近些年来，随着智能手机的飞速发展，其瓶颈也越发明显，从而致使一些微创新层出不穷；与此同时，各色各类的传感器在手机中的应用也越发广泛，较为常见的如陀螺仪、加速度计、压力传感器、麦克风等；简而言之，传感器作为智能手机中新生儿，其受重视程度显而易见。
据了解，iPhone6/6sPlus所采用的传感器就达10多颗，包括Invensense的陀螺仪/加速度计、Bosch的气压传感器、ALPS/AKM的电子罗盘、AMS的光传感器/距离传感器、AuthenTec的指纹传感器、楼氏的三颗MEMS麦克风（第四颗型号为D5307OHALM1可能来自歌尔声学）、COMS图像传感器（可能来自Sony和OmniVision）等。
在智能手机中，集成了各种传感器后，对于处理器芯片同样也是一种挑战，如华为海思的麒麟处理器，其由于接口太少，传感器及其他芯片的数量太多，导致其不得不采用Lattice的FGPA芯片。除了上述的较为常见的传感器以外，另一种传感器正尝试进入智能手机市场，那就是气体传感器。
所谓的气体传感器是一种将气体体积积分转换为电信号的转换器，那么，气体传感器在智能手机中又充当一个怎样的角色呢？简单说来，气体传感器通常指的是气体检测传感器，让设备具备“嗅觉”，比如对甲醛、甲苯、二氧化碳、一氧化碳等的检测；例如，气体传感器应用到智能手机以后，能够检测周边的空气质量情况，当空气质量超标后，就能发出警报，这在环境每况越下的时代尤为重要。
早期有一些小众化的手机之前就有配置气体传感器，但是随着智能手机王轻薄的方向发展，而气体传感器的提交和功耗相对而言均较大，导致气体传感器在手机市场的应用面临技术方面的挑战。
苏州慧闻纳米科技有限公司（以下简称“慧闻纳米”）是一家专注于先进气体传感器研发、生产并提供气体相关整体解决方案的公司。公司核心研发人员为美国宇航局（NASA）“电子鼻”项目原班科学家团队；据该公司总经理祁明锋介绍，气体传感器因工作原理不同可分为多种类型，贴近日常生活，有望在智能手机等消费品产中应用的主要是半导体式气体传感器。
他解释到，气体传感器目前应用最为广泛的是金属氧化物半导体气体传感器，以N型半导体气敏材料传感器为例，其工作原理是：N型半导体材料在一定温度下，表面吸附空气中的氧分子，并使其从半导体材料表面获得电子，从而形成氧负离子，半导体材料表面电阻增加。当还原性气体与N型半导体气体传感器表面接触时，其电荷被氧原子捕获，电子自重新回到半导体材料中，使其表面电阻下降。在给定的工作条件下和适当的气体浓度范围内，传感器的电阻值和还原性气体浓度之间有相应的关系，据此可实现气体浓度检测。目前最常用的N型半导体材料主要有二氧化锡、氧化钨、氧化铟等。
此外，祁明锋还强调：“气体传感器是多学科技术交叉融合的产物，材料合成、器件制备、算法处理、产品封测等都是传感器设计的重点和难点。”
对于针对智能手机市场的气体传感器设计的难点与挑战，Bosch中国市场与业务总监严更真同样谈了他的看法，他称：“由于我们的气体传感器是采用MEMS工艺做的，所需要的解决方案很重要。原来的传感器的应用，包括非手机市场的传感器，都是采用一个测量单元将参数测量出来就可以了，但是目前，针对手机市场的气体传感器不仅仅是要测量手机壳里面的参数，还需要测量手机外的参数，如温度、气压、湿度等提现空气质量的参数，相对而言就复杂了很多。这不仅是对器件制造本身应用的一个挑战，同时也是对配套的软件和数学模式的一个挑战，我估计国内能做器件（气体传感器），但是能否把应用案例能搭建起来同样也是一个挑战，从关键性指标来看，一定要尺寸小，功耗低，且稳定性要高。”
从技术方面来看，如其他传感器一样，国内气体传感器整体发展水平与国外仍有不小的差距。在祁明锋看来，国内传感器企业需要持续努力，一方面在技术创新上加大投入，争取突破。另一方面，注重工艺技术研究与经验积累，不断提高生产工艺水平。同时还要抓住中国市场需求增长的机遇，努力开拓新的应用领域、应用模式，建立市场应用为牵引的两性循环体系。
而在市场方面，据祁明锋介绍：“2014年气体传感器市场规模约为5.6亿美元，预计2021年将达9.2亿美元，未来几年复合年增长率预计在7.3%左右（上述不含车用氧传感器）。消费电子领域应用尚未计入，此领域是未来变数最大市场，预测2021年可增加6500万美元以上市场规模。目前主要的气体传感器市场是美国、欧盟、日本、中国等，其中以美国市场规模最大，约为35%；其次是欧盟，约为25%；再次是日本，约为20%；中国约占约为10%；其它国家和地区，约为10%。”
据悉，目前已经有一些企业正尝试采用MEMS工艺制造针对智能手机市场的气体传感器，如Bosch和Sensirion等。早在一年前，博世就已经推出了一款将气体传感器、气压传感器、温度传感器及湿度传感器等四种传感器集成于一体的环境传感器BME680。
BME680中的气体传感器可以检测到涂料、办公室、清洁用品和家具等物品中锁含有的挥发性有机化合物（VOC），能以ppm为单位检测VOC，一般的气体传感器的检测范围是ppm级别的，高的能达到ppd！此外，该传感器还能够协助消费者通过开关窗户控制空气流量来监控和管理室内的空气质量，并监控个人监控状态提供改善个人健康状况的建议，以及监控家居自动化和环境等。
对于BME680的出货量，严更真表示不便透露，但是其称：“在手机市场方面，全球前十的智能手机厂商，有几家对我们的这款传感器感兴趣，并且已经处于初步探讨阶段，我认为目前的出货量并不重要，因为我们想的是抓住最前沿的几家手机客户。尺寸大小是3mmX3mm，这与我们公司的市场定位策略有关，此外，和我们产品开发的思路也有关。”
据个人揣测，苹果极有可能在下一代手机产品中采用这款传感器，一方面，在上一代苹果手机中，所采用的压力传感器是来自Bosch；另一方面，Bosch的这款BME680是在2015年第一季度才向特定客户提供样品，因此在今年下半年苹果的新一代手机产品中，极有可能会看到Bosch的这款传感器。
上文所提及的Bosch产品的市场策略，严更真举例强调：“如气压传感器，我们目前在智能手机市场一年的出货量超过2亿颗，通过气压传感器，再集成温度、湿度、气体传感器等，背后的逻辑很简单，因为我们的气压传感器已经在手机市场上有很大的占有率，并且全球主要的前沿手机品牌都有采用我们的压力传感器，所以我们再加入一个新的元素，这就是我们的一个出发点；理论上来讲，我们更有优势，因为我们无非是介绍一个新的元素（传感器）给合作伙伴，更为重要的是，新增一种传感器以后，在成本上不会有很大的增幅。”
谈及至此，严更真自豪的表示，目前Bosch的气体传感器能够在智能手机市场每年的出货量达到2亿颗，市场是创造出来的，Bosch目前不追求很多客户采用BME680，Bosch现在选择具有代表性的客户来采用，如果这些具有代表性的企业采用了的话，可能就会有其他企业跟着使用。如气压传感器，开始只有一两家大客户采用，实际上到现在，Bosch的气体传感器能够在智能手机市场每年的出货量达到2亿颗，其实该情况应该出乎国内很多厂商的想象，事实也表明了气压传感器在智能手机市场的出货量还是很大。
至于目前气体传感器在智能手机市场的应用情况，祁明锋坦言，目前市场上还没有直接将气体传感器阵列与智能手机集成的产品，但慧闻纳米已经开发出嵌入电子鼻的智能手机样板，并预计将于年内举行产品发布。其运用气体传感器阵列技术，结合智能手机作为传感器数据的处理、传送终端。通过化学计量方法对传感器进行“训练”，使传感器阵列可以应对复杂的环境因素干扰，并可对被测对象预编程处理，从而使得传感器具有“智能性”。后端网络技术将对所有测量进行即时和永久的数据处理和反复调用的支持，可以将多个“点”测量相互连接，结合云存储、计算技术，使其成为大数据的宏观量化，使整体测量数据能发挥其极大的研究、预测、决策作用。他强调：“这将是目前世界上唯一能直接集成于智能手机的气体传感系统。”
那么，气体传感器能否在智能手机市场开拓出一片新的天地呢？对此问题，严更真认为手机厂商对气体传感器还是挺感兴趣，从他的态度以及Bosch在智能手机市场的策略可以看出，Bosch比较看的这一新的应用。祁明锋也表示：“目前手机与人们的日常生活联系越来越紧密，人们的与外界的互动越来越多的通过手机平台实现，手机正向拟人化发展，像人掌中的一个机器人，代人判断、与外界交互、给人保护，以仿生五官中的鼻子为原型的气体传感器，也将作为其‘人体’的一部分逐步融入，承担起与气味相关的、鼻子负责的功能，我想这或许就是内在的驱动力。”
整体上来看，在空气质量逐年下降以及智能手机缺乏创新之际，气体传感器在智能手机市场的增幅必然上涨，但是最终其能否成为标配或者如运动传感器一样在智能手机中普及，这点我们不得而知。至于Bosch的气体传感器能否像气压传感器一样，在智能手机市场获得令人意外的丰收，从Bosch的市场策略来看，个人觉得有这个可能，这种对成本控制不严且令其手机客户心动的绑架式服务，想必会受到手机厂商的欢迎！
徐志平
2016-05-31 18:01
