市以及可穿戴技术正在迅速发展,其对传感器需求广泛,要求传感器具备微型化、集成化、智能化、低功耗等特点。随着微纳技术、数

新技术传感器:2021年中国大陆顶尖的被动元器件制造商(Top 10)

当前,机器人、智能制造、智能交通、智慧城市以及可穿戴技术正在迅速发展,其对传感器需求广泛,要求传感器具备微型化、集成化、智能化、低功耗等特点。
随着微纳技术、数字补偿技术、网络化技术、多功能复合技术的进一步发展,新原理、新材料、新工艺不断涌现,新结构、新功能层出不穷。
在物联网行业的推动下,传感器行业的年增长率更是远高于国内其他行业的平均水平。
1
采用新原理、新效应的传感技术
基于各种物理、化学、生物的效应和定律,继力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后,开发具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件,并以此研制新型传感器,这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。
例如在军事医学领域,利用酶电极选择性好、灵敏度高、响应快的特点研发生物传感器,能及时快速检测细菌、病毒及其毒素等,实现生物武器的有效防菌。
还有利用量子力学中的有关效应,可设计、研制量子敏感器件,像共振隧道二极管、量子阱激光器和量子干涉部件等。这些元器件具有高速(比电子敏感器件速度提高1000倍〕、低耗(比电子敏感器件能耗降低1000倍)、高效、高集成度、经济可靠等优点。
而纳米电子学的发展,也正在传感技术领域中引起新的技术革命。利用纳米技术制作的传感器,尺寸减小、精度提高、性能大大改善,纳米传感器是站在原子尺度上,从而极大地丰富了传感器的理论,推动了传感器的制作水平,拓宽了传感器的应用领域。
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传感器微型化和芯片化技术
微机电系统(MEMS)是集微机构、微传感器、微执行器、控制电路、信号处理、通信、接口、电源等于一体的微型系统或器件,是对微/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。
MEMS技术包括:硅微机械加工技术、深反应离子刻蚀、LIGA技术、分子装配技术、体微加工、表面微加工、激光微加工和微型封装技术等。
硅微机械加工工艺是MEMS主流技术,它是一种精密三维加工技术,是研制传感器、微执行器、微作用器、微机械系统的核心技术,已成功用于制造各种微传感器以及多功能的敏感元阵列。如微硅电容传感器、微硅质量流量传感器,航空航天用动态传感器、微传感器,汽车专用压力、加速度传感器,环保用微化学传感器等。
深反应离子刻蚀(DRIE)是MEMS结构加工的重要工序之一,主要用于多晶硅、氮化硅、二氧化硅薄膜及金属膜的刻蚀,属一种微电子干法腐蚀工艺。
LIGA技术即光刻、电铸和注塑,是利用深度X射线刻蚀,通过电铸成型和塑料铸模,形成深层三维微结构的方法。
同时,为了适应MEMS技术的发展,现已开发了许多新的MEMS封装技术和工艺,如阳极键合、硅熔融键合、共晶键合、倒装芯片焊接(FCB)技术、单芯片封装(SCP)和多芯片组件(MCM)等。
多芯片组件(MCM)是电子封装技术的一大突破,属于系统级封装。MCM把两个及以上的IC/MEMS芯片或CSP组装在一块电路板上,构成功能电路板,即多芯片组件,为组件中的各个芯片(构件)提供信号互连、I/O管理、热控制、机械支撑和环境保护等。
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传感器阵列和多传感参数复合的集成技术
集成工艺和多变量复合传感器微结构集成制造工艺,如压力、静压、温度三变量传感器,气压、风力、温度、湿度四变量传感器,微硅复合应变压力传感器,阵列传感器。
集成化是指多种传感功能与数据处理、存储、双向通信等的集成。如压力、静压、温度三变量传感器;气压、风力、温度、湿度四变量传感器;微硅复合应变压力传感器和阵列传感器等,都使用了集成技术。
传感器集成化有两种:一种是通过微加工技术在一个芯片上构建多个传感模块,组成线性传感器(如CCD图像传感器);另一种是将不同功能的敏感元器件制作在同一硅片上,制成集成化多功能传感器,集成度高、体积小,容易实现补偿和校正。
微加工技术和精密封装技术对传感器的集成化有重大的影响。
4
传感器数字化和智能化技术
数字传感器包括调节和处理信号的电路及一个网络通讯的界面。它们通常以模块形式制成,包含传感器、DSP(数字信号处理器)、DSC(数字信号控制器)或ASIC(特定用途集成电路),另外也有以系统封装或系统芯片的方式制成。用于驱动数字输出的电子元件通常有三种:机械继电器、晶体管和双向FET器件。
智能传感器,采用单片微机进行信息处理,诸如补偿、频倍(细分)和数字转换等硬件线路均可软件化。智能传感器能适应被测参数的变化来自动补偿、自动校正、自选量程、自寻故障,配有数字输出,实现双向通信,且具有较强的环境适应性。
智能传感器的典型代表是高性能的智能工业变送器。如日本横河电机的EJA系列智能变送器,ABB公司的MV2000T系列多功能差压/压力变送器,Rosemount公司的3095MV多参数质量流量变送器,分别采用硅谐振传感器、复合微硅固态传感器和高精度电容传感器作为敏感元件,精度达到0.1075%,具有很高的稳定性和可靠性,十年内不用调零。
5
传感器的强环境适应性技术
从汽车到工业,从医疗到航空航天,从家电到测试和测量,很多行业应用都对传感器的环境适应性要求颇高。传感器产品的强环境适应性测试包括电气安全实验、失效分析实验、腐蚀性气体实验、环境性能实验、材料实验等。
传感器封装材料与技术的进步,使得传感器的环境适应能力越来越强。
金属基复合材料封装(AI/Si Cp),通过改变增强体的种类、排列方式或改变基体的合金成分,或改变热处理工艺等,来实现材料的物理性能设计;或者通过改变热处理工艺,来改变基体与增强体的界面结合状况,进而影响材料的热性能。该类材料热膨胀系数较低,既能做到与电子元器件材料的热膨胀系数相匹配,又具有高导热性和低密度。
塑料封装90%以上使用环氧树脂,具有大规模生产、可靠性与金属或陶瓷材料相当的优点。经过硫化处理的环氧树脂还具有较快的固化速度、较低的固化温度和吸湿性、较高的抗湿性和耐热性等特点。
陶瓷封装是用粘接剂或焊料将一个或多个芯片安装在陶瓷底板或管座上,采用倒装焊方式与陶瓷金属图形层进行键合,再对封装体进行封盖密封,同时提供合适的电气连接。陶瓷具有很高的杨氏模量、较高的绝缘性能和优异的高频特性,有良好的可靠性、可塑性且易密封,其线性膨胀系数与电子元器件的非常相近,化学性能稳定且热导率高,被用于多芯片组件、焊接阵列等封装中。
6
无线传感器网络技术(WSN)
无线传感器网络(WSN),是由大量静止或移动的具有感知、无线通信与计算能力的传感器构成的多跳自组织网络系统,能根据环境自主完成指定任务。大量传感器通过网络构成分布式、智能化信息处理系统,从多种视角、以多种模式协作地对网络覆盖区域内的事件、现象和环境实时进行监测、感知、采集、分析,获得丰富的、高分辨率的信息,并对这些信息进行处理和传输,发送给观察者。
传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。WSN包含传感器单元、控制器和无线通信模块,实现数据采集、近距离通信、数据计算和远距离无线通信等功能。
WSN综合了传感器技术、嵌入式操作系统技术、分布式信息处理技术、无线通信技术、能量收集技术、低功耗技术、多跳自组织网络的路由协议、定位技术、时间同步技术、数据融合和数据管理技术、信息安全技术、网络传输技术,关键是克服节点资源限制(能源供应、计算及通信能力、存储空间等),并满足传感器网络扩展性、容错性等要求。
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传感器数字通信总线技术
现场总线技术是一种集计算机技术、通信技术、集成电路技术及智能传感技术于一身的新兴控制技术。
安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线,是一种全数字化、开放式、双向传输、多分支、多站的通信系统,是现场通信网络和控制系统的集成。
基于现场总线的智能传感技术简图
现场总线的关键标志是支持全数字通信,在控制现场建立一条高可靠性的数据通信线路,实现各智能传感器之间及智能传感器与主控机之间的数据通信,把单个分散的智能传感器变成网络节点。
现场总线智能传感器需有以下功能:共用一条总线传递信息,具有多种计算、数据处理及控制功能,从而减少主机的负担;取代4-20mA模拟信号传输,实现传输信号的数字化,增强信号的抗干扰能力;采用统一的网络化协议,成为FCS的节点,实现传感器与执行器之间信息交换;系统可对之进行校验、组态、测试,从而改善系统的可靠性;接口标准化,具有即插即用特性。
现场总线智能传感器是未来工业过程控制系统的主流仪表。
8
传感器的应用技术
传感器的应用技术包括:信号处理和接口技术;降噪与抗干扰技术;位移、力、扭矩、荷重、速度、加速度等机械量的检测技术;温度、压力、流量、物位等过程量的检测技术;智能化与自动测试技术;红外、超声波、微波探测防盗报警器的安装技术等等。
对于消费类应用来说,传感器融合的主要技术难度是如何控制产品的尺寸,合理测试每个传感器的性能,控制整个芯片的良品率并降低成本。
对于工业、军工、汽车、医疗等领域的传感器融合来说,还要考虑如何保证在各种工作情况下的精度、可靠性,利用融合的特性来实现传感器之间的补偿校正等。目前已有不少厂商正尝试研发与薄膜电池、微处理器(MCU)、ASIC、无线通讯功能整合的多重传感设备,而低功率无线电、能源收集、巨量资料处理以及资料安全都是技术上的挑战。
传感器电路的内部噪声包括电路板电磁元件干扰、低频、高频热、半导体器件散粒晶体管、电阻器、集成电路噪声等,外部干扰包括电源、地线、长线信号传输、空间电磁波等。因此,在电路设计中需要根据不同的工作频率合理选择低噪半导体元器件,并根据不同的工作频段、参数选择适当的放大电路。
结语:
传感器是当前中国亟需突破的重点产业之一,传感器应用无处不在,直接关系到我国国防、经济和社会安全。相信通过对生物智能传感器等前沿关键技术联合攻关,抢占产业发展主导权,能加速缩小我国与国外传感器技术的差距。
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新技术传感器:新型传感器

新型传感效应利用各种物理现象、化学反应、生物效应等,是传感器的基本原理。主要有光电效应、磁效应、力效应、生化效应、多普勒效应组成。  光电效应:是指物体吸收了光能后,转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。  磁效应:磁状态的变化引起其他各种性能的变化;反之,电、热、力、光、声等作用也引起磁性的变化。  力效应:物体受力后作用所产生的效果。  生化效应:通过生物和化学的作用所产生的效果。  多普勒效应:相对运动体之间有电波传输时,其传输频率随瞬时相对距离的缩短和增大而相应增高和降低的现象。

新技术传感器:有哪些新技术值得关注?

除了互联网、人工智能之类的信息领域的技术。因为这方面讨论的够多了。希望大家谈一下其他领域的。
小A也来分享两个在不远的未来将与人类休戚相关的技术应用方向:
1) 基于纳米传感器技术的疾病快速检测
2) 面向工业4.0的机器状态监测
大家可能已经发现,面对COVID-19新冠肺炎疫情在全球的蔓延,防疫的关键在于“以快打快”,快速地筛查发现潜在的病例对控制病毒传播至关重要。现今使用的通过测量额温确认是否发热的方法,无法检测出无症状感染或症状发生前的感染,也无法将这种致命的新型冠状病毒和威胁较小的呼吸系统疾病区分开来。因此,如何科学地加快检测进程显得尤为关键。
事实上,除了新冠肺炎外,微生物病原体,包括病毒和细菌,每年造成数百万人死亡。病毒性传染病和流行病的持续发生,影响着各国的民生和经济。在持续不断的控制和消除致命传染病的斗争中,我们如何保证人员安全?一线普筛是一种解决方案。但是,现在使用的传染病检测方法需要15分钟至4小时才能得出结果,速度太慢,无法控制或遏制流行病的快速蔓延。而且如今的检测通常不准确或价格高昂,需要依赖化验室、训练有素的技术人员和复杂的样品制备过程。因此,急需一种能够快速高效检测抗原的测试设备。
纳米传感器开始走向科学家们的视线。与传统的传感器相比,纳米传感器由于可以在原子和分子尺度上进行操作,充分利用了纳米材料的反应活性、拉曼光谱效应、催化效率、导电性、强度、硬度、韧性、超强可塑性和超顺磁性等特有性质,具有许多显著特点:
灵敏度高:用于探测有毒气体的碳纳米管传感器,利用纳米晶或多孔纳米材料可以增加与毒性气体分子接触的表面积,其灵敏度可以增加几倍。研究人员运用碳纳米管与纳米薄膜技术,研制出具有高灵敏度、高稳定性的柔性可穿戴仿生触觉传感器——人造仿生电子皮肤,可对人体不同生理状态进行准确检测和疾病前期诊断。
功耗小:纳米级机器人传感器已经可以通过血液注入的方式进入人体,对人体的生理参数进行实时监测,并有望对于癌变细胞、致病基因进行靶向精确治疗。与传统传感器相比,纳米传感器还可具有自供电能力、从环境中收集光辐射和电磁辐射能量的能力。
成本低:随着纳米材料制备技术的成熟,制造过程的可重复性和批量化生产已不存在太大的问题,纳米传感器的制造成本亦可以大大降低。
多功能集成:传统的传感器一般为具有单一功能的传感器,纳米传感器则可以将成千上万的具有不同功能的纳米传感器组成的阵列加工在一个小微型化芯片上,使其具有多功能探测与分析能力,并具有越来越强大的数据处理、存储与分析的能力,若与互联网相连接,还将具备数据远程分析处理的能力。
有鉴于此,ADI便与开创性生物技术公司Pinpoint Science展开合作,基于ADI的MEMS制造能力及精密数据转换器,共同开发易于使用的便携式纳米传感器技术诊断装置。这种诊断装置可以快速检测生物指标,例如抗体和抗原等,并快速识别出导致疾病和死亡的特定微生物病原体。读取器配有一次性的靶向病原体检测盒,可以现场得出准确的结果,不需要依赖化验室、医疗技术人员或样品制备。这一检测平台对人类的意义远不止于眼下的新冠肺炎疫情,而是具有更长远的价值。
我们再来看看自动化程度越来越高的制造业。
制造业普遍网络自动化发展的趋势势不可挡。此外,智能传感器系统也正在提高自动化程度,提供更多的数据来监测和控制生产过程。例如包括电动汽车、新一代信息技术(IT)和电信、先进机器人和人工智能在内的高科技产业,有了更先进的系统之后,就需要采用更先进的方法来确保系统的可靠性。
对机器人和旋转机器(例如涡轮机、风扇、泵和电机)实施的基于状态的监控,会记录与机器的健康和性能相关的实时数据,以便有针对性地实施预测维护和优化控制。在机器生命周期的早期进行有针对性的预测维护,可以减少生产停机的风险,从而提高可靠性、显著节约成本和提高工厂的生产率。而要对工业机器实施基于状态的监控,可以利用一系列传感器数据,如电气测量、振动、温度、油品质量、声学和流程测量(如流量和压力)。
状态监控的一个重大进步是通过与领域专业交互学习,能够更准确地识别故障,而这也正是ADI OtoSense平台大显身手的地方。OtoSense是一款人工智能驱动的传感解译平台,可以获取、学习和感知任何物理现象,如声音、振动、压力、电流和温度。通过各种连续状态监控功能,它可以分析设备运行状况,监督制造过程并及早察觉异常避免造成问题。人工智能模型在靠近资产的边缘运行,以便提供实时、在线和离线输出,这有助于避免不必要的停机、严重损坏或故障。
除制造业之外,OtoSense还可用于其他各种行业领域,比如下面这三个方向:
航空公司
减少飞机停航(AOG)的时间和财务成本。在线路维护期间,OtoSense可对起动机、APU或ECS进行检查。该软件可即时提供有关组件运行状况的反馈,并提供任何机械部件或流体运动诊断,所有这些对维护操作的影响极小。
废物和水
识别故障,如废物处理厂和水厂中的泄漏和气蚀。优化生产并改进质量控制流程。OtoSense可减少对资产执行质量控制评估所需的时间,同时检测并预测新的各类故障。
能源
不论结构和规模如何,可监控整个发电厂。减少大型资产或处于挑战性环境中资产的计划外维护。OtoSense能够借助经验丰富的技术人员的知识积累更好地检测和预测异常、故障和重大故障,同时通过状态监控确保机器正常运行。
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新技术传感器:未来20年传感器新技术的发展

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