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气体传感器技术和市场

时间:2019-07-09 17:40来源:www.pepsimudo.com 作者:郑州炜盛科技 点击:

气体传感器的大规模市场应用一触即发

 

空气质量正成为一项重要的环境问题。污染会降低我们吸入的空气质量,进而导致身体健康问题。例如糟糕的空气会加重过敏和呼吸系统疾病,如引发哮喘。此外,某些日常活动可能会释放出有害气体,在极端情况下,类似一氧化碳的有害气体会导致死亡。因此,气体传感器吸引了越来越多厂商的兴趣。气体感测并不是一项新技术,集成气体传感器的气体探测设备已经应用于国防和工业安全,并形成了一个高度管制和成熟的市场。但是人类社会面临的空气质量问题,以及环境保护意识的不断增强,为气体传感器创造了新的应用和市场机会,包括消费类产品(如智能家居、可穿戴设备和智能手机)、建筑物和汽车(室内和车内空气质量监测)。

根据我们市场调研,目前气体传感器市场主要受暖通空调(HVAC)驱动增长,而未来将受消费类应用驱动增长。2014年,气体传感器市场规模为5.6亿美元,预计2021年将达到9.2亿美元,未来五年的复合年增长率为7.3%。如果气体传感器在消费类产品中广泛应用,那么2021年的市场营收上浮6500万美元也是可能的。

 

2014-2021年气体传感器市场营收预测

 

本报告指出有多种因素驱动气体传感器市场增长:

* 受到更好的能源管理需求驱动,气体传感器在建筑市场将实现快速增长,未来五年的复合年增长率为13.6%,2021年市场营收约为2.37亿美元。

* 医疗行业正需要高灵敏度哮喘检测传感器、用于呼吸控制的氧气传感器。

* 消费类应用,如智能家居、可穿戴设备和智能手机,正在推动新型MEMS气体传感器发展,以降低成本和功耗、减小尺寸。

* 由于人们对室外空气质量控制的渴望,环境保护市场未来五年的复合年增长率高达19%。

* 交通运输市场主要由氧气传感器驱动发展,未来的目标是努力减少汽车排放污染。

 

消费类市场是非常有吸引力的,因为它可以产生很大的市场,当然这取决于用户使用情况、产品成本和技术成熟度。如今,智能手机行业已经彻底改变了传感器产业,集成了种类繁多的传感器。同样地,气体传感器也可以集成于智能手机和可穿戴设备中。例如深圳市卡卓无线信息技术有限公司(K-Free)手机设计方案采用了Cambridge CMOS Sensors(简称CCS)的全数字架构MEMS气体传感器CCS811。该传感器可以感测挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOC),如家具产生的甲醛,甚至还能作为警察检测酒驾的呼吸测试器。

 

本报告假设了气体传感器在消费类应用中可能出现的三种情形:

* 现实情形(Realistic scenario):未来几年,智能手机集成气体传感器的“步伐”缓慢,只有二线和三线智能手机厂商使用气体传感器。

* 乐观情形(Optimistic scenario):2016年,某些主流智能手机集成了气体传感器,并在未来五年日益普及。该情形取决于技术成熟度和成本。

* “过山车”情形(“Rollercoaster” scenario):2016年,某些主流智能手机集成了气体传感器,但是一年后,由于没有明确的用户需求,气体传感器又被剔除。例如三星Galaxy S3首次集成了湿度传感器,但一年之后发布的Galaxy S4却剔除了湿度传感器。

 

我们的乐观情形预计2021年气体传感器市场的出货量为3.5亿颗。

 

一个非常分散的市场

 

气体传感器有着广泛的应用,但是每种应用都有自己的技术要求,如被测气体类型、灵敏度、选择性、响应时间、寿命和功耗。每种应用也有自己的商业需求,包括法规、目标价、市场成熟度、竞争情况。

本报告采用独特的方法来分析气体传感器的六大细分市。

* 消费类市。浩宕衅骷傻较训缱硬分,包括智能家居、可穿戴设备和智能手机

* 暖通空调市。河糜谑夷/车内空气质量监测的气体传感器

* 交通运输市。河糜谄滴财饬炕蛑匦统盗痉⒍刂频钠宕衅

* 医疗市。涸谥瘟苹だ硎,用于呼吸分析的气体传感器

* 国防和工业安全市场

* 环境市。河糜诩嗖饪掌柿亢臀廴厩榭龅钠宕衅

 

气体传感器技术和商业需求

 

气体传感器的技术之争

气体传感器技术纷繁复杂,有九种不同的方法。一般情况下,选择何种气体传感器技术取决于价格、尺寸、功耗、灵敏度和响应时间。

金属氧化物半导体(MOS)技术应用较广,涵盖医疗、交通运输、暖通空调、消费类产品,并且使用寿命长(5~10年)。催化(Catalytic)和电化学(electrochemical)技术是“老”技术,且使用寿命短(5年以下),主要用于国防和工业安全。

光学技术具有最高的精确度和最长的使用寿命,但是由于成本过高和环境恶劣,并没有广泛地应用于交通运输,而是获得暖通空调的“青睐”,尤其是非色散红外传感器(NDIR)。随着集成度进一步提高,光学技术还将打开便携式工业检测系统的市场。光学技术,如NDIR、傅立叶变换红外(FTIR)、化学发光(chemiluminescence)和微色谱法(microchromatography),是很准确的,但是较为笨重和昂贵,某些情况下,功耗也较高。如果NDIR采用光电二极管和LED时,可以实现极低的功耗。

MEMS不是一项新的检测原理,而是一个新的制造平台,使得现有技术产品进一步小型化:

* 采用MOS技术的公司:Micronas、Microsens、ams、Synkera、CCS、KWJ Engineering、Figaro

* 采用IR技术的公司:CCS、eLichens

* 采用色谱法的公司:Spectral Engines、APIX、EcoLogicSense

 

气体传感器技术及相关厂商分布图(使用寿命 vs. 应用)

 

新进厂商期望获得市场份额

 

消费类市场巨大的需求量是很有吸引力的。对于此类应用,传感器需要良好的灵敏度、可靠性、低成本、小尺寸和低功耗。MOS技术似乎是成本和尺寸方面的最佳选择,适合可穿戴设备和智能手机。然而,智能手机中的传感器越来越多,功耗也变得越来越重要。因此,传感器还需要非常低的功耗。此外,MOS传感器的灵敏度也不是很好。好消息是,基于NDIR技术的气体传感器在减小尺寸方面取得长足进步,有机会挑战MOS传感器在消费类应用领域的地位。目前,NDIR气体传感器已经在智能家居产品中获得应用。

气体传感器的新进厂商将带来基于MEMS和光学集成平台的创新方法,采用无晶圆厂(Fabless)模式,依靠代工厂实现量产。例如,CCS与X-Fab、TSMC合作;Spectral Engines与VTT合作。因此,气体传感器为半导体和MEMS代工厂带来新的商业机会。此外,半导体委外封测代工厂(OSAT)也可以为气体传感器提供创新的封装技术。本报告中也包含一份全面的气体传感器新进厂商名单。

 

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