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MEMS工厂将生产数百万计气体传感器对抗城市雾霾

微型化与制造技术的进展,为MEMS传感器产业的厂商开启了崭新的市场。为了监测与对抗都市中日益增加的空气污染危机,很快地将在智能手机、穿戴式设备与室内监测设备中看到气体传感器。根据IDTechEx估计,代工厂在未来几年内将生产数百万个气体传感器组件。

金属氧化物(MOS)气体传感器是1950年代日本神户的研究开发成果。这种感测组件由加热至高操作温度(300-500°C)的丝网印刷金属氧化物层(通常是SnO2、CuO或ZnO的改进版本)组成。在此高温下,氧吸附至表面并调整材料的导电性能,当大气中的气体随后与吸附的氧反应时,即可进一步调节材料的导电性能。

这些研究发现创造了一个价值数十亿美元的工业安全领域,包括侦测有毒气体与监测碳一氧化碳的商用传感器,一部份则来自几个国家的法规推动。然而,这种传感器的大外形尺寸与功率要求,使其至今仍无法被应用在更多的商用领域。

微机电系统(MEMS)制造制程已经使得MOS传感器实现大量生产。以前它可用于同时印制200个传感器,但必须在实验室中以多层印刷材料进行。透过火焰热解的材料制造与沈积新方法意味着一座代工厂中每天可制造数百万个传感器。由于使用微型加热板,对于功率的要求已经大幅降低了十倍,如今的传感器功耗还不到10mW。

这种被称为MEMS或CMOS气体传感器的新一代化学传感器,可让MOS感测原则微缩至组件级。他们适于被整合至许多低功耗的手持设备中,例如手机与平板以及穿戴式徽章和首饰。这种传感器具有侦测空气中污染物的能力,即将为环境气体传感器带来重大影响,IDTechEx预计这一市场将持续扩大,在2027年以前达到30亿美元的市场规模。

这种制造制程的革命,也为气体传感器产业带来了几次收购。最值得注意的是AMS收购Cambridge CMOS Sensors (CCS)——这是一家从剑桥大学和华威大学独立出来的公司。

Cambridge CMOS Sensors凭借其利用创新封装技术制造传感器的关键地位,在不到六年的时间内从早期发展阶段一跃而成为气体传感器技术的领导厂商之一。AMS很快地看到中国市场快速成长,智能手机与健身追踪器用的组件开始用于作为环境监测器以及监测酒精含量的呼吸器。

较传统的MOS气体传感器制造商急于赶上这些新兴厂商。日本Figaro Engineering推出了一系列微型传感器,搭配主要用于一氧化碳监测的传感器组合,如今在美国和欧洲大多数的家庭中都可以看到相关应用。

Sensirion最近出售旗下整个气压传感器部门,集中各种资源发展不断成长中的环境气体传感器。该公司将在2017年发表首款气体传感器,该组件在单个微型电热板上使用多种金属氧化物材料,可在尺寸仅2.45 x 2.45 x 0.9 mm的传感器上测量传感器上的多种气体。

这些进展正推动气体传感器朝向消费电子设备发展,预计将在未来五年即可看到大幅成长。为了监测与对抗全球都市中日益增加的空气污染危机,很快地将在智能手机、穿戴式设备与室内监测设备中看到这组件。

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