該傳感器尺寸大致與一枚晶體管相當(dāng)。

Digid公司設(shè)計(jì)出全球最小商用傳感器，尺寸小到可集成在皮下注射針頭頂端，或是力感應(yīng)手術(shù)刀的刀刃邊緣，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

圖 1：Digid的納米級(jí)傳感方案可實(shí)現(xiàn)力感應(yīng)末端執(zhí)行器，例如應(yīng)用于機(jī)器人輔助手術(shù)。

全球最小的商用傳感器

Digid首席技術(shù)官Konstantin Kloppstech博士表示：“該傳感器可微型化至10×10納米見方，尺寸大致與一枚晶體管相當(dāng)。” Digid成立于2019年，產(chǎn)能已從每周生產(chǎn)5枚傳感器，提升至計(jì)劃202 年交付240萬(wàn)枚，并將向半導(dǎo)體廠商進(jìn)行技術(shù)授權(quán)。據(jù) Kloppstech 介紹，截至2025年，公司已累計(jì)生產(chǎn)超過(guò)100萬(wàn)枚傳感器。

納米級(jí)傳感器技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，可讓金屬、聚合物、陶瓷、半導(dǎo)體等各類材料實(shí)現(xiàn) “智能化”，目前該公司已 “與德國(guó)一家大型 MEMS 供應(yīng)商展開合作，將Digid溫度傳感器用于電力電子領(lǐng)域”。

圖 2：Digid的全線產(chǎn)品。

100mV 驅(qū)動(dòng)，輸出等效溫度電壓信號(hào)

該公司研發(fā)出一種可將傳統(tǒng)惠斯通電橋應(yīng)變計(jì)電路微型化的方案。應(yīng)變計(jì)可在彈性極限內(nèi)將機(jī)械形變（拉伸或壓縮）轉(zhuǎn)化為成比例的電阻或電壓變化，且本身具備溫度補(bǔ)償特性。Digid還利用其納米溫度傳感器搭建出惠斯通電橋，可直接輸出電壓信號(hào)而非電阻值。換言之，通過(guò)該技術(shù)，只需將這種納米惠斯通電橋陣列嵌入材料，就能制成具備溫度或力感應(yīng)特性的智能材料。

圖 3：集成在指尖大小區(qū)域的完整惠斯通電橋電路。

據(jù)Kloppstech介紹，該傳感器特性與負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻類似，溫度升高時(shí)電阻下降，“但與普通 NTC 僅做電阻率測(cè)量不同，我們可直接輸出等效溫度的電壓信號(hào)”。傳統(tǒng) NTC 傳感器需要工程師處理非線性校準(zhǔn)曲線并進(jìn)行補(bǔ)償，而 Digid的 NTC 傳感器線性區(qū)間更寬，補(bǔ)償需求更低，這也是其與同類技術(shù)的核心差異。基于二極管的傳感器、環(huán)形振蕩器、電阻溫度探測(cè)器（RTD）以及常規(guī) NTC 熱敏電阻，均需要不同形式的補(bǔ)償（如調(diào)整傳感器尺寸或軟件校準(zhǔn)），這類數(shù)字處理開銷會(huì)降低測(cè)量精度與準(zhǔn)確度。

“我們驅(qū)動(dòng)傳感器的電壓通常遠(yuǎn)低于 1 伏，多數(shù)場(chǎng)景下 100 毫伏即可正常工作。” 此外，該溫度傳感器靈敏度可達(dá)每開爾文 100 毫伏（mV/K），遠(yuǎn)高于熱電偶標(biāo)準(zhǔn)的微伏每開爾文（μV/K）水平，單位溫度變化對(duì)應(yīng)的輸出電壓更高。

該公司還可通過(guò)制造工藝調(diào)整傳感器的標(biāo)稱電阻率（R??）與電阻溫度系數(shù)（TCR），TCR 可從標(biāo)稱每開爾文 1% 調(diào)節(jié)至 1.8%。TCR 可調(diào)意味著單位溫度變化對(duì)應(yīng)的電壓擺幅可靈活設(shè)定，主要適配后端信號(hào)處理需求。

調(diào)整 R??可讓物理導(dǎo)線或引腳與傳感器連接產(chǎn)生的接觸電阻（寄生電阻）影響降至可忽略水平。例如，客戶焊點(diǎn)會(huì)給傳感器帶來(lái) 2 歐姆的固定電阻，但若將 R??調(diào)整至千歐級(jí)別，接觸電阻帶來(lái)的影響就只是測(cè)量噪聲，而非測(cè)量誤差。這一特性讓傳感器精度不再依賴裝配精度。Kloppstech 表示：“這讓我們的客戶在電極與觸點(diǎn)工藝上可以更寬松，從而降低制造成本。”

綜上，微型化傳感器的核心優(yōu)勢(shì)在于數(shù)字處理開銷低、體積極小，可直接嵌入待測(cè)基材表面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高精度原位測(cè)量，響應(yīng)時(shí)間低至毫秒級(jí)。

電力電子領(lǐng)域的溫度傳感

Kloppstech 提到，該傳感器一項(xiàng)重要的新興電力應(yīng)用是數(shù)據(jù)中心芯片嵌入式熱傳感：“傳感器可輸出等效溫度電壓信號(hào)，且恰好能在 CPU、GPU 通用的低電壓下工作。”

圖 4：芯片級(jí)熱監(jiān)測(cè)，包括核心溫度監(jiān)測(cè)與溫控型熱界面材料（TIM）監(jiān)測(cè)。

在下一代 800V “AI 工廠” 中，為高功耗數(shù)據(jù)中心 xPU（GPU、CPU、NPU 等）供電是最核心的電力難題之一。隨著核心電壓降至 1 伏以下，電流可攀升至 2000 安培以上。圍繞高效供電與有效散熱，一整套配套生態(tài)正在形成。加之 AI 負(fù)載對(duì)瞬態(tài)電流要求極高（可達(dá) 100A/μs），且需要低紋波、低噪聲電源軌，進(jìn)一步提升了設(shè)計(jì)難度。

處理器發(fā)熱量大，熱傳感對(duì)熱管理至關(guān)重要。與供電設(shè)計(jì)同理，傳感器越靠近處理器，越有利于提升電源效率、緩解熱節(jié)流。這一復(fù)雜問(wèn)題長(zhǎng)期制約芯片吞吐量，導(dǎo)致大量處理器性能無(wú)法釋放。Kloppstech 表示：“行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，在移動(dòng)設(shè)備等場(chǎng)景中，熱節(jié)流會(huì)造成 20% 至 30% 的算力損失。”

處理器集成度高、機(jī)柜空間有限，對(duì)小尺寸方案提出硬性要求。“行業(yè)理想狀態(tài)是能監(jiān)測(cè)所有核心，但目前仍缺少合適的微型溫度傳感器。即便二極管傳感器，在 GPU 高集成度場(chǎng)景下也難以適配。” 他認(rèn)為，借助 Digid的傳感器技術(shù)，企業(yè)可實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)負(fù)載均衡，而非盲目過(guò)度散熱：“一塊 GPU 可包含數(shù)萬(wàn)個(gè)核心，理想情況下需要對(duì)每個(gè)核心做負(fù)載均衡，但如果溫度傳感器尺寸相當(dāng)于 6000 個(gè)核心，這一切都無(wú)從談起。”

Digid認(rèn)為，其技術(shù)平臺(tái)可支撐熱感知調(diào)度，精準(zhǔn)建模多核處理器中所有核心的熱行為，即便芯片核心密度持續(xù)提升也能適配。“高精度傳感器可帶來(lái)約 3℃的熱裕量提升，在不增加成本與妥協(xié)的前提下，算力可提升約 20%。” 他同時(shí)提到該技術(shù)對(duì)散熱的影響：“目前數(shù)據(jù)中心約 10% 的能耗用于散熱，具備可觀的節(jié)能空間。”

Kloppstech 補(bǔ)充道：“芯片行業(yè)普遍使用二極管作為溫度傳感器，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)十分繁瑣，還需要做大量補(bǔ)償。” 該公司已開展實(shí)驗(yàn)，在 1.4×1.4 平方毫米區(qū)域內(nèi)為 CPU、GPU 集成 265 個(gè)溫度傳感器陣列，構(gòu)建高精度實(shí)時(shí)熱分布圖，用于監(jiān)測(cè)芯片負(fù)載均衡。“數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商希望淘汰傳統(tǒng)技術(shù)，因?yàn)樗鼈冋加昧诉^(guò)多寶貴的芯片面積。”

該技術(shù)還可融入芯片版圖設(shè)計(jì)流程。事實(shí)上，Digid正積極與企業(yè)合作，推動(dòng)其半導(dǎo)體兼容工藝在客戶潔凈車間落地。“這是我們當(dāng)前的工作方向，但落地周期較長(zhǎng)。”Kloppstech 表示，公司正向晶圓代工廠或光刻設(shè)備廠商（如 IMEC、ASML、臺(tái)積電）提供相關(guān)工藝方案。

該公司還開發(fā)了多款集成溫度傳感器的熱界面材料（TIM）方案，可監(jiān)測(cè)芯片與散熱器之間的熱傳遞。“芯片全流程熱監(jiān)測(cè)是我們的重要市場(chǎng)，有助于降低數(shù)據(jù)中心總體擁有成本。”

這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用范圍極廣，目前已獲得數(shù)據(jù)中心、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域客戶的認(rèn)可。據(jù) Kloppstech 透露，公司 A 輪融資已結(jié)束，2026 年將啟動(dòng) B 輪融資。目前團(tuán)隊(duì)面臨的挑戰(zhàn)之一，是挖掘這項(xiàng)技術(shù)全部的潛在終端應(yīng)用場(chǎng)景。

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