汽車傳感器作為汽車電子控制系統的信息源，是汽車電子控制系統的關鍵部件。隨著社會的發展，傳統的接觸式傳感器不斷顯露出局限性：易受高溫、振動影響，易被磨損或污染，從而直接影響整個電子控制系統的穩定性及控制效果。為了彌補接觸式傳感器的不足，霍爾傳感器得到大力發展，其因為具有結構牢固、無觸點、壽命長、功耗小、耐振動、防污染、耐腐蝕等優點，被廣泛應用在電子控制系統中。如今，汽車霍爾傳感器取代傳統接觸式傳感器已成大勢所趨。
四大發展階段
汽車霍爾傳感器技術的發展大致經歷了4個階段：第一階段是從霍爾效應的發現到20世紀40年代中期，利用霍爾效應制成磁場傳感器，但霍爾效應十分微弱，實用價值不大，沒有引起人們的重視；第二階段是從20世紀40年代末到60年代，相繼出現了采用分立霍爾元件制造的各種磁場傳感器、非接觸式開關、位置、角度、速度、加速度傳感器等，但由于霍爾元件易受到外部磁場干擾等原因，沒有得到大規模推廣；第三階段是自20世紀60年代至80年代，集成電路技術快速發展，霍爾元件具備了很好的一致性，成品率很高，推動了霍爾傳感器在汽車傳感器領域的大規模應用；第四階段是20世紀80年代開始，隨著微電子、光電子等多學科的融合，汽車傳感器技術發展節奏加快，向微型化、集成化、智能化方向發展。
中國汽車傳感器技術起步較晚，上世紀80年代以來，國內汽車儀表行業引進國外的先進技術及與之相配套的傳感器生產技術，基本滿足了國內小批量、低水平車型的配套要求。國內很多汽車零部件配套企業和科研院校致力于研究將霍爾原理技術應用于汽車位置傳感器中，在近10年里國內汽車霍爾傳感器技術得到迅速發展。
但中國汽車傳感器產業整體水平仍然較低，沒有形成系列化、配套化，尚未形成獨立的產業，霍爾傳感器尤其是高端汽車傳感器仍然依賴進口，博世Bosch、電裝Denso、德爾福（Delphi）、西門子（SIEMENS）等國際零部件公司占有國內絕大多數傳感器市場份額，中國汽車霍爾傳感器的研發任重道遠。
外企占據優勢
筆者通過檢索國內外專利申請情況發現，國外汽車霍爾傳感器技術起步早，早在20世紀90年代就已經發展的比較成熟，專利申請量較大。相比之下，國內汽車霍爾傳感器技術起步較晚，2005年之前專利申請量較少，2005年之后快速發展起來，專利申請量呈跨越式增加，近年來國內外專利申請量趨于接近。出現這種比較大的差距，主要原因在于國內汽車制造起步較晚，且核心技術主要掌握在美、歐跨國汽車公司手中。
從申請人分布看，國內申請人主要是以浙江漢博汽配公司、南京奧聯汽車為代表的汽配汽車制造公司和以武漢理工大學為代表的高校科研單位，國外申請人主要是以日本電裝公司、德國博世公司為代表的國外汽車電子公司。全球申請人主要集中在日本和歐美的汽車電子制造企業，排名前10位中有4位為日本公司。
從地域分布看，專利申請主要集中在日本、美國、德國、中國和韓國，這5國專利申請量占全球該領域申請總量的近9成。其中日本和美國均以32%的份額在專利申請數量上遙遙領先，主導優勢明顯。中國雖然位居第四位，但相較日本和美國還是有明顯差距，僅占8%。同時，中國在該領域的國外專利申請量明顯低于國內申請量，表明我國相關申請人在該領域的國外專利布局做得還不夠，需要加強國外專利申請。
三大典型技術
通過梳理汽車霍爾傳感器技術專利申請，筆者發現該領域的改進主要集中在霍爾元件結構、集成電路和封裝工藝3個方面，需要中國相關企業多加關注。
霍爾元件結構主要分為3種：汽車一維霍爾傳感器，用于測量垂直于元件表面的磁場，噪聲低，穩定性高；汽車二維霍爾傳感器，在芯片上同時集成兩個一維霍爾元件，制成的霍爾傳感器就可以同時測量磁場同一平面的兩個分量，其最大優點是測量角度幾乎不受永磁體位置的影響，允許比較大的封裝誤差和溫度波動；汽車三維霍爾傳感器，在傳統的CMOS芯片表面沉積一層集磁材料，既可以感應垂直方向，也可以感應平行于芯片表面的磁場強度，實現360度測量，能額外放大霍爾元件區域內的磁場，提高靈敏度。
優化集成電路主要通過消除零位誤差和溫度補償來有效提高汽車霍爾傳感器精度。針對消除零位誤差，典型技術是冗余設計，采用兩個相對偏置的霍爾元件并聯，不等位電勢被抵消，有效提高霍爾傳感器精度。與其原理類似，還可采用4個霍爾元件并聯，以及采用多個霍爾元件并聯。針對溫度補償，一方面可以設置電阻等元件形成溫度補償電路，一方面可以在檢測用霍爾元件附近配置溫度監控用霍爾元件，通過運算電路進行抵消霍爾電壓的溫度特性的運算。
在改進汽車霍爾傳感器的封裝工藝方面，主要是對各構件準確定位，減小霍爾元件位置誤差；增加軟磁元件，提高傳感器精度，如在磁鐵和磁場敏感元件之間的磁鐵的一側設置軟磁元件，使磁場的偏移量最小化等。
轉自：中國知識產權報
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