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傳感器技術介紹(五),傳感器技術之指紋傳感器+發展歷程

2020-06-20
來源:21IC

    傳感器技術已日趨成熟,對于傳感器技術,大家可能有所了解。為增進大家對傳感器技術的認識,本文將對傳感器技術的發展歷程以及指紋傳感器技術予以介紹。如果你對本文內容具有興趣,不妨繼續往下閱讀哦。

    一、指紋傳感器

    指紋傳感器(又稱指紋Sensor)是實現指紋自動采集的關鍵器件。指紋傳感器按傳感原理,即指紋成像原理和技術,分為光學指紋傳感器、半導體電容傳感器、半導體熱敏傳感器、半導體壓感傳感器、超聲波傳感器和射頻RF傳感器等。指紋傳感器的制造技術是一項綜合性強、技術復雜度高、制造工藝難的高新技術。

    

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    半導體指紋傳感器因其制造工藝復雜,單位面積上傳感單元多,包含高端的IC設計技術、大規模集成電路制造技術、IC芯片封裝技術等,所以半導體指紋傳感器幾乎全部是由IC技術發達的國家或地區,如美國、歐洲、臺灣等地設計、制造的。一顆不足0.5平方厘米的晶片表面集成了10000個以上的半導體傳感單元。內部還包括了自動增益電路和邏輯控制芯片,以及串行、并行、USB等接口電路。半導體指紋傳感器的靈敏度高,分辨率也達到了500dpi或以上。其功能已經突破了單一的傳感能力,加上軟件配合,可以用做全向導航器。半導體指紋傳感器正朝小型化方向發展。2004年以前以1平方厘米見方的方型為主,多為滑動式SWIPE芯片。全球最小的滑動式采集芯片只有12x5 mm,是由Authentec最近推出的1610。光學傳感器中存在棱鏡,其體積較大,一般為半導體的幾倍甚至10倍大小,所以限制了其在小型設備上的應用。在類似考勤機、門禁等大設備上使用沒有體積限制的問題,但在U盤、移動硬盤、手持設備上使用,體積成了最大的障礙,所以光學指紋傳感器也出現了滑動式的。

    二、指紋傳感器的應用

    快速變化的指紋識別技術市場已經深入消費類領域 - 指紋傳感器出貨量將以18%的復合年增長率成長,預計2022年將達到47億美元市場規模。

    在收購指紋傳感器公司Authentec之后,蘋果公司于2013年發布了iPhone 5s,從而推動指紋傳感器的大量應用。此后幾年,指紋傳感器在消費類市場中的出貨量呈現出不可思議的增長。起初,指紋傳感器用于手機解鎖和信息保護。然而現在,指紋傳感器越來越多地應用于在線識別和移動支付等安全功能。

    應用于智能手機的指紋傳感器出貨量從2013年的2300萬顆增至2016年6.89億顆。可見,2013~2016年期間,手機應用的指紋傳感器出貨量的復合年增長率高達210%!預計2016~2022年期間,該領域的增長將趨于“理性”,復合年增長率約為18%。

    指紋識別正成為每部智能手機的標配功能,并增添了很多實用價值。然而,飛速的出貨量增長伴隨著強大的成本壓力,這是指紋傳感器在過去三年中發生的現實寫照。指紋傳感器的平均成本已經從2013年的約5美元降至2016年的3美元左右,而且低端指紋傳感器成本更加低廉。盡管如此,但成本壓力還沒有消失。當前的技術日臻成熟,并受到新技術的威脅。新技術需要通過“更低的成本”來獲得發展動力。例如,3D超聲波指紋識別技術。

    三、傳感技術歷程

    1883 年,全球首臺恒溫器正式上市,一個名為 Warren S. Johnson 的發明者創造了它。這款恒溫器能夠將溫度保持在一定程度的精確度,就是利用了傳感器和傳感技術,在當時看來,是非常厲害的一項技術。

    

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    到了 20 世紀 40 年代末,第一款紅外傳感器問世。隨后,許許多多的傳感器不斷被催生出來,直到現在,全球大概有 35000 種以上的傳感器,數量和用途上非常繁雜,可以說,現在是傳感器和傳感技術最為火熱的一個時期。

    1987 年,ADI(亞德諾半導體)開始投入全新的傳感器研發,這種傳感器與其他不太一樣,名叫 MEMS 傳感器,是采用微電子和微機械加工技術制造出來的新型傳感器。與傳統的傳感器相比,它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產、易于集成和實現智能化的特點。而 ADI 是業界最早做 MEMS 研發的公司。

    1991 年,ADI 發布了業界第一顆 High-g MEMS 器件,主要用于汽車安全氣囊碰撞監測。而后眾多 MEMS 傳感器被廣泛研發,用在手機、電燈、水溫檢測等精密儀器上,截止到 2010 年,全世界有大約 600 余家單位從事 MEMS 的研制和生產工作。

    隨著云計算、5G、大數據、AI 技術以及物聯網技術的爆發,智能傳感器和智能傳感技術逐漸被提及起來,大量的可穿戴式設備中含有多種生物以及環境智能感應器,用以采集人體及環境參數,實現對穿戴者運動健康的管理,其傳感器更高的精度使得設備更加可靠。

    

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