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传感器应用领域不断拓展 图像传感器成为新亮点

A Review of China's Sensor Market

赛迪顾问研究员 李东宏


四大传感器应用领域竞相发展

中国从80年代开始发展传感技术,近年来研制水平不断提高,研究应用领域不断拓宽,目前已由过去的少数品种扩展到光敏、热敏、力敏、压敏、磁敏、气敏、湿敏、声敏、射线敏、离子敏、生物敏等多种传感器,以及变送器、二次仪表等多种类、多形式产品,与国外研制领域相当。生产规模不断扩大,热敏电阻器、ZnO压敏电阻器、可燃性气体传感器、光电二极管等十几个品种已形成一定规模生产能力。

2003年中国传感器的四大应用领域是工业及汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品、专用设备,其中工业及汽车电子产品成为传感器最大的应用领域,其市场份额达到33.5%。工业领域应用的传感器如工艺控制、工业机械以及传统的自动传感器等;近年来中国汽车产业呈现持续增长态势,2003年中国汽车工业产量再创新高,累计生产汽车444.37万辆,同比增长率达到35.2%。中国汽车工业的快速发展正在迅速地推动着中国汽车电子产品市场的发展,近年来汽车电子在中国整车中的应用比例有了显著的提升。一个现代高级轿车的电子化控制系统水平的关键就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安装几十到近百只传感器,而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只。种类通常达30余种,多则达百种,对温度、压力、位置、距离、转速、加速度、流量、湿度、电磁、光电、气体、振动等等各种信息进行实时准确测量和控制不可缺少。

通信电子产品成为传感器的第二大应用领域,其市场份额达到25.3%。中国是程控交换机、手机、电话机、传真机等通信电子产品的制造大国,尤其是2003年中国手机产量突破1.7亿部,同比增长率超过40%,占全球手机总产量的四分之一。手机产量的大幅增长及手机新功能的不断增加给传感器市场带来机遇与挑战,为传感器市场的发展注入了一股强劲的增长动力,使传感器市场需求出现了快速增长。特别是彩屏手机和摄像手机市场份额不断上升增加了传感器在该领域的应用比例。传感器在消费电子产品中的应用占据整个市场份额的18.1%,成为传感器的第三大应用领域。中国是家电生产大国,中国的家电产品除了巨大的内需市场外,还大量出口国际市场。由于低廉的生产成本使中国成为全球最大的家电出口国。家用电器对传感器市场需求主要来自空调、冰箱、洗衣机和电饭煲等家电。

表1:2003年中国传感器市场应用结构(略)


传感器在专用设备中的应用占据整个市场份额的14.2%,专用设备包括医疗、环保、气象等领域应用的专业电子设备。目前医疗领域是传感器销售量巨大、高成本、利润可观的新兴市场,随着家庭护理概念的日益普及,小型化、低成本、便携式的医疗诊断设备逐步走进家庭,医用传感器不断朝着家庭护理医疗仪器领域发展。该领域要求传感器件向小型化、低成本和高可靠性方向发展,以配合此类应用。很多研究院所和公司已经开始进行了更广泛的研究和产品开发。一些长期专注于汽车电子领域的大型公司如Honeywell、Motorola、 Analog Device、TI等公司已开始将研发重点转向医疗设备领域,寻求传感器在该领域应用的巨大商机。其中Honeywell公司已开发了很多小型传感器,包括小型SMT压力传感器、用于便携式注射泵的小型触力传感器、微流量液体传感器等。

图1 2003年中国传感器市场应用结构(略)

性能价格比高的传感器成为市场应用热点 目前国内在各个应用领域,急需性能可靠、价格低廉的传感器,且销售量逐年增加。但由于国外传感器价格偏高、国内的传感器性能不够稳定,所以迫切需要既性能稳定又价格适中的传感器。特别是随着人民生活水平的不断提高,各种家电如洗衣机等的自动化程度相应提高,需要价廉、稳定的微压传感器作液位控制。如厚膜微压传感器价格低廉、耐腐蚀,性能稳定,在家电领域其应用前景广阔。 微压传感器主要用于气体或液体的0~20kPa微压力测量。在石化、冶金、电力、水文等行业压力、液位测量中已广泛使用。因此性能/价格比高的传感器已成为市场热点。

目前传感器供应商逐渐意识到行业潜在的巨大商机,很多新兴公司进入该市场,导致价格不断下跌。如微机械压力传感器和加速度传感器成功进入汽车领域加速了价格下跌的趋势。近年来,随着竞争的加剧和客户对价格的日益敏感,供应商面临的压力越来越大,供应商试图通过提供性能/价格比高的传感器,提供优质的服务和技术支持来取代单纯的价格战,性能/价格比高的传感器正成为市场应用热点。


图像传感器日益成为市场竞争新亮点

随着数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展,目前市场和业界都面临着跨越各平台的视频、语音、通信大整合时代的到来。随着多媒体系统的发展,可视信息日趋重要,图像传感器成为人们关注的焦点。图像传感器是电子设备的图像接收器。 图像传感器有两种:线型与面型。线型图像传感器一般用在传真机及扫描仪之类的产品中;面型图像传感器则广泛地用于摄录像机,安全保卫照相机、数码相机及计算机照相机等,并开始用于传统上的非视像产品,如移动电话、个人数字助理(PDA)等。

面型图像传感器中有CCD和CMOS两种模式。通常传送优良图像质量的设备都采用CCD图像传感器,而注重功耗和成本的产品则选择CMOS图像传感器。但新的技术正在克服每种器体固有的弱点,同时保留了适合于特定用途的某些特性。目前两种图像传感器仍随着信息、通信、互联网及便携式电子设备的发展而不断发展。图像传感器在移动电话以及摄录像机和数码相机方面都具有一个快速成长的市场。

短短的几年,数码相机就由几十万像素,发展到四五百万像素甚至更高。在欧美国家,数码相机已经占有很大的市场。 随着中国经济建设的高速增长以及国民经济信息化进程的加快,中国有着应用图像传感器的巨大市场。数码相机的市场在以惊人的速度在增长,其关键零部件--图像传感器产品就成为当前业界关注的对象,吸引着众多厂商投入。 随着技术和应用的迅速发展,中国台湾、韩国、美国及其他地区的半导体制造商也开始进入CMOS图像传感器市场。中国台湾和韩国公司都正加强其CMOS传感器业务。台湾的IC Media公司已开发出了一种4勒克斯最低亮度模块,并积极开拓移动电话、PDA、数码相机及其它增长市场。韩国三星电子公司也把其CMOS传感器业务看作支柱产品,正与日本移动电话制造商合作。而日本Seiko Epson公司则得到了Innotech公司关于阈值电压调制图像传感器(VMIS)的授权。VMIS是一种固体传感器,它把CMOS工艺与相当于CCD器件的图像质量结合一起,通过最有效地把光电二极管电荷转换成电荷而达到优质图像质量。

CMOS图像传感器正在争夺CCD的地位,这一趋势始于夏普推出的SH-04模块。CMOS器件小巧省电,对移动式互联网终端的开发商与制造商极具吸引力。竞争的加剧,也迫使CCD制造商加紧了对产品的改进。一些着眼于移动电话市场的制造商正竞相开发小型低功耗CCD照相机模块,另一些则关注CCD传感器的超级图像质量。三洋公司开发的超小型CCD照相机模块,生产能力已达50万块,不久将上升到150万块。富士照相机胶卷公司开发的Super CCD Honey comb除供自己的数码相机用外,还打算进入移动电话市场。

CMOS图像传感器的最大优势在于它与DSP等其他器件的亲和性,这是CCD器件无法比拟的。CCD是通过光电效应收集电荷,每行像素的电荷随时钟信号被送到模拟移位寄存器上,然后串行转换为电压。虽然,CCD技术稳定,但产品成品率低、成本高,且很难把驱动电路、信号处理电路、与CCD成像阵列单片集成,系统由多芯片组成。而CMOS图像传感器则能较容易地做成单芯片系统,因而可缩小产品尺寸,所以价格低,也可降低产品功耗。由于进行了高度集成,使设计简单,能缩短产品上市时间, 也更适合于便携应用。由于CMOS摄像机可做到钮扣大小,因此可用于保安监视的隐形摄像。一旦提高了CMOS成像器件的光照灵敏度与信噪比,过去CCD应用的领域,CMOS传感器都可能去去开拓,未来CMOS将成为图像传感器中的主流。

         
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