我国汽车霍尔传感器研发任重道远

汽车霍尔传感器技术的发展大致经历了四个阶段：第一阶段是利用霍尔效应制成磁场传感器，从霍尔效应的发现到20世纪40年代中期，但霍尔效应很弱，实用价值不大，没有引起人们的重视；第二阶段是从20世纪40年代末到60年代。各种磁场传感器、非接触开关、位置、角度、速度、加速度传感器等。由分立霍尔元件制成，但由于霍尔元件容易受到外部磁场干扰，没有得到大规模推广；第三阶段是集成电路技术从20世纪60年代到80年代的快速发展，霍尔元件一致性好，成品率高，它促进了霍尔传感器在汽车传感器领域的大规模应用；第四阶段始于20世纪80年代。随着微电子、光电子等学科的，汽车传感器技术的发展步伐加快，向微型化、集成化、智能化方向发展。

中国的汽车传感器技术起步较晚。自20世纪80年代以来，国内汽车仪表行业引进了国外先进技术和配套的传感器生产技术，基本满足了国内小批量、低水平车型的配套要求。许多国内汽车零部件配套企业和科研机构致力于研究霍尔原理技术在汽车位置传感器中的应用。近10年来，国内汽车霍尔传感器技术发展迅速。

但中国汽车传感器产业整体水平仍然较低，没有形成系列化、配套化，尚未形成独立的产业，霍尔传感器尤其是高端汽车传感器仍然依赖进口，博世（Bosch）、电装（Denso）、德尔福（Delphi）、西门子（SIEMENS）中国汽车霍尔传感器的研发还有很长的路要走，比如国际零部件公司占据了中国绝大多数传感器的市场份额。

外企占优势

通过对国内外专利申请的检索，笔者发现国外汽车霍尔传感器技术起步较早，早在20世纪90年代就相对成熟，专利申请量较大。相比之下，国内汽车霍尔传感器技术起步较晚，2005年前专利申请较少，2005年后发展迅速，专利申请跨越式增长。近年来，国内外专利申请数量趋于接近。差距较大的主要原因是国内汽车制造起步较晚，核心技术主要掌握在美国和欧洲的跨国汽车公司手中。

根据申请人的分布，国内申请人主要是以浙江汉博汽车零部件公司、南京奥联汽车为代表的汽车零部件制造公司和以武汉理工大学为代表的大学科研单位。外国申请人主要是以日本电气设备公司和德国博世公司为代表的外国汽车电子公司。世界各地的申请人主要集中在日本和欧洲和美国的汽车电子制造企业，前10名中有4家是日本公司。

从区域分布来看，专利申请主要集中在日本、美国、德国、中国和韩国，占全球该领域申请总数的近90%。日本和美国均以32%的份额遥遥领先于专利申请数量，具有明显的主导优势。尽管中国排名第四，但与日本和美国相比仍有明显差距，仅占8%。同时，我国在该领域的外国专利申请数量明显低于国内申请数量，表明我国相关申请人在该领域的外国专利布局不够，需要加强外国专利申请。

三大典型技术

通过梳理汽车霍尔传感器技术专利申请，笔者发现该领域的改进主要集中在霍尔元件结构、集成电路和包装技术三个方面，中国相关企业需要更加关注。

霍尔元件结构主要分为三种：汽车一维霍尔传感器，用于测量垂直于元件表面的磁场，噪音低，稳定性高；汽车二维霍尔传感器，两个一维霍尔元件同时集成在芯片上，霍尔传感器可以同时测量磁场的两个重量，最大的优点是测量角度几乎不受永磁体位置的影响，允许比较大的封装误差和温度波动；汽车三维霍尔传感器，在传统的CMOS芯片表面沉积一层集磁材料，既能感应垂直方向，又能感应平行于芯片表面的磁场强度，实现360度测量，可放大霍尔元件区域的磁场，提高灵敏度。

通过消除零位误差和温度补偿，优化集成电路，有效提高汽车霍尔传感器的精度。为了消除零位误差，典型的技术是冗余设计，采用两个相对偏置的霍尔元件并联，抵消不等位电势，有效提高霍尔传感器的精度。与原理相似，还可以使用四个霍尔元件并联，多个霍尔元件并联。对于温度补偿，一方面可以设置电阻等元件形成温度补偿电路，另一方面可以在检测霍尔元件附近配置温度监测霍尔元件，通过计算电路抵消霍尔电压的温度特性。

在改进汽车霍尔传感器的包装过程中，主要是准确定位各部件，减少霍尔部件的位置误差；增加软磁元件，提高传感器的精度，如在磁铁和磁场敏感元件之间的磁铁一侧设置软磁元件，以最大限度地减少磁场的偏移。（刘文婷 周庆成）

文章来源:中国知识产权报/国家知识产权战略网