突破消费类“红海”局限 组合环境传感器“燃烧”生命力(消费类电子市场趋势,关键词优化)

近些年，随着人们对健康意识的增强，环境检测日渐受到关注，相应传感器的需求也水涨船高。随着技术的成熟，环境检测传感器的应用领域也开始由工业、汽车、医疗、智能家居拓展至智能手机、可穿戴等领域，而手机、可穿戴对产品尺寸、功耗与成本的要求非常高，于是将传感器、MCU、DSP整合成单个SoC以及将多个环境传感器（气压+温湿度+气体等）采用SiP封装集成的趋势日显。

满足“多功能”需求 组合环境传感器崭露头角

随着人们对环境监测（如VOC污染物）需求的增长，以MEMS技术为基础的微型环境传感器的市场规模得到快速发展。在环境检测的对象上，VOC气体多来源于生活中的清洗剂、溶剂、涂料、化妆品、地毯、地板以及众多消费品等，是空气中常见的对人体有害的气体，除此PM2.5、甲醛、一氧化碳、二氧化碳等的含量也都与人类生活健康息息相关。

盛思锐中国区总经理李锦华

“绝大多数用户都想知道空气质量如何，一旦空气质量不好，人的专注度就会下降，比如VOC浓度过高，人就会打瞌睡，而集成了VOC检测传感器的空调系统感知到空气质量不好，便会自动调节，长期保持健康的环境。从这些需求来看，环境检测传感器是一个很大的市场。”盛思锐中国区总经理李锦华表示。

无锡麦姆斯咨询有限公司（以下简称“麦姆斯咨询”）CEO王懿预计，-2022年期间全球MEMS环境传感器市场的复合年增长率将高达16%。2016年，全球MEMS环境传感器市场规模为6500万美元，预计2022年将达到1.48亿美元，市场前景十分乐观。

郑州炜盛电子科技有限公司（以下简称“炜盛”）环保事业部副总经理王追告诉记者，目前炜盛每年要向市场销售2000多万只传感器，销售额突破了1亿元。其中，环境检测领域的发展尤为显著，TVOC、甲醛、CO、PM2.5检测市场应用越来越广泛，2016年环境监测领域销售额达到了4000多万元，预计年将达到8000万元以上，将连续4年保持100%以上的增长率。

无锡麦姆斯咨询有限公司CEO王懿

从上面的数据可以看出，目前市场对环境检测传感器的需求正在爆发式增长。王追补充表示，近年来，环境问题得到越来越多的重视，环境检测仪器、空气净化器、新风系统等相关设备实现爆发式增长，相应厂商皆大大受益，炜盛在TVOC、甲醛传感器国内市场占有率更是达到了80%以上。

业界人士均晓，环境传感器种类很多，包括温湿度传感器、液体流量传感器、气体流量传感器、差压传感器以及流量控制器等，这些分类下面仍有细分。目前可以看到的一个趋势是，相对单一环境检测传感器，多个环境传感器集成的组合传感器开始崭露头角。

“一方面，随着传感器技术的发展，小体积、低功耗等技术难点不断被突破，首先在技术层面为集成打好了基础；另一方面，物联网、智能家居的快速发展，对传感器的小体积、低功耗也提出了新的要求。同时，随着人们生活水平的提高，人们对于自身生活环境也希望有更多的了解。所以，在上述各要素的共同推动下，多环境参数集成传感器应运而生。”王追表示。

郑州炜盛电子科技有限公司环保事业部副总经理王追

WooFaa总经理周锦富表示，一是因为人们对自身周边环境的重视度越来越高，已不满足以往只测量温度、湿度的基本环境检测需求，而是对同时检测多种环境指标的传感器的需求越来越多；二是传感器的应用需要简单化，集成到一个模块中使用更为便捷。

记者获悉，为了抓住市场机遇，国际上较为领先的传感器公司都在尝试环境传感器的集成化，如博世（Bosch）推出了基于MEMS技术的多种环境检测“集成”的传感器——BME680，此款传感器可以在十亿分之一（ppb）范围内检测挥发性有机化合物（VOC）及其他气体，如一氧化碳和氢气；歌尔声学也开创性地将麦克风、气压计和温度传感器集成于一体，通过优化信号处理电路和后期校准算法，消除了多种传感器件间的相互串扰，满足了产品多功能应用的需求，节省空间且降低了成本。

目前来看，多种环境检测功能“集成”的组合传感器，相比单一环境检测传感器仍有很多不同之处。WooFaa周锦富总结了两个方面，一是集成传感器在尺寸、功耗、成本方面都更具效益，因为每台传感器都至少有三个共同的元件：供电、数据显示和数据记录传输，集成传感器可以在这三方面节省重复的成本；二是在使用场景方面，集成传感器能够对环境作出更加立体的描述，有助用户对环境变化做出更准确的判断。

WooFaa总经理周锦富

整体而言，应市场发展需求，环境传感器在接下来的几年将迎来快速增长，且目前多种环境传感器集成的趋势已经崭露头角。之前，环境传感器多应用在工业、汽车、医疗等领域，对体积、功耗、成本的要求并不明显，而如今若要挑战智能手机、可穿戴等消费电子领域，仍需在体积、功耗和成本等方面不断突破瓶颈。

突破消费类“红海”局限 组合环境传感器“燃烧”生命力

智能手机是MEMS厂商最早攻入的市场，但近些年随着众多厂商的涌入导致竞争加剧、利润摊薄，智能手机市场已然成为红海市场。不过，环境传感器在智能手机等消费电子的应用才刚刚起步，将打开传感器在消费电子市场的新局面。

博世（Bosch）亚太区总裁Leopold Beer指出，消费类MEMS在年面临三大挑战：一是作为MEMS最大应用市场的智能手机，目前增长已进入停滞阶段，但竞争依然激烈，因看到庞大的智能手机基数，仍有不少厂商涌入；二是新型应用领域推出缓慢，如可穿戴式产品，出货量较小且高度分散，MEMS厂商想要在穿戴式领域投入创新和应用开发，需要消耗很大的研发资源；三是客户对这种创新应用的接受度并不高，企业要面对很大的不确定性，包括整个市场的不确定性、技术不成熟与技术风险等。

而在应对策略上，集成化可能是一条出路。Leopold Beer表示，如今厂商不再是扮演最基础的元器件供应商，而是整合传感器、DSP、微控制器等，并结合自己投入研发的软件算法与应用算法，最终呈现出一个解决方案，这是一种商业模式的转变，也是应对挑战的方法之一。

相对应的，盛思锐最新推出的针对智能手机/可穿戴的气体传感器SGP也是在一个单芯片上集成传感器、传感控制、Memory和ADC等电子处理电路，可以把产品尺寸做得非常小。同时，采用了先进的DFN封装，整体体积仅为2.45x2.45x0.9mm，增加了其在智能手机等移动设备上使用的可能性。

事实上，关于传感器的“集成”化，主要体现在两个层面：一个层面是使用MEMS工艺将传感器+MCU+DSP进行单芯片集成；二是将多个传感器通过SiP封装的“模块”集成。上述博世和盛思锐这种“集成”属于第一个层面的集成，它在体积、功耗上会有很大的缩减。

而除了上述将DSP、微控制器整合进传感器之外，博世的多合一环境传感器体现了第二个层面的“集成”。Leopold Beer称，Bosch的BME680不再仅仅是简单的温度、湿度等单一传感器，而是融多功能于一体的集成环境单元，它整合了气压、环境温度、相对湿度和空气中VOC气体含量的首款四合一传感器，而且是将这些传感器整合到3毫米×3毫米的封装中。另外，作为解决方案提供商，Bosch已不再只提供元器件，还为客户提供合适的应用场景，以帮助客户找到用户端应用的思路。

王懿也表示，博世的多种环境检测“集成”传感器BME680是在其BME280环境传感器基础上的演进，增加了VOC气体传感功能。该传感器采用系统级封装（SiP），在一个带金属盖的8引脚LGA封装（3.0mm x 3.0mm x 0.95mm）中集成了温度、湿度、气压和VOC气体传感功能，其内部共有两颗MEMS芯片和一颗ASIC芯片，这与此前的BME280内部的芯片数量相同，但功能更多。

在谈到组合传感器受到诸多公司的青睐时，盛思锐李锦华表示公司也将会推出多种不同的复合型传感器，以PM2.5和CO相结合的传感器为例，尽管目前尺寸较大，但由于温湿度传感器和气体检测传感器尺寸相对较小，将其集成到一个模块上是容易实现的。虽然从技术上来说，将PM2.5和CO复合型传感器与其他传感器集成到单芯片尚有难度，但盛思锐已经在向这个目标奋力前进。

组合传感器趋势解决了环境传感器在消费电子使用中要求的“小体积”和“多功能”问题，不过目前组合传感器也面临一些成本压力和技术门槛，因为不同于其他类型的传感器特性，环境类传感器会受到周边温湿度、干扰气体的影响，甚至在气体浓度超标的情况下发生“中毒”而失效。

炜盛王追表示，不管是单传感器还是多传感器集成，目前在结构设计及封装方面应该都不存在太大难度，更多的难点在于，如何在MEMS工艺下保证传感器的性能。MEMS式气体传感器以化学型传感器为主，往往会受到温度、湿度或干扰气体等环境因素的影响，如何在MEMS工艺下达到或超过传统气体传感器的性能水平对于各厂家都是一个挑战。

“针对这种挑战，需要各传感器厂家在传感器敏感材料方面进行深入研究，同时也需要市场的引导，让各传感器厂家有足够的动力投入相关资源。相对而言，炜盛在MEMS气体传感器方面研究较早，在MEMS式气体传感器性能方面达到了国际先进水平，可提供TVOC、酒精、燃气、一氧化碳等多种MEMS式传感器及模组。”王追强调说。

而在成本方面，WooFaa周锦富坦言，一个集成了不同环境参数的传感器，可以在应用的过程中令客户有更大的发展空间，但成本也是需要考量的问题。比如，香港太古集团准备在太古广场部署建筑物环境监察系统，就要求产品能采集商场内不同区域的温湿度、二氧化碳浓度及PM2.5等。对企业来说，在额定的项目预算中，要集成多种传感器有一定难度，因此在太古集团招标的所有项目中，只有10%的传感器能同时检测 PM2.5，因此，如何达到成本与多个应用的平衡，是厂商必须深思的课题。

“我们为这个项目提供的正是集成式的传感器，除了基本参数，每个传感器都有PM2.5检测功能，还能够同时检测PM10。PM10是香港环保署要求监察的参数，现在太古广场，除了可以在成本不变的情况下，全面监察PM2.5的分布，还可以因应需要与香港环保署的数据要求作出更精准的对接。”周锦富说。

“我们还为香港一间专业录音室布置了一套智能新风系统。因为这个场地有10多间独立房间，用传统的新风系统布置会比较昂贵，所以我们把整体场地分成三个区域，用两个集成式无线室内空气传感器，用不同的空气质素参数，控制不同的管道加压机。当在某个区域有污染物（PM2.5、CO) 被侦测到过量的时候，该污染区会被控制成空气负压，其他两个区域就会变成空气正压防止污染物扩散，这样的新风系统就可以用最短时间，将污染物移走及稀柝。”周锦富补充表示。

将不同的环境传感器封装在一起，它们之间是否会存在一些干扰？周锦富强调，不同环境参数的传感器，很少会互相干扰，但它们会共同地会被湿度及温度影响。传感器的稳定性和寿命，受应用环境的影响远远大于传感器自身的设计。

在未来的消费市场上，组合传感器与单一传感器将如何共存？王懿告诉记者，环境传感器采用SoC还是SiP取决于传感器芯片工艺和感测原理，正如上面所述，博世BME680采用了一种新型的湿度传感技术，从而将温度、湿度和气压三种传感功能集成于一颗MEMS芯片，而气体传感功能采用另一颗MEMS芯片实现，因此整体采用SiP封装。

王追认为，随着市场的需求和技术的发展，MEMS气体传感器一定是发展的必然趋势。短期内，多气体集成传感器的成本还难以满足消费类电子的需求，单一传感器会是一个过渡。相信随着技术的发展及成本的下降，消费类电子对多气体传感器模组的需求会有爆发式增长。

总的来看，随着众厂商的涌入与充分的市场竞争，以智能手机为代表的消费类电子市场，已经成为加速度计、陀螺仪等MEMS的红海市场，然而环境传感器作为新的功能需求有望打开消费电子应用的新局面。在集成化方面，组合环境传感器可以满足消费电子“小体积”和用户“多功能”的需求，不过在市场爆发之前成本的控制以及技术上的挑战，依然是厂商必须突破的难点。

与国际巨头差距尚存 中国市场重要性凸显

从全球的竞争格局来看，目前主导环境传感器市场的厂商，国际上有博世、CAMBRIDGE CMOS SENSORS、盛思锐等，而国内主要有炜盛、康森斯克、艾谱科微、芯晨、敏芯微、芯奥微传感等。相对而言，国际公司在高端市场的占有率优势明显。

WooFaa周锦富说，站在产品开发者的角度来看，国内厂家对于产品的技术支持略有不足，质和量通国外厂商相比仍有一定的距离。

相比国际市场，近年来，中国市场的重要性日渐突显出来，包括博世、盛思锐等在内的国际厂商都将目光瞄准潜力巨大的中国市场。

炜盛王追表示，国内市场相对于其他市场，对环境类传感器的需求有一定差异。国内对粉尘、甲醛、TVOC传感器的需求更加明显，而国外对二氧化碳传感器需求更加明显。随着智能化时代的到来及人们对自身环境了解的需求增加，环境传感器的应用将会更加广泛。