近些年來，隨著智能手機(jī)的飛速發(fā)展，其瓶頸也越發(fā)明顯，從而致使一些微創(chuàng)新層出不窮；與此同時(shí)，各色各類的傳感器在手機(jī)中的應(yīng)用也越發(fā)廣泛，較為常見的如陀螺儀、加速度計(jì)、壓力傳感器、麥克風(fēng)等；簡而言之，傳感器作為智能手機(jī)中新生兒，其受重視程度顯而易見。
據(jù)了解，iPhone6/6sPlus所采用的傳感器就達(dá)10多顆，包括Invensense的陀螺儀/加速度計(jì)、Bosch的氣壓傳感器、ALPS/AKM的電子羅盤、AMS的光傳感器/距離傳感器、AuthenTec的指紋傳感器、樓氏的三顆MEMS麥克風(fēng)（第四顆型號為D5307OHALM1可能來自歌爾聲學(xué)）、COMS圖像傳感器（可能來自Sony和OmniVision）等。
在智能手機(jī)中，集成了各種傳感器后，對于處理器芯片同樣也是一種挑戰(zhàn)，如華為海思的麒麟處理器，其由于接口太少，傳感器及其他芯片的數(shù)量太多，導(dǎo)致其不得不采用Lattice的FGPA芯片。除了上述的較為常見的傳感器以外，另一種傳感器正嘗試進(jìn)入智能手機(jī)市場，那就是氣體傳感器。
所謂的氣體傳感器是一種將氣體體積積分轉(zhuǎn)換為電信號的轉(zhuǎn)換器，那么，氣體傳感器在智能手機(jī)中又充當(dāng)一個(gè)怎樣的角色呢？簡單說來，氣體傳感器通常指的是氣體檢測傳感器，讓設(shè)備具備“嗅覺”，比如對甲醛、甲苯、二氧化碳、一氧化碳等的檢測；例如，氣體傳感器應(yīng)用到智能手機(jī)以后，能夠檢測周邊的空氣質(zhì)量情況，當(dāng)空氣質(zhì)量超標(biāo)后，就能發(fā)出警報(bào)，這在環(huán)境每況越下的時(shí)代尤為重要。
早期有一些小眾化的手機(jī)之前就有配置氣體傳感器，但是隨著智能手機(jī)王輕薄的方向發(fā)展，而氣體傳感器的提交和功耗相對而言均較大，導(dǎo)致氣體傳感器在手機(jī)市場的應(yīng)用面臨技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。
蘇州慧聞納米科技有限公司（以下簡稱“慧聞納米”）是一家專注于先進(jìn)氣體傳感器研發(fā)、生產(chǎn)并提供氣體相關(guān)整體解決方案的公司。公司核心研發(fā)人員為美國宇航局（NASA）“電子鼻”項(xiàng)目原班科學(xué)家團(tuán)隊(duì)；據(jù)該公司總經(jīng)理祁明鋒介紹，氣體傳感器因工作原理不同可分為多種類型，貼近日常生活，有望在智能手機(jī)等消費(fèi)品產(chǎn)中應(yīng)用的主要是半導(dǎo)體式氣體傳感器。
他解釋到，氣體傳感器目前應(yīng)用最為廣泛的是金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器，以N型半導(dǎo)體氣敏材料傳感器為例，其工作原理是：N型半導(dǎo)體材料在一定溫度下，表面吸附空氣中的氧分子，并使其從半導(dǎo)體材料表面獲得電子，從而形成氧負(fù)離子，半導(dǎo)體材料表面電阻增加。當(dāng)還原性氣體與N型半導(dǎo)體氣體傳感器表面接觸時(shí)，其電荷被氧原子捕獲，電子自重新回到半導(dǎo)體材料中，使其表面電阻下降。在給定的工作條件下和適當(dāng)?shù)臍怏w濃度范圍內(nèi)，傳感器的電阻值和還原性氣體濃度之間有相應(yīng)的關(guān)系，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)氣體濃度檢測。目前最常用的N型半導(dǎo)體材料主要有二氧化錫、氧化鎢、氧化銦等。
此外，祁明鋒還強(qiáng)調(diào)：“氣體傳感器是多學(xué)科技術(shù)交叉融合的產(chǎn)物，材料合成、器件制備、算法處理、產(chǎn)品封測等都是傳感器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。”
對于針對智能手機(jī)市場的氣體傳感器設(shè)計(jì)的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)，Bosch中國市場與業(yè)務(wù)總監(jiān)嚴(yán)更真同樣談了他的看法，他稱：“由于我們的氣體傳感器是采用MEMS工藝做的，所需要的解決方案很重要。原來的傳感器的應(yīng)用，包括非手機(jī)市場的傳感器，都是采用一個(gè)測量單元將參數(shù)測量出來就可以了，但是目前，針對手機(jī)市場的氣體傳感器不僅僅是要測量手機(jī)殼里面的參數(shù)，還需要測量手機(jī)外的參數(shù)，如溫度、氣壓、濕度等提現(xiàn)空氣質(zhì)量的參數(shù)，相對而言就復(fù)雜了很多。這不僅是對器件制造本身應(yīng)用的一個(gè)挑戰(zhàn)，同時(shí)也是對配套的軟件和數(shù)學(xué)模式的一個(gè)挑戰(zhàn)，我估計(jì)國內(nèi)能做器件（氣體傳感器），但是能否把應(yīng)用案例能搭建起來同樣也是一個(gè)挑戰(zhàn)，從關(guān)鍵性指標(biāo)來看，一定要尺寸小，功耗低，且穩(wěn)定性要高。”
從技術(shù)方面來看，如其他傳感器一樣，國內(nèi)氣體傳感器整體發(fā)展水平與國外仍有不小的差距。在祁明鋒看來，國內(nèi)傳感器企業(yè)需要持續(xù)努力，一方面在技術(shù)創(chuàng)新上加大投入，爭取突破。另一方面，注重工藝技術(shù)研究與經(jīng)驗(yàn)積累，不斷提高生產(chǎn)工藝水平。同時(shí)還要抓住中國市場需求增長的機(jī)遇，努力開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用模式，建立市場應(yīng)用為牽引的兩性循環(huán)體系。
而在市場方面，據(jù)祁明鋒介紹：“2014年氣體傳感器市場規(guī)模約為5.6億美元，預(yù)計(jì)2021年將達(dá)9.2億美元，未來幾年復(fù)合年增長率預(yù)計(jì)在7.3%左右（上述不含車用氧傳感器）。消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用尚未計(jì)入，此領(lǐng)域是未來變數(shù)最大市場，預(yù)測2021年可增加6500萬美元以上市場規(guī)模。目前主要的氣體傳感器市場是美國、歐盟、日本、中國等，其中以美國市場規(guī)模最大，約為35%；其次是歐盟，約為25%；再次是日本，約為20%；中國約占約為10%；其它國家和地區(qū)，約為10%。”
據(jù)悉，目前已經(jīng)有一些企業(yè)正嘗試采用MEMS工藝制造針對智能手機(jī)市場的氣體傳感器，如Bosch和Sensirion等。早在一年前，博世就已經(jīng)推出了一款將氣體傳感器、氣壓傳感器、溫度傳感器及濕度傳感器等四種傳感器集成于一體的環(huán)境傳感器BME680。
BME680中的氣體傳感器可以檢測到涂料、辦公室、清潔用品和家具等物品中鎖含有的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），能以ppm為單位檢測VOC，一般的氣體傳感器的檢測范圍是ppm級別的，高的能達(dá)到ppd！此外，該傳感器還能夠協(xié)助消費(fèi)者通過開關(guān)窗戶控制空氣流量來監(jiān)控和管理室內(nèi)的空氣質(zhì)量，并監(jiān)控個(gè)人監(jiān)控狀態(tài)提供改善個(gè)人健康狀況的建議，以及監(jiān)控家居自動(dòng)化和環(huán)境等。
對于BME680的出貨量，嚴(yán)更真表示不便透露，但是其稱：“在手機(jī)市場方面，全球前十的智能手機(jī)廠商，有幾家對我們的這款傳感器感興趣，并且已經(jīng)處于初步探討階段，我認(rèn)為目前的出貨量并不重要，因?yàn)槲覀兿氲氖亲プ∽钋把氐膸准沂謾C(jī)客戶。尺寸大小是3mmX3mm，這與我們公司的市場定位策略有關(guān)，此外，和我們產(chǎn)品開發(fā)的思路也有關(guān)。”
據(jù)個(gè)人揣測，蘋果極有可能在下一代手機(jī)產(chǎn)品中采用這款傳感器，一方面，在上一代蘋果手機(jī)中，所采用的壓力傳感器是來自Bosch；另一方面，Bosch的這款BME680是在2015年第一季度才向特定客戶提供樣品，因此在今年下半年蘋果的新一代手機(jī)產(chǎn)品中，極有可能會(huì)看到Bosch的這款傳感器。
上文所提及的Bosch產(chǎn)品的市場策略，嚴(yán)更真舉例強(qiáng)調(diào)：“如氣壓傳感器，我們目前在智能手機(jī)市場一年的出貨量超過2億顆，通過氣壓傳感器，再集成溫度、濕度、氣體傳感器等，背后的邏輯很簡單，因?yàn)槲覀兊臍鈮簜鞲衅饕呀?jīng)在手機(jī)市場上有很大的占有率，并且全球主要的前沿手機(jī)品牌都有采用我們的壓力傳感器，所以我們再加入一個(gè)新的元素，這就是我們的一個(gè)出發(fā)點(diǎn)；理論上來講，我們更有優(yōu)勢，因?yàn)槲覀儫o非是介紹一個(gè)新的元素（傳感器）給合作伙伴，更為重要的是，新增一種傳感器以后，在成本上不會(huì)有很大的增幅。”
談及至此，嚴(yán)更真自豪的表示，目前Bosch的氣體傳感器能夠在智能手機(jī)市場每年的出貨量達(dá)到2億顆，市場是創(chuàng)造出來的，Bosch目前不追求很多客戶采用BME680，Bosch現(xiàn)在選擇具有代表性的客戶來采用，如果這些具有代表性的企業(yè)采用了的話，可能就會(huì)有其他企業(yè)跟著使用。如氣壓傳感器，開始只有一兩家大客戶采用，實(shí)際上到現(xiàn)在，Bosch的氣體傳感器能夠在智能手機(jī)市場每年的出貨量達(dá)到2億顆，其實(shí)該情況應(yīng)該出乎國內(nèi)很多廠商的想象，事實(shí)也表明了氣壓傳感器在智能手機(jī)市場的出貨量還是很大。
至于目前氣體傳感器在智能手機(jī)市場的應(yīng)用情況，祁明鋒坦言，目前市場上還沒有直接將氣體傳感器陣列與智能手機(jī)集成的產(chǎn)品，但慧聞納米已經(jīng)開發(fā)出嵌入電子鼻的智能手機(jī)樣板，并預(yù)計(jì)將于年內(nèi)舉行產(chǎn)品發(fā)布。其運(yùn)用氣體傳感器陣列技術(shù)，結(jié)合智能手機(jī)作為傳感器數(shù)據(jù)的處理、傳送終端。通過化學(xué)計(jì)量方法對傳感器進(jìn)行“訓(xùn)練”，使傳感器陣列可以應(yīng)對復(fù)雜的環(huán)境因素干擾，并可對被測對象預(yù)編程處理，從而使得傳感器具有“智能性”。后端網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將對所有測量進(jìn)行即時(shí)和永久的數(shù)據(jù)處理和反復(fù)調(diào)用的支持，可以將多個(gè)“點(diǎn)”測量相互連接，結(jié)合云存儲(chǔ)、計(jì)算技術(shù)，使其成為大數(shù)據(jù)的宏觀量化，使整體測量數(shù)據(jù)能發(fā)揮其極大的研究、預(yù)測、決策作用。他強(qiáng)調(diào)：“這將是目前世界上唯一能直接集成于智能手機(jī)的氣體傳感系統(tǒng)。”
那么，氣體傳感器能否在智能手機(jī)市場開拓出一片新的天地呢？對此問題，嚴(yán)更真認(rèn)為手機(jī)廠商對氣體傳感器還是挺感興趣，從他的態(tài)度以及Bosch在智能手機(jī)市場的策略可以看出，Bosch比較看的這一新的應(yīng)用。祁明鋒也表示：“目前手機(jī)與人們的日常生活聯(lián)系越來越緊密，人們的與外界的互動(dòng)越來越多的通過手機(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，手機(jī)正向擬人化發(fā)展，像人掌中的一個(gè)機(jī)器人，代人判斷、與外界交互、給人保護(hù)，以仿生五官中的鼻子為原型的氣體傳感器，也將作為其‘人體’的一部分逐步融入，承擔(dān)起與氣味相關(guān)的、鼻子負(fù)責(zé)的功能，我想這或許就是內(nèi)在的驅(qū)動(dòng)力。”
整體上來看，在空氣質(zhì)量逐年下降以及智能手機(jī)缺乏創(chuàng)新之際，氣體傳感器在智能手機(jī)市場的增幅必然上漲，但是最終其能否成為標(biāo)配或者如運(yùn)動(dòng)傳感器一樣在智能手機(jī)中普及，這點(diǎn)我們不得而知。至于Bosch的氣體傳感器能否像氣壓傳感器一樣，在智能手機(jī)市場獲得令人意外的豐收，從Bosch的市場策略來看，個(gè)人覺得有這個(gè)可能，這種對成本控制不嚴(yán)且令其手機(jī)客戶心動(dòng)的綁架式服務(wù)，想必會(huì)受到手機(jī)廠商的歡迎！
01月07日 18:14
