磁感測器與磁阻技術帶給汽車工業新機遇 - 工程師

磁感測器與磁阻技術帶給汽車工業新機遇

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隨著電子導入汽車領域，預估未來15年將發生巨大變化，汽車感測器也在不斷發展，以滿
足對性能、安全性、大數據分析、穩健性、安全防護及經濟的創新需求。汽車感測器可歸
因於現在席捲汽車領域的兩個趨勢：汽車電動化- —特別是推進裝置；以及先進駕駛輔助
系統（ADAS）的不斷發展。

磁感測(magnetic sensor)工業將成為新市場的重要受益者。磁感測器在矽的功能發揮下
變得更加智能化，伴隨而來的是其價格遽增，主因於ISO 262262標準下所規範之功能安全
性。感測器的價值提升對供應商來說是一個求之不得的轉機，與過去因消費者了解行情而
造成價格崩壞的歷史模式完全背道而馳。IHS Markit統計發現，與2016年的數字相比，由
於關鍵汽車系統中磁感測器價值的增加，供應商創造價值將在2022年達到3.4億美元。

總而言之，磁感測器市場的全球收入預計將在2030年擴增至23億美元，是去年該行業收入
的11億美元的兩倍多。隨著汽車電子化逐漸鞏固地位，激勵市場需求也將使磁感測器商獲
益。預計到2030年，將成為汽車電動化的主要選擇。

下圖顯示了2016年至2030年IHS Markit各技術領域的全球磁感測器市場預測，同時揭示了
磁感測器將是一個日益多元化的市場。

http://iknow.stpi.narl.org.tw/Post/Figures/2019/market/ic_15377b_20190319.png
目前，電動汽車和自動駕駛汽車在使用感測器時所面臨的挑戰可能起因於六種因素，包括
原始性能、功能安全支持、更高的穩健性/智能性、安全性，還有，從現在延伸到2030年
之後的新穎封裝材料出現，涉及磁感測器。

車輪速度感測器是支持防鎖死煞車系統（ABS）和間接輪胎壓力監控的重要系統，其需要
更低的抖動問題發生。汽車的要求是為了未來的自停車功能能夠更準確的標示位置信息，
以及更高的精度測量以支持計算輪胎壓力。磁感測器 – 目前通常是霍爾效應和異性磁阻
（AMR）設備，開始轉向AMR感測，以應對新挑戰。

在涉及功能安全的情況下，將感測器數量從一個增加到兩個或三個，可以在系統級別上獲
得更高的ASIL安全等級。此功能應用在包括轉向系統中的角度感測，或踏板或節氣門位置
等等。

就大數據應用而言，與現有過濾信息的感測器相比，感測器必須能夠收集比過去更多的信
息，同時還能保留更多的原始信號。由於所收集的信息對於大數據分析至關重要，因此不
僅僅是磁感測器，所有感測器的穩健性和智慧化都將成為必要性。

磁感測器的特別之處在於雜散磁場方面的漏洞。為了滿足對穩健性逐漸增長的需求，電動
車輛中的感測器需要新層級的保護以防止由大型電力牽引電動機的電磁場引起的雜散磁場
。公司現在必須轉而滿足4000 A / m的規格，而過去則為1000 A / m。

在安全性方面，感測器成為必須應用，例如在鑰匙扣使用動作感測器來降低駭客透過無線
射頻打開汽車。因此，任何感測器，不僅是磁感測器，也必須考慮到潛在駭客可能進入任
何系統的攻擊點。

最後，感測器的不斷增加和自動駕駛車駕駛座必須重新設計及重新評估感測器封裝的兩個
因素。目前歐洲一輛汽車配備超過150個感測器和開關裝置(switches) - 其中許多架設
在駕駛座，例如：通用汽車、寶馬和大眾等公司正在為汽車駕駛員和乘客提供與車輛信息
系統互動的新方法，去除笨重的把手，喜歡觸控甚至無接觸感應。所以，車門和其他面板
都需要重新設計。

雖然此類感測器在短期內提供解決方案，但最近博世公司和Max Planck Institute研究所
的研究人員也展示了彈性化的霍爾感測器。捷豹汽車公司目前正在研究柔性電路板，使其
能融入更多功能，同時保持整潔的外觀。這些新設計及需求將改變半導體和硬體基礎設施
上造成破壞性的創新。

雖然現在，主要的磁感測解決方案仍然是霍爾效應感測器IC，這種技術可提供大眾客車中
的60多種應用服務。2017年霍爾效應感測器和裝置佔全球汽車磁感測器收入的90％。霍爾
感測器以其強大的性能、小尺寸和低成本而著稱。這些器件可以配置在引擎蓋且不畏高溫
，並與CMOS電子器件兼容。雖然霍爾器件能進行垂直量測場域，但趨勢是使用磁場“聚光
器”在橫向上擴展空間分辨率。這種器件被稱為2D和3D霍爾IC，並且在許多情況下，正在
取代線性霍爾感測器和角度感測器，例如：用於動力傳動系中的底盤高度測量和電子油門
控制。

然而，霍爾IC將遇到越來越多來自磁阻技術的競爭，磁阻技術包括異性磁阻（AMR），巨
磁阻（GMR），以及最近的穿隧磁阻（TMR）裝置結構。總而言之，磁阻技術提供更高的靈
敏度，主要霍爾效應感測器供應商Allegro Microsystems、Infineon和NXP等也將GMR、
AMR或TMR設法整合到他們的產品中。然而，磁阻感測器雖僅佔全球汽車磁感測器總出貨量
的10％，但因其價格高於霍爾IC，故在收入比例上也相對高得多，佔約19%。

磁阻裝置主要用於檢測性能和安全關鍵操作的感測應用，例如推動功能安全，尤其是自動
駕駛。這些應用的示例包括車輪速度、油門位置和轉向。雖然可以預期磁阻裝置將來會進
入汽車市場，但觀念保守的做法仍是目前主流。例如：TMR已在工業和消費市場服務了7到
8年，但仍然被認為是汽車的“新”技術。

由於預期電動化和自動駕駛帶來的變化，新的汽車經濟即將到來。各種感測器 - - —包
括磁感測，必須滿足現有技術不足的新性能要求。在這個新時代，沒有一種特定技術可以
普遍適用於所有感測需求。相反，每種汽車應用將找到最適合自己的技術。因此，消費者
將體驗到更安全、功能更豐富、更舒適的駕駛體驗。對於感測器供應商而言，新興的技術
市場也意味著產品更廣泛的價值主張。

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磁感測器廣泛於工業自動化流程中之各種電機使用，尤以汽車工業中最為普遍，占其市場
價值的50％。例如，中低檔轎車中有10多種電機，而豪華轎車擁有將近100個電機，包括
用於自動化與新型雙離合系統的傳動感測器，以及用於座位調整、天窗、轉速表、前燈調
整、靠枕的感測器，甚至於據空氣品質資訊來控制進氣風門。

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