- 各種物聯網應用所需的傳感器技術趨勢
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2015/11/9
為提升產品競爭力，國際半導體大廠紛紛透過購并、垂直集成擴展自身解決方案競爭優勢，搶食物聯網應用大餅，不僅無線通訊技術方案為集成重點，其中物聯網應用關鍵的MEMs與各式傳感器應用方案，更是廠商集成的重點項目... ...
雖然物聯網IoT(Internet of Things)應用可以說是各式舊有技術的再集成，但實際上正因為新一代的集成電路集成封裝技術、低功耗無線傳輸、先進感測元件技術等新技術領域開發與再集成，讓IoT應用在體積、效能、穩定性與電源功耗各方面都能獲得極大的優化成果，甚至在功能追加、功耗優化條件下還能達到單一終端的硬件成本極度壓縮，不僅使IoT相關應用的發展前景無限，也吸引相關芯片業者積極投入搶食IoT衍生的巨大商機。
以3DIC技術堆疊集成的壓力感應器元件核心。Infineon Edison硬件運算平臺，為Intel針對IoT應用開發的硬件功能開發平臺。Intel IoT產品應用需求 推進電子IC產業持續升級
由IoT市場需求進而帶領的電子產業升級，象是新一代納米傳感器系統、軟性電路板與制作技術外，也將IC設計產業帶向跨領域技術集成發展，例如，集成生理感測應用的感測與通訊技術方案、可用于個人健康生理信息追蹤的穿戴式生物感測軟芯片系統封裝方案，這些都是由IoT應用衍生出來的進階應用與跨領域開發成果。
其中對于IoT應用影用影響最關鍵的為終端裝置的通訊應用功能，因為IoT產品重點在于終端的極小化與使用電能功耗的極度優化，因此，耗能較高的通訊技術方案就成為各大半導體業者積極優化的重點功能。例如5G/4G行動數據傳輸模塊、藍牙低功耗傳輸(Bluetooth Low Energy)技術與Wi-Fi無線傳輸技術等，已是半導體商重點布局的領域。
搶食IoT市場大餅 半導體業者砸重金收購強化自身技術實力
以通訊芯片大廠Qualcomm為例，2014年即耗資25億美元收購CSR，取得其全球衛星定位系統(Global Positioning System，GPS)與藍牙通訊芯片相關核心技術，藉此擴展其因應穿戴式裝置、車用電子系統所需的全球定位、藍牙無線通訊核心技術方案與相關芯片方案。除Qualcomm巨資收購動作外，NXP也宣布收購Quintic公司的藍牙低功耗芯片、穿戴式裝置應用獎決方案相關資產與矽智財，同時NXP在2015年3月再以118億美元收購Freescale，強化其車載電子應用解決方案與微控制器產品，為后續布局IoT應用備齊足夠競爭實力。至于Cypress則針對IoT應用開發所需的SoC(System on Chip)核心技術進行資源集成，收購NOR Flash大廠Spansion、ADI則購并Hittite補強其5G應用領域在微波與毫米波頻段的無線通訊技術缺口。
同時Intel也為強化寬頻網絡產業實力，2015年2月收購網通芯片商Lantiq，將旗下產品線有效擴展至DSL(Digital Subscriber Line)、LTE(Long Term Evolution)與光纖網絡應用市場，強化其基礎網通應用服務的市場布局，同時為了擴展IoT應用市場滲透率，也推出旗下因應IoT市場開發的Edison IoT應用平臺，透過集成低功耗的高效能雙核心CPU、搭配單核心微型控制器，藉此支持高復雜度的IoT資料搜集作業，該IoT硬件開發平臺同時集成Wi-Fi、藍牙、LE與存儲器/儲存裝置，透過簡化配置與結合具備40個多工GPIO (General Purpose I/O)接口，提供IoT應用開發硬件彈性基礎，另可搭配支持C、C++、Python、Node.js/Javascript等開發語言進行開發，支持Arduino、Eclipse、Wyliodrin與Intel XDK多種
集成式開發環境，強化IoT應用開發效能。
IoT應用領域廣泛 各大廠看準熱門應用深化解決方案應用價值
很顯然IoT應用市場范圍過廣、各領域的關鍵技術差異大，相關半導體業者為了市場布局除積極透過收購、購并厚植自身應用市場的技術資源外，也看準后續熱門應用領域進行相關重點技術的功能與應用集成。尤其是IoT應用中目前最熱門的穿戴式裝置、聯網汽車(Connected Vehicle)甚至是進階導入醫療體系的健康照護(Health Care)市場，或是更前端的機器對機器(Machine to Machine，M2M)的應用環境，積極擴展經濟規模與產品對各種集成需求的適應性。
除通訊核心功能與硬件平臺外，IoT的另一關鍵重點即在環境感測應用功能支持，尤其在微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems，MEMs)相關業者動向更可觀察到各廠搶進IoT市場的動作，目前歐美與臺灣MEMs晶圓代工廠競相加強動作傳感器、壓力計、麥克風等關鍵集成制程技術。
MEMs代工技術積極優化 搶攻IoT進階應用商機
看好IoT市場爆發前能，Tronics Microsystems、X-Fab、Teledyne DALSA、IMT、Towerjazz、TSMC等積極搶攻MEMS代工。尤其是物聯網、汽車電子、智能行動裝置、行動醫療與光通訊電子設備對于電路載板的元器件占位空間、功耗要求越來越高，也相對吸引更多芯片業者投入MEMS進階制程，集成更新、更小、更省電的關鍵元件，帶動一波MEMs晶圓代工市場成長。
而在IoT應用的重點傳感器集成方面，MEMs代工業者積極鎖定IoT與汽車電子應用領域所需的關鍵傳感器集成設計，例如MEMs加速度計、多軸陀螺儀、磁力計、壓力計與麥克風等重點傳感器集成方案，另針對IoT環境感測應用也競相開發如溫/濕度、紫外光(Ultraviolet，UV)與紅外線(Infrared，IR)環境傳感器先進制程開發，除傳感器關鍵元件在感測精度、元件功耗優化外，業者也積極開發成本更低、尺寸更小的感測集成元件，以提供IoT終端功能開發更具成本與功能競爭力應用解決方案。而在手機、行動醫療、車載電子系統等IoT應用領域的傳感器解決方案方面，相關業者也開始著墨壓力計方案，發展如TPMS(Tire-Pressure-Monitoring System)車胎壓力感測系統，行動醫療應用則對應血壓計等智能感測裝置集成。
關鍵感測技術精度持續提升 智能IoT應用更具實用價值
智能家庭也是IoT另一熱門應用領域，在物聯網應用方面，智能家庭所需的壓力、環境感測應用需求，將會是家庭自動化應用的重要關鍵，象是集成家電控制的智能手環產品、智能手表、智能冰箱、洗衣機與家庭電能管理系統等，這些關鍵智能產品都將需要導入壓力計與各種環境傳感器(溫度、濕度、亮度、空污狀態傳感器)，達到其智能生活輔助應用功能，各大MEMs代工業者也積極開發相關關鍵MEMs芯片產品，協助芯片開發商搶攻IoT應用商機。
對于IoT所需的傳感器性能表現，從以往的量測精度有限的實用功能導向，在新興IoT應用所需的高度智能集成、高精度感測需求已漸顯現其不敷所需，因此關鍵感測元件的MEMs大廠也紛紛針對重點感測元件進行功能優化，例如透過SiP多芯片集成技術制作的多軸陀螺儀感測系統芯片，或是進階多傳感器系統產品就是明顯的案例，透過更高精度的感測效果提升IoT應用的環境信息截取精度，提升整體系統價值。
除了動作傳感器的精度提升外，壓力計的精度提升也是相關應用的一大關鍵，例如Infineon即推出因應穿戴式智能產品設計、個人生理數據采集、手勢辨識、導航定位、天氣環境偵測用途的高階MEMs壓力感測元件，而該元件已可具備±5公分分辨率的壓力感測。
壓力傳感器已經成為穿戴式智能的關鍵感測元件，另在IoT應用壓力傳感器可做為多樣化智能應用的感測數據來源，但目前多數壓力感測MEMs元件為運用壓電技術(Piezo-Electric)原理進行壓力感測機制，Infineon新款壓力傳感器為運用電容感測機制基礎下，提供更高準確性的壓力感測數值輸出。搭載壓力感測元件的行動裝置可以在室內導航應用中輔助室內定位應用，也能在無GPS(Global Positioning System)訊號條件下支持Dead Reckoning(航位推算)功能，滿足智能裝置室/內外導航應用需求，另壓力計還可進行高度或與垂直速度計算數據精確推算，做為穿戴式智能健康運動裝置應用中的運動行為偵測、分析，甚至可作為穿戴裝置的手勢辨識人機接口感測應用，開發更多智能穿戴應用價值。
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