磁場(chǎng)傳感器的應(yīng)用及市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告

1、磁場(chǎng)傳感器的應(yīng)用及市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告 姓名：張孟博 學(xué)號(hào)：1301190018 專業(yè)：13普本測(cè)控磁場(chǎng)傳感器的應(yīng)用及市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告1. 磁場(chǎng)傳感器 磁場(chǎng)傳感器是可以將各種磁場(chǎng)及其變化的量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出的裝置。自然界和人類社會(huì)生活的許多地方都存在磁場(chǎng)或與磁場(chǎng)相關(guān)的信息。利用人工設(shè)置的永久磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)， 可作為許多種信息的載體。因此，探測(cè)、采集、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、復(fù)現(xiàn)和監(jiān)控各種磁場(chǎng)和磁場(chǎng)中承載的各種信息的任務(wù)，自然就落在磁場(chǎng)傳感器身上。在當(dāng)今的信息社會(huì)中，磁場(chǎng)傳感器已成為信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)中不可缺少的基礎(chǔ)元件。目前，人們已研制出利用各種物理、化學(xué)和生物效應(yīng)的磁場(chǎng)傳感器，并已在科研、生產(chǎn)和社會(huì)生活的各個(gè)方面得

2、到廣泛應(yīng)用，承擔(dān)起探究種種信息的任務(wù)。早先的磁場(chǎng)傳感器，是伴隨測(cè)磁儀器的進(jìn)步而逐步發(fā)展的。在眾多的測(cè)磁方法中，大都將磁場(chǎng)信息變成電訊號(hào)進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)磁儀器中“探頭”或“取樣裝置”就是磁場(chǎng)傳感器。隨著信息產(chǎn)業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、電力電子技術(shù)、辦公自動(dòng)化、家用電器、醫(yī)療儀器等等的飛速發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，需用大量的傳感器將需進(jìn)行測(cè)量和控制的非電參量，轉(zhuǎn)換成可與計(jì)算機(jī)兼容的訊號(hào)，作為它們的輸入訊號(hào)，這就給磁場(chǎng)傳感器的快速發(fā)展提供了機(jī)會(huì)，形成了相當(dāng)可觀的磁場(chǎng)傳感器產(chǎn)業(yè)。2.磁場(chǎng)傳感器分類介紹2.1薄膜磁致電阻傳感器鐵磁性物質(zhì)在磁化過程中，它的電阻值沿磁化方向?qū)⒃黾樱⑦_(dá)到飽和的現(xiàn)象稱 為磁阻

3、效應(yīng)。薄膜磁阻元件是利用薄膜工藝和微細(xì)加工技術(shù)，將NiPe。NiCo合金用真空蒸鎮(zhèn)或溯射工藝沉積到硅片或鐵氧體基片上，通過微細(xì)加工技術(shù)制成 一定形狀的磁咀圖形，形成三端式、四端式以及多端式器件。BMber結(jié)構(gòu)橋式電路磁阻元件具有靈敏度高、工作頻率特性好、溫度穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小 等特點(diǎn)?？芍瞥筛呙芏却啪状蓬^、磁性編碼器、磁阻位移傳感器、磁阻電流傳感器等。2.2磁阻敏感器物質(zhì)在磁場(chǎng)中電阻發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)。對(duì)于鐵、鉆、鎳及其合金等強(qiáng)磁性金屬，當(dāng)外加磁場(chǎng)平行于磁體內(nèi)部磁化方向時(shí)，電阻幾乎不隨外加磁場(chǎng)變化；當(dāng)外加磁場(chǎng)偏離金屬的內(nèi)磁化方向時(shí)，此類金屬的電阻值將減小，這就是強(qiáng)磁金屬的各向異

4、性磁阻效應(yīng)。電渦流式傳感器近年來，國(guó)內(nèi)外正發(fā)展對(duì)建立在電渦流效應(yīng)原理上的傳感器，即電渦流式傳感 器。這種傳感器不但具有測(cè)量線性范圍大、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響等優(yōu)點(diǎn)，而且又具有無損、非接觸測(cè)量的特點(diǎn)，目前正廣泛 地應(yīng)用于工業(yè)各部門中的位移、尺寸、厚度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速h壓力、電導(dǎo)率、溫度、波面等測(cè)量，以及探測(cè)全屬材料和加工件表面裂紋及缺陷。2.3磁性液體加速度傳感器磁性液體作為一種新型的納米功能材料，一經(jīng)問世便走到科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿，目前科學(xué)家們已經(jīng)將這種新型功能材料應(yīng)用到廣闊的領(lǐng)域中。以此為基礎(chǔ)的磁性液體傳感器技術(shù)也引起了國(guó)際技術(shù)領(lǐng)域廣泛的關(guān)注。2.4磁性液體水平傳感

5、器磁性液體傳感器的研究與應(yīng)用起源于美國(guó)。早在1983年美國(guó)新墨西哥州阿爾 帕克基應(yīng)用技術(shù)公司就與美國(guó)空軍簽訂了合同，美國(guó)新墨西哥州阿爾帕克基應(yīng)用技術(shù)公司便開始研制基于磁性液體動(dòng)力學(xué)原理（MHD）的主動(dòng)式和被動(dòng)式傳感器。 磁性液體傳感器應(yīng)用領(lǐng)域很廣，既可以應(yīng)用到民用上，也可以應(yīng)用到軍工上，有其它傳感器所代替不了的功能，正因如此，國(guó)外比較早的意識(shí)到開發(fā)磁性液體傳感器 的意義，并且已開始了研究和生產(chǎn)，并將該種傳感器應(yīng)用到航空、航天、宇航站等尖端軍事領(lǐng)域。美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、俄羅斯、日本和羅馬尼亞等國(guó)家已開始利用磁 性液體來制作各種傳感器。磁性液體水平傳感器對(duì)控制機(jī)器人工作狀態(tài)，使太陽(yáng)能柵板保持朝向太陽(yáng)

6、，使拋物天線持續(xù)朝向通訊系統(tǒng)中的人造衛(wèi)星等方面有著重要的 應(yīng)用。目前國(guó)外已研制出單軸、雙軸、三軸等類型的磁性液體水平傳感器，而我國(guó)有關(guān)磁性液體傳感器的研究尚處于實(shí)驗(yàn)和探索階段。3.磁場(chǎng)傳感器的應(yīng)用3.1汽車 汽車中應(yīng)用的磁傳感器數(shù)量越來越多，是磁傳感器最大的市場(chǎng)，占據(jù)了磁傳感應(yīng)用市場(chǎng)大約70%以上的份額。它在汽車中主要被用于車速、傾角、角度、距離、接近、位置等參數(shù)檢測(cè)以及導(dǎo)航、定位等方面的應(yīng)用，比如車速測(cè)量、踏板位置、變速箱位置、電機(jī)旋轉(zhuǎn)、助力扭矩測(cè)量、曲軸位置、傾角測(cè)量、電子導(dǎo)航、防抱死檢測(cè)、泊車定位等等。圖1 應(yīng)用磁傳感器在現(xiàn)代汽車3.2消費(fèi)類電子產(chǎn)品 開關(guān)檢測(cè)洗衣機(jī)或者冰箱的門是否關(guān)上了

7、，手機(jī)、筆記本是否合上蓋子，數(shù)碼相機(jī)鏡頭是否關(guān)上。主要應(yīng)用：a）移動(dòng)電話b）家用電器：洗衣機(jī) 洗衣機(jī)必須具備正反轉(zhuǎn)和高低速旋轉(zhuǎn)的功能，這就要用MR（磁致電阻效應(yīng)）或霍爾元件檢測(cè)和控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。c）個(gè)人電子產(chǎn)品：移動(dòng)硬盤d）游戲產(chǎn)品：電子玩具、電子羅盤等3.3工業(yè)智能控制和自動(dòng)化數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、工廠自動(dòng)化相關(guān)設(shè)備的位置檢測(cè)，傳輸速度控制、磁盤、打印機(jī)、通信設(shè)備的旋轉(zhuǎn)量的檢測(cè)控制中，編碼器是不可少的組成部件，市場(chǎng)年增長(zhǎng)率為20%30%。使用MR 元件、霍爾元件和半導(dǎo)體磁敏電阻元件信號(hào)讀出的磁編碼器，檢測(cè)的對(duì)象是光磁圖形，不受油污、粉塵的影響，因此比最先進(jìn)的光編碼器的可靠性高、壽命長(zhǎng)，尤

8、其適合于自動(dòng)焊接，鋼鐵位置檢測(cè)，以及各種金屬、木材、塑料等加工行業(yè)的應(yīng)用，在傳統(tǒng)行業(yè)改造中發(fā)揮重要作用。4. 市場(chǎng)數(shù)據(jù)4.1數(shù)據(jù)表1 iSuppli 公司預(yù)測(cè)磁傳感器市場(chǎng)和出貨量年份市場(chǎng)/億美元出貨量/億顆年增長(zhǎng)率主要應(yīng)用2009年8.212813%航空航天、汽車、工業(yè)、消費(fèi)2013年13.6504.2汽車 汽車中應(yīng)用的磁傳感器數(shù)量越來越多，是磁傳感器最大的市場(chǎng)，占據(jù)了磁傳感應(yīng)用市場(chǎng)大約70%以上的份額。據(jù)iSuppli 分析師RichardDixon 分析，僅在汽車車身應(yīng)用方面，一輛車使用的磁性傳感器與開關(guān)平均數(shù)量，就將從2008 年的6.7 顆，增加到2013 年的9.4 顆。中國(guó)汽車市場(chǎng)

9、在2009 年逆市增長(zhǎng)，產(chǎn)銷量超過千萬臺(tái)，這無疑對(duì)推動(dòng)磁傳感器的發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用。微開半導(dǎo)體公司中國(guó)市場(chǎng)相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，2009 年和2010 年霍爾傳感器在汽車市場(chǎng)確實(shí)增長(zhǎng)很快，他們對(duì)2011 年霍爾傳感器在汽車市場(chǎng)的發(fā)展也非?？春谩?.3手機(jī)據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)iSuppli 的研究報(bào)告，僅用于手機(jī)的MEMS 數(shù)字羅盤市場(chǎng)將從2008 年的800萬件增長(zhǎng)到2013 年的5.4 億件，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）高達(dá)129%。在此期間，手機(jī)數(shù)字羅盤元件的收入將從800 萬美元增長(zhǎng)到3.25 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）高達(dá)110%。表2 用于手機(jī)的MEMS 數(shù)字羅盤市場(chǎng)（iSuppli 的

10、研究報(bào)告）年份出貨量/億件年復(fù)合增長(zhǎng)率市場(chǎng)/億美元年復(fù)合增長(zhǎng)率20090.8129%0.8110%20135.43.255.主要制造商美國(guó)Honeywell 公司、Asahi Kasei Microsystems(日本旭化成電子材料元件株式會(huì)社)、日本東芝、美國(guó)Allegro Microsystems、德國(guó)Micronas（微開半導(dǎo)體）日本SONY 公司都是磁場(chǎng)傳感器芯片的主要供貨商。微磁傳感器的發(fā)展在國(guó)內(nèi)還相對(duì)落后很多。國(guó)外公司在磁傳感器方面已申請(qǐng)多項(xiàng)專利，形成對(duì)我國(guó)MEMS 磁傳感器發(fā)展的專利壁壘。5.1 美新美新公司開發(fā)的新型MEMS 磁性傳感器，性能達(dá)到并部分超過國(guó)際先進(jìn)水平，打破了國(guó)

11、際跨國(guó)大公司的技術(shù)壁壘，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。同時(shí)項(xiàng)目的實(shí)施將大大提高我國(guó)MEMS 技術(shù)發(fā)展，增加電子信息產(chǎn)品國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。美新磁傳感器元件根據(jù)磁阻原理設(shè)計(jì)，屬于AMR（各項(xiàng)異性磁阻）類型，有MMC212 MN和MMC314 MS 兩類產(chǎn)品，分別為雙軸型和三軸型的。應(yīng)用領(lǐng)域: 電子羅盤、GPS 導(dǎo)航、機(jī)動(dòng)車探測(cè)、方向識(shí)別等。美新自主開發(fā)三軸磁傳感器封裝技術(shù)。傳統(tǒng)IC 封裝工藝以表面貼裝為主，無法滿足傳感器在Z 方向的磁場(chǎng)感應(yīng)。美新設(shè)計(jì)了新型三軸傳感器封裝工藝，在柔性基板表面對(duì)多芯片進(jìn)行倒裝焊，之后將Z 軸折彎至豎直，使得美新三軸磁傳感器能夠有效探測(cè)X、Y、Z 三個(gè)方向的磁場(chǎng)變化。新型磁傳感器采用低成本的

12、塑封結(jié)構(gòu)，市場(chǎng)定位于消費(fèi)類電子產(chǎn)品，具有很強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。5.2 Asahi Kasei Microsystems（日本旭化成電子材料元件株式會(huì)社）市場(chǎng)分布：移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)和筆記本電腦方面主導(dǎo)市場(chǎng)AKM 在研制用于便攜式設(shè)備的電子指南針方面居于全世界領(lǐng)先的地位。該公司生產(chǎn)的AK8970，作為世界首創(chuàng)的用于移動(dòng)電話的三軸電子指南針，于2003 財(cái)政年度開始批量投放市場(chǎng)。這種型號(hào)和后來的AK8970N，已在全世界用于生產(chǎn)超過15 種型號(hào)的電話。2007 年3 月19 日，成功地完成了AK8973S 的研制，是世界上最小最薄的三軸電子指南針，封裝件只有2.5 x 2.5 x 0.5 毫米，相當(dāng)于一

13、塊芯片那么小。之所以有可能把尺寸做得這么小，是因?yàn)榘压鑶纹魻栐c放大器和邏輯電路都做在單片芯片上面。據(jù)預(yù)計(jì)，AK8973S 數(shù)碼接口的用途包括移動(dòng)電話的行人導(dǎo)航系統(tǒng)，個(gè)人導(dǎo)航裝置，以及電視游戲控制器的動(dòng)作輸入裝置。5.3 Allegro Microsystems美國(guó)主要產(chǎn)品就兩類：電源管理集成電路和霍爾效應(yīng)傳感器IC。服務(wù)于汽車、通訊、計(jì)算機(jī)/辦公自動(dòng)化、消費(fèi)和工業(yè)市場(chǎng)中的高增長(zhǎng)應(yīng)用。市場(chǎng)上消費(fèi)類電子（個(gè)人電腦、筆記本或者數(shù)碼相機(jī)）中使用的廉價(jià)的開關(guān)使用的磁傳感器基本都是有AKM 和Allegro Microsystems 兩家提供的。面向汽車市場(chǎng)，Allegro 可編程線性傳感器系列新增

14、一員（A1386 等），旨在為需要盡對(duì)定位感應(yīng)的應(yīng)用提供靈活、高度精確的定位。該器件憑借其雙操縱模式(正常模式及低功耗模式)的特點(diǎn)在市場(chǎng)中別具一格。在正常操縱模式下，Allegro 的A1386 作為帶有成比例輸出的高度精確、用戶可編程線性傳感器運(yùn)行。在低功耗模式下，器件實(shí)際上斷開一些內(nèi)部組件以降低功耗。在降低功耗時(shí)，器件的精確度也有所降低，但仍可作為地區(qū)指示器(旋轉(zhuǎn)環(huán)形磁體的北極或南極)。5.4 Micronas（微開半導(dǎo)體）Micronas 是德國(guó)公司，是一家主要為工業(yè)電子以及汽車行業(yè)消費(fèi)者提供先進(jìn)的專業(yè)化半導(dǎo)體服務(wù)的獨(dú)立供應(yīng)商。主要供應(yīng)霍爾器件、微控制器和氣體檢測(cè)傳感器，其中霍爾器件中包

15、括開關(guān)、線性、角度、電流四類傳感器。其產(chǎn)品將霍爾元件和IC 高度集成，同時(shí)供應(yīng)可編程和不可編程的兩類。Hall8802008 年，推出可編程線性Hall 傳感器，Hall880 是對(duì)Micronas 公司推出的可編程線性霍爾傳感器Hall 8xy 系列產(chǎn)品的一個(gè)補(bǔ)充。Hall880 采用數(shù)字技術(shù)，能夠提供卓越的傳感器性能，同時(shí)提供一個(gè)線性模擬輸出，并能與現(xiàn)有的傳感器設(shè)計(jì)兼容。由于Hall880是基于Micronas 公司霍爾效應(yīng)傳感器的建筑模塊，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)者以往運(yùn)用Hall 8xy 系列產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)的訣竅，在新設(shè)計(jì)中依然適用。因此設(shè)計(jì)人員不用花多少錢，就可以建立自定義校準(zhǔn)傳感器組件。采用D