红外热成像探测器芯片市场展望

CE_Manager · 发表于 2020-4-24 10:35

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什么是红外热成像探测器芯片？
理论上说，当物体高于绝对零度时，就会不断向外辐射电磁波，其中包含波段位于0.75～100μm的红外线，并且红外辐射的能量会随着温度升高而增强，红外热成像探测器芯片则是利用这一原理而制作。

我们可以做个类比，它就像是数码相机的CMOS传感器，相机里的CMOS用于可见光成像，而红外热成像探测芯片则负责红外光成像。

但红外热成像探测器芯片在结构设计、制程工艺、封装、基底材料甚至技术生命周期方面，都与数码相机的CMOS传感器有着较大的不同。就拿技术周期来说，CMOS传感器的技术路径遵循“摩尔定律”的发展，一般产品的生命周期不到半年就会被淘汰，而红外热成像探测器芯片这类产品的生命周期可延长至2年。
作为红外热像仪的最核心部件，红外热成像探测器直接决定了设备最终成像的分辨率和灵敏度，它能够帮助设备收集红外线的温度数据和热分布信息，并通过其余零部件进行成像以检测物体温度。

从技术类别上分，红外热成像探测器又可分为制冷型和非制冷型探测器。

简单地说，制冷型探测器需要在零下190℃左右的超低温环境下工作，因此它一般会添加制冷装置，通常应用在航天、船舰、导弹、科研等高端军工领域，具有灵敏度高和作用距离远等特点，同时工艺技术和制造成本也非常高。

相比之下，非制冷型探测器可以在常温下工作，虽然灵敏度和观测距离较短，但在成本、功耗、重量和寿命等方面具有优势，同时工艺技术门槛也更低，能够应用在大部分民用领域和常规军用领域。

红外热成像探测器亦是红外热像仪制造中最主要的成本构成。据长城证券在今年2月发布最新报告数据，非制冷热像仪的探测器成本占比1/3至1/2左右，而制冷型探测器占制冷热像仪成本高达70%。
目前，全球红外热成像技术主要应用于军事领域，但随着非制冷红外热成像探测器的发展，民用领域的应用市场也正逐渐开拓。
在军事领域，由于制冷型红外热像仪具有灵敏度高、隐蔽性好、抗干扰性强和目标识别能力强等特点，能够在可见度极低的环境下工作，因此它被广泛应用于军事侦察、监视，以及装甲车、坦克、飞机和导弹武器等武器装备中。
而红外热成像技术在民用市场亦十分具有发展潜力，能应用在电力和工业行业的设备运作检测，以及辅助驾驶、边防、消防等场景的观察和追踪中。

实际上，红外热成像技术的发展始于美国，并长期运用在军事领域，成为西方发达国家多年来在实行军事制裁的重要手段。

例如，在20世纪90年代的海湾战争中，美国军队在陆地战中至少为500辆坦克装备了热像仪作为夜视设备；在2003年的伊拉克战争中，平均每个美国士兵都配备1.7个具有红外热像仪的产品。
相比之下，上世纪90年代，我国在红外技术领域应用的是一种比较低端的热释电红外探测器，其余所有红外热成像设备全部依赖进口。

但基于该技术在军事领域的重要运用和敏感性，早期的红外热成像探测器芯片技术不仅被美国、法国、以色列和日本等发达国家牢牢掌握，同时还长期对我国实行严格的出口审批制度甚至禁运。
直到2000年左右，法国开始每年向我国出口少量工业级低端红外热成像产品，并明确不允许应用在军事领域。
值得注意的是，法国的供货亦存在设备价格昂贵和供货周期长的缺点，导致我国的红外热成像芯片技术仍然处于卡脖子的状态。
当时间的指针滑到21世纪的第一个十年，我国军品业务的发展需求和国产芯片崛起的呼声越来越高，但外部面临着西方发达国家的技术封锁和钳制，内部亦存在自主研发技术不足的困境。因此，我国红外热成像技术的自主研发已迫在眉睫。
十余年长途跋涉，国产红外热成像技术的崛起* R! x* H. |+ l) V1 O5 d) g

2008年前后，我国陆续有企业走上红外热成像技术的自主研发之路，砸资金采购设备、半导体材料、搭建厂房、自建产线、引进研发人才……一步一个脚印地搭建起从上游红外热成像探测器到中游机芯，再到下游红外热成像整机的全产业链布局。
尤其在上游红外热成像探测器的研发中，如何突破国外对我国先进制造工艺和封装等技术的封锁，亦成为这场红外热成像技术翻身仗胜利的关键所在。
与此同时，我国各省市政府也相应出台了各项相关政策，涉及财政补贴、税务优惠、人才补贴等各个层面，进一步为我国红外热成像技术的国产化发展提供了良好的发展环境和强力支持。
其中，国务院分别于2014年和2015年出台的《国家集成电路产业发展推进纲要》和《中国制造2025》，更是直接将集成电路（IC）产业的发展提高到了国家层面，着力提升包括红外热成像探测器芯片在内的国产IC设计制造水平，以及封装和测试技术的自主发展能力。
在这一场红外热成像技术国产化的翻身仗中，除了中科院各下属单位和国家军工企业发力外，还有不少民营企业崭露头角，高德红外、大立科技、睿创微纳、华中数控等民营企业更是逐渐在国内外市场占据一席之地。

1、高德红外：红外热成像企业标杆，红外技术全产业链布局
“十年前我刚进公司的时候，我们的公司规模仅有500人。”高德红外民品市场总监金朝昊感叹道。
实际上，成立于1999年的高德红外最初并不研发探测器，而是通过进口探测器的方式，做红外热成像仪的整机和系统，处于产业链中游。
2003年“非典”疫情的爆发，高德红外凭借智能型红外自动搜索测温系统在这场抗疫战中“一战成名”，但当时的核心元器件仍然依靠进口，并一直受到美、法等国家的封锁，这让高德红外创始人、董事长黄立更加坚定自研红外核心器件的决心。
针对红外热成像技术的国产化布局，黄立制定了覆盖全产业链的发展规划，并将自研第一枪打在红外热成像探测器芯片上。

2010年高德红外在深圳证券交易所成功上市，黄立决定将IPO募集的近20亿人民币尽数投入探测器的研发中，并大力招兵买马组建了一支近200人规模的研发及生产团队，在自研国产芯的道路上一路驰骋。
目前，高德红外已搭建起兼具制冷与非制冷的三条红外热成像探测器批产线，包括8英寸0.25μm批产型氧化钒非制冷红外探测器生产线、8英寸0.5μm碲铬汞制冷红外探测器生产线，以及8英寸0.5μm批产型二类超晶格制冷红外探测器生产线，拥有覆盖制冷/非制冷探测器及机芯、制冷机、便携式红外侦查仪、手持测温热像仪等、人体测温热像仪多个主要产品。
“高德红外已发展为一家民营军工企业，是我国红外热成像领域的标杆企业。”金朝昊谈到，目前高德红外的军工业务占总业务比例70%，民用业务占比30%。
值得一提的是，在人体测温领域，高德红外还基于多年来积累的大量人体测温数据，自研了相关机器学习算法，以更好红外热成像技术与AI技术相结合。
2、大立科技：十年基本实现进口替代，六百万像素探测器领先国外水平

大立科技的前身浙江省测试技术研究所成立于1984年，其红外热成像技术发展则始于1993年，这一年，名字还叫“大立机电”的大立科技研制出了国内首台一体化红外热电视。

“实际上，它解决的是电力上非接触式测温的需求。”大立科技产品经理陈红强谈到，公司虽然在1993年就已开始投入红外热成像技术的研发，但真正明确国产化布局要从2003年讲起。

2003年，随着我国军事技术的发展，红外热成像技术作为军事领域的关键技术之一，其国产化的重要性愈发凸显。

“红外热成像技术必须实现国产化，不可能受制于国外。”基于这一想法，大立科技董事长庞惠民开始着手红外热成像技术的布局，并在2005年开始进行大规模的资金投入。

历经五年的研发，大立科技终于在2008年取得了初步成果，成功研制出320×240 35μm红外热成像探测器芯片，并成功在深圳证券交易所上市，无疑也为我国红外产业的国产化发展增添了信心。

但2008年大立科技研发的探测器还较为低端，只能小规模自主替代进口芯片，直到2013年才真正实现完全替代。

2009年，大立科技研制了384×288 35μm探测器；2012年，其又成功研制出160×120、384×288、640×480 25um探测器；2014年研发640×480 17μm探测器；2017年冲进高端行列，研制出1280×1024探测器；2018年研制成功1920×1080探测器，并紧接在2019年研制3072×2048探测器，成功实现在像素层面领先国外水平。

从布局研发到基本实现进口替代，大立科技整整走了十年。如今，其产业链已覆盖红外热成像探测器、机芯、整机系统等多个环节，拥有军品非制冷焦平面红外探测器（非晶硅）产业化基地，成为我国少数拥有红外热成像技术完全自主知识产权的公司之一。

3、睿创微纳：专攻非制冷红外热成像探测器
相比于高德红外和大立科技，成立于2009年的睿创微纳则显得尤为年轻，其前身为睿创有限，直到2016年才更名为睿创微纳。同时，它在2010年还成立了一家全资子公司艾睿光电，专攻非制冷红外热成像探测器芯片。
睿创微纳董事长、总经理马宏博士毕业于华中科技大学电子科学与技术专业，曾担任武汉邮电科学研究院光电研发工程师、深圳世纪晶源光子技术有限公司董事长&总经理。

整体来看，睿创微纳在红外热成像领域的布局较为集中，主要针对探测器和机芯产品，相对高德红外和大立科技两家企业来说更专注于红外产业链上游，却也因此实现了较为快速的增长。
2012年，该公司发布了384×288 35μm探测器，正式拉开自身在红外热成像领域的国产化序幕；2015年研发1024×768 14μm探测器；2017年研制640×512 12μm探测器，比法国著名的红外探测器公司ULIS还要领先一年；2018年研发1280x1024 12μm探测器，成功迈入百万级像素阵营。
这一系列的技术积累，亦帮助睿创微纳在2019年敲开了科创板上市的大门。
目前，睿创微纳的红外热成像技术布局已覆盖红外MEMS芯片、探测器、机芯及整机系列产品。但在马宏看来，现阶段我国红外民用市场仍处于初期发展阶段，并主要集中在智能安防监控领域，而正在萌芽中的汽车辅助驾驶、个人消费电子和工业测温等应用场景，亦有巨大的发展潜力。
未来，该公司还将重点研发小像元间距红外传感器、晶圆级真空封装、ASIC图像处理专用芯片等技术，进一步拓展红外技术布局。
非制冷探测器基本实现国产替代，军用市场发展潜力大
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历经十余年发展，我国国产红外热成像探测器芯片产业已从最初全部依赖国外进口，逐步实现了与国外相同水平的基本替代。
今年2月长城证券发布最新研究报告显示，目前我国的红外热成像市场仍以军用红外应用为主导，包括中国电子科技集团、中国航空工业集团和中国航天科技集团等军工企业仍占据着红外市场较大的份额。
但随着近年来民用红外市场需求的增长，以及部分民营红外企业在军工方向的研发实力增强，以高德红外、大立科技、艾睿光电和华中数控等民营企业亦逐步在我国的红外热成像产业中占据重要地位。
“从数量级角度看，我国红外民用市场的数量级比军用市场更高。”但金朝昊也认为，从产值角度看，由于我国军工市场应用的红外热成像设备比民用市场更高端，因此我国军工市场的产值规模比民用市场更高。
不足的是，实际上我国红外热成像技术在民品上的应用较少，除了军用之外，目前仍以电力行业等高端工业的非接触式测温应用为主。

“这次疫情使用红外热像仪来进行人体测温，实际上是红外技术在民用领域的一个重要突破。”陈红强谈到，以前红外热成像技术在民品市场主要应用在打猎和辅助驾驶应用中，但这两个领域的应用仍然是小众市场。
一方面，我国拥有持枪证的人较少，实际上这部分产品更多的是销往国外；另一方面，红外热像仪能够作为车载夜视仪，辅助汽车在夜间的出行，但这类辅助驾驶设备只有在高端车上才配备。
因此从应用层面看，我国红外热成像在行业上的广泛应用，仍然以导弹、军机、坦克等军用设备，以及工业领域的非接触式测温应用为主。

若从技术类别上看，陈红强也谈到，目前我国的非制冷型探测器已基本实现进口的国产化替代，但在制冷型探测器领域，我国的制冷型探测器性能和其中，我国高德红外和大立科技分别占据全球3%的市场份额，仍是全球民用红外热像仪领域不可小觑的竞争者。

实际上，我国红外热成像市场不管是军用领域还是还是民用领域，都十分具有增长潜力。
在军用红外市场，据Maxtech International及北京欧立信咨询中心预测，2023年全球军用红外市场规模将达到107.95亿美元（约764.43亿人民币），虽主要以欧美发达国家占据主要地位，但我国军队红外热像仪配备相对较少，随着国家积极推进军队信息化和武器装备的现代化建设，包括单兵、坦克装甲车辆、舰船和红外制导武器等红外装备市场也将迎来快速发展阶段。
长城证券最新发布报告显示，未来我国军用红外市场规模约340亿人民币，若红外系统以10年为更新周期，那么我国每年军用红外市场的平均规模将在30亿人民币以上。技术与国外领先企业相比，仍存在一定的差距，很难做到完全替代。
“与国外顶尖的企业相比，目前我国落后了十年的技术水平，也就是至少落后一代的产品。”陈红强说，这主要体现在制冷型探测器这类高端技术上。
由于制冷型探测器需要超低温环境下工作，探测器表面越低，它接收能量的反应就越灵敏。国内一般是通过液氮将探测器温度降低，而国外已经能研发出极小的压缩机，能够迅速地将探测器表面温度降到零下200℃，而这类制冷型探测器在国内尚未有厂家能够生产。
“从全球角度来看，我国的红外热成像技术虽说不是最顶尖的，但已经进入第一梯队。”金朝昊说。
根据全球红外热像仪调查机构Maxtech International统计，在2014年全球民用红外热像仪市场中，美国FLIR公司处于绝对领先地位，占全球市场份额40%，其余企业的市场份额均未超过5%。

其中，我国高德红外和大立科技分别占据全球3%的市场份额，仍是全球民用红外热像仪领域不可小觑的竞争者。

实际上，我国红外热成像市场不管是军用领域还是还是民用领域，都十分具有增长潜力。
在军用红外市场，据Maxtech International及北京欧立信咨询中心预测，2023年全球军用红外市场规模将达到107.95亿美元（约764.43亿人民币），虽主要以欧美发达国家占据主要地位，但我国军队红外热像仪配备相对较少，随着国家积极推进军队信息化和武器装备的现代化建设，包括单兵、坦克装甲车辆、舰船和红外制导武器等红外装备市场也将迎来快速发展阶段。
长城证券最新发布报告显示，未来我国军用红外市场规模约340亿人民币，若红外系统以10年为更新周期，那么我国每年军用红外市场的平均规模将在30亿人民币以上。

swww2212 · 发表于 2020-4-24 13:49

它就像是数码相机的CMOS传感器，相机里的CMOS用于可见光成像，而红外热成像探测芯片则负责红外光成像。

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