物联网（IoT）应用程序广泛应用于城市设施、工业生产和个人穿戴设备等领域，它们通过大量传感器搜集信息，并将这些信息通过互联网发送至云端的中央计算资源。在云端运行的分析软件处理这些庞大的数据量，提炼出对用户有价值的信息，并根据分析结果向现场的执行设备发送控制指令。传感器是物联网成功的关键因素之一，但它们并非传统意义上仅将物理变量转换为电信号的类型。为了在物联网环境中扮演一个技术和经济上可行的角色，传感器需要进化成更复杂的形态。值得注意的是，除了促进物联网的互联互通之外，传感器的智能化还带来了许多其他益处，包括预测性维护、更灵活的制造和提高生产效率等方面的改善。传感器在传统上是功能相对简单的设备，它们将物理变量转换为电信号或改变电性质。虽然这一功能是物联网组件的基本起点，但为了在物联网中发挥作用，传感器需要增加以下特性：低成本、小体积、无线连接、低功耗、具备自我诊断和自我修复的能力，能够自我校准等。
图一：智能传感器与物联网
多个传感器收集的数据可以通过整合和相互关联来推断潜在问题的信息。例如，通过分析温度传感器和振动传感器的数据，我们可以及时发现机械故障的征兆。有时，这两种传感功能会被集成在一个单一的设备中；而在其他情况下，通过软件的整合，我们可以构建一个‘软件型’传感器。智能传感器作为物联网的组成部分，它们能够将所测量的现实世界中的变量转换成数字数据流，以便发送至网关。这些传感器内置的微处理单元（MPU）负责执行应用算法，进行滤波、补偿以及其他针对特定信号处理的任务。为了充分挖掘物联网的潜力，传感器的制造工艺必须不断进步，以减小传感器组件及系统的体积、重量、功耗和成本（即SWaP-C）。这种趋势也同样适用于传感器的封装技术，目前封装成本可能占到整个传感器成本和尺寸的80%。智能传感器是通过将微机电系统（MEMS）传感器元件与CMOS集成电路（IC）紧密结合而形成的。这些集成电路负责提供设备偏置电压、信号放大和其他信号处理功能。早期使用的晶圆级真空封装（WLVP）技术仅包含独立的传感器设备，而智能传感器的实现则是通过在封装或基板介质上将独立的MEMS芯片与IC芯片相连，这种方法被称为多芯片集成。另一种更为先进的方法是直接将CMOS集成电路与传感器元件进行互连，避免了在封装或基板上使用布线层，这种结构被称为系统级芯片（SoC）。相比传统的多芯片封装方式，SoC虽然结构更为复杂，但它能够带来更少的寄生效应、更小的占用空间、更高的互连密度以及更低的封装成本。
通过将MEMS传感器元件与CMOS计算组件集成到一个紧凑的基板上，智能传感器得以采用小型化、低成本的封装方案。这样的封装不仅能够轻松嵌入到空间受限的环境中，还能适应各种不同的环境条件。此外，智能传感器还支持更加灵活和精细的自动化控制，因为它们能够根据接收到的指令进行自我重新校准，以适应生产过程中的变化。
