传感器开发 一线调研·加快形成新质生产力丨小小传感器 做成大产业
一线调研·加快形成新质生产力丨小小传感器 做成大产业
来源：央视新闻客户端
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今年以来，各地大力发展高技术制造业，加快培育新质生产力。河南郑州，瞄准高端传感器产业，短短三年时间，相关企业数量翻番，产值增长了20%。当地的传感器产业是如何变大变强的？来看记者调研。
记者来到郑州几家大型传感器企业时，正赶上他们推出新产品，运动鞋里植入可弯折的触觉传感器，监测人的运动数据；传感器变成“电子皮肤”，能用到人形机器人上；柔性生产线上用上视觉传感器，可以对2000多款不同的铝板进行精准识别。
生产线传感器研发设计负责人 苗庆伟： 这样一条柔性生产线，靠这个传感器全管住了，效率和准确度进了好几个台阶。
传感器被称为新一代信息技术产业里的“神经元”，也是物联网的关键零部件，最近几年，新能源车生产、工厂智能化改造、城市更新加快步伐，都带来大量的传感器需求。在郑州传感器产业最集中的智能传感谷里，记者转了一圈发现，这样的小型供需对接会随时都在举办。
然而过去一段时间，郑州当地所生产的传感器，研发周期长，迭代速度慢。面对新一轮的传感器应用大爆发，郑州如何抓住机遇乘势而上？一类新型科研机构在当地悄然生长。
在新设的河南省智能传感器产业研究院里，记者留意到一个有意思的细节：尽管大家身着同一种工服，但名牌上的这排小字却不尽相同，有的是传感器企业的，有的是大学的，有的是物联网公司的，还有的来自行业协会。
河南省智能传感器产业研究院工程师 王栋： 跟咱河南的烩菜一样，很多料，很多人，每个人的职责不一样，功能不一样，但是又发挥各自的优势，最终和谐地在这个“锅”里组合在一起。
河南省智能传感器产业研究院副院长 陈海永： 就像我们一季度完成的这个激光气体传感器，它就涉及了光路、结构、电路、工艺这些方面，还有程序算法等等，我们就集合不同的人来做不同的部分，来更好满足市场的需求。
新型科研机构打开了从“0”到“1”的窗口，但为了让新产品加速上市，还需要破解从“1”到“100”的难题。在政府引导下，一条拥有100多套高端精密制造设备的中试产线将通过产业联盟的方式实现共享共用。
今年一季度，郑州规模以上传感器及相关制造业增加值同比增长18.6%，发展步伐进一步加快，越来越多的传感器企业正在向高技术制造业进阶，向新技术领域进发，向高端市场进军。
郑州高新区智能传感器产业链链长 王德敏： 不进就会退，有进才有机会。我们这个产业要往上走，就必须保持住不断突破自己的进取心。
最新传感技术突破！全球最大MEMS公司如何研发一颗传感器？
全球最大的MEMS传感器公司是哪家？全球MEMS传感器卖的最多的公司卖了多少颗？
或许关注传感器专家网的老朋友，或少或多有所了解。Bosch博世公司，是目前全球MEMS传感器销售额最大的公司，据Yole的年度《MEMS产业现状》报告显示，自2013年开始，博世已经连续11年，问鼎全球TOP 1 MEMS传感器厂商宝座。
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▲来源：Yole
迄今，博世销售了超过180亿颗MEMS传感器，或许也是MEMS传感器卖的最多的公司。在MEMS传感器领域，博世拥有无可争议的王者地位。
博世的传感器布局怎样？拥有哪些产品线？从需求到研发制造，博世如何跑通一颗MEMS传感器的产品研发全流程？博世有哪些领先的传感技术？ 近日，在Sensor Shenzhen 2024上，记者采访了Bosch Sensortec高级产品经理周良。今天，我们深入了解这家全球最大的MEMS传感器巨头。
专家档案
Bosch Sensortec高级产品经理，周良
汽车&消费电子两大传感器产品线！博世的传感器帝国
据Bosch Sensortec高级产品经理周良介绍，目前博世全球业务主要有四个板块，分别是智能交通业务、工业技术业务、能源和建筑技术业务和消费品业务。
博世的传感器业务主要归属于第一个业务板块——智能交通业务， Bosch Sensortec是一个独立的子公司，主要聚焦消费电子传感器方向。除消费电子外，汽车是博世传感器的另一大应用领域。
周良介绍，博世公司内部对传感器的研发是一个高度复用、高度融合的整体，虽然名义上各传感器的研发部门不同，但在研发流程、生产制造等是不存在壁垒的。
早在1995年，博世就开始大规模生产MEMS传感器 ——用于发动机管理的压力传感器。此后，博世开发了可测量加速度、旋转、压力和声音的众多MEMS传感器，并用于汽车气囊、燃油系统压力检测等等。
2005年，博世开始为消费电子产品生产传感器 ，并将MEMS传感器业务独立出来，成立了Bosch Sensortec ，面向消费电子、可穿戴设备和物联网等新兴领域提供完善的MEMS传感器和解决方案，迅速在消费类MEMS传感器市场取得领导地位。
今天，全球超过一半的智能手机中都安装了至少一个博世MEMS传感器 ；平均每五辆新车就有一辆安装博世MEMS传感器 ；而在无人机、游戏机、健身腕带和真空吸尘机器人中甚至安装了数百万个博世MEMS传感器。
▲博世MEMS传感器产线
颠覆行业，全球最小尺寸PM2.5传感器，450倍尺寸缩减！窥视博世MEMS传感器产品研发技术实力！
站在传感器行业的顶峰，博世等传感器巨头要做的已不仅仅是市场的开拓，更多的是创新性传感器技术产品的研发，通过颠覆性的传感器产品，创造新的应用场景，从而带来更多的传感器需求。
近年来，大家愈发关注空气质量问题，在过往，对空气污染的检测，主要通过内置PM2.5传感器（颗粒物传感器）的空气质量监测仪，这些设备往往跟手机一样大小，携带不便，满足不了随时随地检测空气质量的需求。
▲普通空气质量检测仪，来源：网络
如今，手机能够测加速度、测角度，测气压，为什么不能在手机里面集成PM2.5传感器进行空气质量的检测呢？
主要瓶颈，就在于PM2.5传感器的技术迟迟无法突破，传统上的PM2.5检测颗粒的模组内置了风扇 ，通过风扇把空气卷进激光束，将空气样本引入传感器的检测区域，利用颗粒物反射或阻挡激光光线的特性，借助光电二极管加以检测和测量，因此传统传感器体积大、耗电多，且受限于风扇等机械部件较多，传统PM2.5检测模组容易出现质量问题。
如何让小型化设备，如智能手机、智能手表等，以及其他小型物联网设备具有空气污染的监测能力？答案是：研发一种新型的超小尺寸PM2.5传感器。
基于此，博世在此前推出了世界上最小的PM2.5传感器（颗粒物传感器）BMV080，尺寸仅为4.2x3.5x3mm³，周良介绍，其体积比同类产品小了450倍。
▲博世BMV080颗粒物传感器（右）
技术上，BMV080采用VCSEL的设计方式，使用MEMS技术制造，加上复杂的算法支持，该传感器可以直接测量空气中的PM2.5浓度，而不需要利用风扇等部件集中气流才能检测。
从体积、噪音、寿命、稳定性等方面，BMV080均全面领先于如今市场上的传统PM2.5传感器模组，并且在多种性能参数指标上，BMV080与激光检测的传统PM2.5传感器一致甚至优胜。
此外，周良还透露，BMV080目前正在最后的量产准备阶段，预计在今年7月31号前量产出货给客户。 或许，最快在今年年底，我们可能在市场上看到搭载博世BMV080颗粒物传感器的小型化设备，您期待智能手机、智能手表、智能手环等智慧设备搭载空气污染检测能力吗？
另外，值得一提的是，Bosch Sensortec还推出了穿戴用全球最小MEMS 加速计—— BMA530 和 BMA580，据Bosch Sensortec 亚太区总裁王宏宇介绍，其尺寸1.2 x 0.8 x 0.55 mm³，仅是一般家蚁的四分之一大小。
从这些传感器，足以看到博世这家全球MEMS传感器巨头强悍的技术实力。
▲博世BMA530 、 BMA580 加速度计
从需求到量产，全球最大的MEMS传感器企业，博世如何跑通一颗传感器的产品全流程？
传感器是高科技的产业，除了技术要求高外，也体现在产品的研发设计周期长等地方。据相关资料显示，一款MEMS传感器产品从设计到量产，行业平均数据是需要6到8年的时间，中间涉及设计、工艺、工具的相互匹配。
那么，作为全球最大的MEMS传感器企业，博世如何跑通一颗传感器的产品全流程呢？
周良介绍，从产品定义到研发、生产制造，Bosch Sensortec的主要流程有：
分析市场需求，根据需求做出精准的产品定义，将这个需求导入到产品的设计规格中。形成具体规格后，进入到研发准备阶段。研发准备阶段就是市场定义了产品，有了准确的规格后，研发工程师就要去考虑怎样去实现相关的规格。
在MEMS传感器研发过程中，Bosch Sensortec主要有三个阶段，分别为原型阶段、样品阶段以及客户样品阶段。 主要涉及原型产品的研发设计、样品产品的确定，以及所有设计（Design）全部冻结之后的客户样品的阶段。
通过这些研发阶段后，一颗MEMS传感器产品就进入生产准备阶段，这里面包括生产制造调试、前期验证、后期上量等阶段。
同时，周良强调，在各个阶段中，博世会不断去做质量保证的工作，以及许多可靠性测试，来保证产品不仅满足客户性能质量的要求，也满足长时间使用可靠性的要求。
“基本上从大的这个步骤来看，博世在做一个产品的时候，基本上是遵循这样一个逻辑。当然这里面一些细节可能有博世的一些做法在里面”
博世研发一颗MEMS传感器一般需要多长时间？
前文，我们介绍了博世首创研发的全球最小颗粒物传感器BMV080，基本就遵循这样的MEMS传感器产品研发流程，最终做出来，那么，博世最终完成一颗MEMS传感器的研发到量产，一般需要多长时间呢？
周良介绍，早在前几年雾霾等空气质量被大众所关注的时候，博世已开始着手立项，研发基于MEMS的新型PM2.5传感器帮助行业进行相关的检测，博世相信，有了这种新型传感器将能创造更多的空气检测的使用场景，从而让科技为人们创造更美好的生活。
经过几年的技术调研和原型研发，在2022年底完成，2023年正式向市场推出，在今年的7月31号。会最终交付到生产。
从周良的介绍中，我们大概了解到，博世开发这样一款MEMS传感器产品，前后也用了7、8年的时间，可见MEMS传感器的开发周期之长。
AI、大模型、机器人、AR/VR……博世应用前沿技术变革传感器产业，消费电子领域布局哪些领域？
作为全球最大的MEMS传感器厂商，消费电子是博世传感器业务最大的一块版图，近年来消费电子产业低迷，博世如何应对？
周良介绍，过去两年全球消费电子市场确实比较低迷，但从今年开始，已经有复苏的迹象。目前在消费电子，尤其是智能手机、智能穿戴等领域，博世认为随着经济发展将会逐渐恢复增长。
此外，Bosch Sensortec也将MEMS传感器的应用重点关注到AR/VR、人形机器人等相关领域。周良认为：
“这些新兴市场，目前处于商业孕育初期，但是一旦过了孕育期，可能就会突然有一个爆发点。所以我们在这个方面的一些铺垫还是很有必要的，我们也做了很多的产品，在这个方面包括会有多种传感器，包括角度检测，我们还做了一些微投影的产品，用在智能眼镜上，这些都是我们在这个方面做的前期的这样一个铺垫。 ”
在这些领域，周良也透露了目前Bosch Sensortec基于MEMS技术研发的一些前沿产品。
在AR/VR方面，Bosch Sensortec研发了智能微投影模组，应用于智能眼镜等产品，有望改变当前智能眼镜尺寸大、重量重、显示效果不理想、功耗大等掣肘AR/VR产业普及的缺点。
周良称：
“我们这套系统,在这些方面都会有非常大的突破 。如果说在这些方面有一些大的突破的话，那未来可能智能眼镜的应用就会出现爆发，创造更多新的应用需求。 ”
此外，Bosch Sensortec还有许多运动类传感器可以在AR/VR方面做头部的角度追踪 ，包括新一代高性能磁力计BMM350等，也可以辅助做到这方面的一些应用 。
周良介绍，Bosch Sensortec在AR/VR领域做了很多的产品铺垫和技术积累。将来这个行业爆发，博世可以提供很多的成熟的解决方案，这样的话客户就可以尽快的推出这方面的产品。
在机器人方面，随着老龄化的趋势，Bosch Sensortec机器人也将是一个庞大的市场。
目前Bosch Sensortec在机器人的关节、运动检测等方面，已经有许多利用加速度传感器和陀螺仪做的成熟的方案。
譬如，博世展示了一款尖端智能互联传感器平台，使用多个IMU惯性测量单元——BHI380传感器，绑在身体手臂、双腿等各处，可以实现无线互联的姿态捕捉，这也为未来机器人的感知应用做铺垫。
▲使用Bosch Sensortec智能感知平台控制机器人，来源：博世
值得一提的是，BHI380这颗创新的IMU单元——这是一颗集成可编程AI系统的传感器产品，结合了陀螺仪和加速度计。
这颗IMU能做什么？基于强大的基于AI的算法库，BHI380能实现头部3D音频应用、各种健身训练动作的跟踪、测量游泳姿态、实现惯性导航等等功能。从这里，我们能看到博世在传感器算法方面的领先优势，以及对AI在传感器技术中的前沿应用的努力。
关于博世对AI技术在传感器中的应用，周良做了深入的分享：
“我们对AI的理解，就是说我们过去的传感器其实就是给客户提供一些原始的数据，比如说，以加速器和陀螺仪来讲，它可能输出的就是一个加速度信号或者一个角速度信号给到客户。但是从真正应用的角度来讲，客户可能需要把这些物理量变成它实际使用到的一些数据，那这里面需要一个算法的过程（来进行计算），在以前这个算法需要客户自己来开发，自己来做这方面的应用。
现在，我们的智能传感器，就是在传感器里面放入相当有计算力的一些计算单元 。可以是一个外接的MCU，也可以是SoC，那它里面就能够跑我们博世自己开发的一些算法。这些算法能够实现本地运行，或者叫做边缘计算这套模式 ，让这个计算重新回到我们传感器的这边，来减少整个系统的功耗。 然后同时也可以减少客户对算法开发的负担。
如果我们能够提供一些优质的算法，客户可能拿到这些产品就能直接去应用。他不需要再根据你的传感器，针对某个场景去开发重复的算法，这样产品开发效率就能提高，所以这个是我们在智能传感器领域做的一些探索。 ”
从快速响应到成本降低，博世向中国传感器同行学习？
在传感器领域，从全球市场上来说，博世认为一直面临着竞争压力，许多传感器产品不仅有博世一家在供应。
但博世认为，竞争是一个相互促进，相互发展的过程，在这个过程中，博世不断通过技术投入，研发出业界领先的传感器产品，从而巩固在传感器领域的领先竞争力。
聚焦到国内市场，周良认为国内优秀同行在快速响应、成本控制等方面，具有许多国际企业需要学习的优势 ：
“在这个方面其实我们也在去不断的学习，国内优秀同行的做法。怎么样去加快我们响应的速度，加快我们研发的时间，加快我们从产品到这个市场的这样一个时间。然后的话不断的去降低我们的成本，能够带到更优质的产品给到客户”
中国及全球的传感器市场非常庞大，国内同行和国际企业之间，需要互相学习、互相促进，共同推动行业的发展。
结语
从全球最小的PM2.5传感器、最小的加速度计，到AI算法在智能传感器的应用，博世向我们展示了其引领业界的技术实力。
在AR/VR、机器人等新兴领域，博世已开始布局、完善其新型感知解决方案，并有望颠覆今天的智能眼镜等多种应用。
博世是全球最大的MEMS传感器企业，同时也是业界学习的标杆。
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