“可以说红外测温传感器在这次新冠肺炎疫情防控中发挥了重要作用，而随着人们对它的认知程度的提高，今后它或将以更低的成本、新的产品形式出现在人们的生活中。”上海微技术工业研究院（上海新微技术研发中心有限公司）总经理丁辉文在接受记者电话采访时表示，“经过这次疫情，很多客户要求把测温功能加到门禁中，还有不少客户希望手机中也增加测温功能。若那样的话，红外测温传感芯片市场将呈指数级增长。”



这次新冠肺炎疫情所需红外测温设备的芯片究竟有何技术含量？未来红外测温芯片将会产生哪些新的应用场景？


红外测温市场“芯”当家



发热是本次新冠肺炎的重要症状之一，体温检测是疫情防控的第一道防线。全自动红外体温检测仪和手持式测温仪是本次疫情中最为典型的两种红外测温类型，前者是基于微测辐射热计红外热成像技术的全自动红外快速体温筛查系统，后者则是基于热电堆红外传感器的手持测温仪。无论是哪种红外体温检测设备，都对疑似患者的甄别发挥了重要作用。随着疫情在全球的蔓延，红外测温芯片的市场仍有很大的想象空间。


测温设备的井喷式需求增长导致上百家企业涌入这个医疗器械市场，形成价格暴涨、质量不保的“市场乱象”，造成这种状况的根本原因是测温枪核心部件红外热电堆温度传感器的缺货。据了解，国内手持式测温仪的热电堆红外传感器主要来自德国海曼、日本石塚、瑞士泰科、比利时迈来芯以及我国台湾的众智、上海微技术工业研究院、上海烨映等公司。上海微技术工业研究院副总经理王旭洪在接受《中国电子报》记者采访时表示，由于价格高、出货量有限且部分产品出口到中国受限制等原因，国外红外热电堆温度传感器不能满足国内需求。因此，这次疫情给国内传感器企业带来了一次大考。他告诉记者，红外传感器芯片采用MEMS工艺，它对线宽没有过多要求，但对设备却有特殊要求。“红外传感器芯片生产过程中的一个关键步骤是深硅刻蚀，因为耗费时间，且不易在短时间内扩产，因此，影响芯片产量。由于投放到市场的芯片数量太少，所以出现一芯难求、价格暴涨的现象也就不足为怪了。”王旭洪表示。


与手持测温仪相比，虽然自动体温筛查系统也是供不应求，但是其核心的红外热成像芯片的供应情况就要好很多了。武汉高芯科技有限公司市场总监王海艳告诉记者，非制冷红外热成像技术是典型的军民两用技术，长期以来受到以美国为首的西方国家封锁禁运。近年来，随着高德红外、大立科技等国内企业推出自主研发的红外热成像探测器，我国才打破西方封锁，逐步发展起我们自己的民族红外产业。


浙江大立科技股份有限公司副总经理范奇在接受《中国电子报》记者采访时表示，红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件，是探测、识别和分析物体红外信息的关键。非制冷红外焦平面探测器是以微机电技术（MEMS）制备的热传感器为基础，将物体红外热辐射信号转换成可供人眼视觉分辨的图像的高技术产品，是红外热成像系统的核心和难点。欧美的非制冷探测器技术和产品至今仍对中国实施严格的禁运措施。唯一能对中国出口的法国也通过“最终用户许可”等制度限制使用。近十年，通过工信部“核高基”等专项的支持，非制冷红外热成像探测器已实现了从跟跑到并跑领跑的历史性跨越。“此次疫情防控过程中，国内非制冷红外焦平面探测器基本以国内企业的产品为主。”范奇说。


门槛不低且需要技术积累



采访过程中记者了解到，手持测温仪用红外热电堆温度传感芯片和人们熟知的集成电路制造有很大差别，虽然它们有80%的工艺是相同的，但剩下20%不同的地方往往会成为其大规模生产的瓶颈。丁辉文告诉记者，热电堆红外传感器结构精细、设计严格。整套工序需要120多个步骤、38台主要设备。热电堆红外传感器采用MEMS工艺制造，有一定的门槛，这个门槛体现在，它是设计和工艺紧密结合的产物，即一个产品一套工艺，互换性不强，工艺的可移植性比较差导致它的生产不能轻易从一条线换到另外一条线。因此，如果只有设计能力，没有工艺与之配合，是不太容易做好的。要批量生产热电堆红外传感器，并且要保证很高的良率，就需要稳定成熟的MEMS产线做支撑，同时这条线有一定的放量能力。在国外，MEMS芯片做得比较好的都是IDM企业，即有自己的生产线，比如博世、ST。“目前，国内MEMS的代工线并不多，尤其好的代工线并不多。”丁辉文表示，“另外，热电堆红外传感器对封装也有一些特殊要求，传统封装厂认为热电堆红外传感器采用的TO封装并不是很难，但是若要质量稳定，并且生产规模大，封装过程同样会出现技术问题，若不解决，产品性能仍然不能得到保证。”


杭州晶华微电子有限公司总经理罗伟绍博士介绍，红外测温信号处理芯片作为红外测温仪的核心部件，ADC的精度与稳定性，直接关系到测量的准确性。红外测温信号处理芯片与红外热电堆传感器的适配校准是红外测温方案的关键。市面上不同厂家的红外传感器性能参数不一致，需要分别设计软件校准方案。大量实践表明：对传感器信号和环境温度补偿的软件算法的优劣，也显著影响测量的准确度和一致性，这需要多年的实际应用经验与临床验证积累。红外测温信号处理芯片产能还受限于晶圆厂、封测厂的产能，若他们的库存和复工率不足的话，会直接影响到下游芯片厂商的生产。为此，罗伟绍建议国家相关部门加大对供应链重要原材料、零配件的监测监管，确保成熟稳定的红外测温芯片产能，真正有实力的生产厂家才能够“有米下锅”，待企业产能稳定、市场稳定后，价格畸高和缺货现象就能得到有效遏制。


红外热成像芯片行业同样具有较高的准入门槛。范奇告诉记者，红外热成像芯片是综合了集成电路技术、敏感材料技术、MEMS技术等光、机、电多学科的集成技术，其设计及制造难度非常高，这也是为何全世界掌握该技术的公司较少的重要原因。非制冷红外焦平面芯片的制造对微桥设计与微加工工艺技术、焦平面批量生产、真空封装、焦平面测试技术、可靠性技术等环节都要求极高，要求具备成熟的工艺技术经验和基础条件。武汉高芯科技有限公司市场总监王海艳对记者说，红外热成像芯片整个工艺都需要在半导体制程洁净厂房里完成，这对厂商的考验可想而知，一般的小企业是不具备这个能力的。


红外测温芯片期待新突破



这次疫情给红外产业带来了巨大的市场机遇，极大提高了全社会对红外产品的认知和接受程度，同时对红外产品的质量、服务和成本也提出了更高的要求。范奇表示，红外热成像芯片的大趋势可分为高端装备应用和低成本应用两个方向。高端装备应用主要满足航空航天、空间遥感、态势感知等应用场景，提高分辨率是该类应用的主要发展方向，要求更大面阵的红外传感器提供更高速、更细腻的红外图像，满足高动态、大视场的应用需求；低成本应用则是从目前的工业应用进入到消费电子领域，满足如个人娱乐消费、自动驾驶等领域的应用，需努力实现产品的微型化和低成本化。


王海艳认为，未来最重要的是要让红外热成像产品成为人们“买得起，用得上”的东西。“因此，新材料、新工艺、新产品、新应用的开发，产业链各个环节成本的优化，红外热成像技术应用的教育普及等，都可以作为企业未来发展的新突破和新发展。”王海艳说。


“通过此次新冠肺炎疫情，我们看到了一个很大的传感器市场，那就是医用传感器市场，其中包括基因测序、测温等，其核心是传感器的精度以及和医疗器械、临床匹配度。”丁辉文向《中国电子报》记者表示，目前他们正在着手两个防疫科研攻关项目：一个是快速高精度核酸检测系统，能在5分钟左右就检验出是否带有新冠病毒，比现在的30分钟检测提速83%。另一个是采用微流控技术的高精度雾化器。他同时表示：“这一轮应用为红外测温传感芯片提供了一个很大的想象空间，催生了很多应用温度传感器的场景，比如，原来的门禁，不管是指纹识别还是面部识别的，都没有温度测量功能，经过这次疫情，很多客户要求把测温功能加到门禁中。有不少客户还希望手机中也增加温度测量功能，若那样的话，红外测温传感芯片市场将呈指数级增长。”




内容来自「中国电子报」，作者：诸玲珍 ，谢谢。