“可以說(shuō)紅外測(cè)溫傳感器在這次新冠肺炎疫情防控中發(fā)揮了重要作用,而隨著人們對(duì)它的認(rèn)知程度的提高,今后它或?qū)⒁愿偷某杀?、新的產(chǎn)品形式出現(xiàn)在人們的生活中?！鄙虾Ｎ⒓夹g(shù)工業(yè)研究院(上海新微技術(shù)研發(fā)中心有限公司)總經(jīng)理丁輝文在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者電話(huà)采訪(fǎng)時(shí)表示,“經(jīng)過(guò)這次疫情,很多客戶(hù)要求把測(cè)溫功能加到門(mén)禁中,還有不少客戶(hù)希望手機(jī)中也增加測(cè)溫功能。若那樣的話(huà),紅外測(cè)溫傳感芯片市場(chǎng)將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)?！?/span>

這次新冠肺炎疫情所需紅外測(cè)溫設(shè)備的芯片究竟有何技術(shù)含量?未來(lái)紅外測(cè)溫芯片將會(huì)產(chǎn)生哪些新的應(yīng)用場(chǎng)景?

紅外測(cè)溫市場(chǎng)“芯”當(dāng)家

發(fā)熱是本次新冠肺炎的重要癥狀之一,體溫檢測(cè)是疫情防控的第一道防線(xiàn)。全自動(dòng)紅外體溫檢測(cè)儀和手持式測(cè)溫儀是本次疫情中最為典型的兩種紅外測(cè)溫類(lèi)型,前者是基于微測(cè)輻射熱計(jì)紅外熱成像技術(shù)的全自動(dòng)紅外快速體溫篩查系統(tǒng),后者則是基于熱電堆紅外傳感器的手持測(cè)溫儀。無(wú)論是哪種紅外體溫檢測(cè)設(shè)備,都對(duì)疑似患者的甄別發(fā)揮了重要作用。隨著疫情在全球的蔓延,紅外測(cè)溫芯片的市場(chǎng)仍有很大的想象空間。

測(cè)溫設(shè)備的井噴式需求增長(zhǎng)導(dǎo)致上百家企業(yè)涌入這個(gè)醫(yī)療器械市場(chǎng),形成價(jià)格暴漲、質(zhì)量不保的“市場(chǎng)亂象”,造成這種狀況的根本原因是測(cè)溫槍核心部件紅外熱電堆溫度傳感器的缺貨。據(jù)了解,國(guó)內(nèi)手持式測(cè)溫儀的熱電堆紅外傳感器主要來(lái)自德國(guó)海曼、日本石塚、瑞士泰科、比利時(shí)邁來(lái)芯以及我國(guó)臺(tái)灣的眾智、上海微技術(shù)工業(yè)研究院、上海燁映等公司。上海微技術(shù)工業(yè)研究院副總經(jīng)理王旭洪在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪(fǎng)時(shí)表示,由于價(jià)格高、出貨量有限且部分產(chǎn)品出口到中國(guó)受限制等原因,國(guó)外紅外熱電堆溫度傳感器不能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)需求。因此,這次疫情給國(guó)內(nèi)傳感器企業(yè)帶來(lái)了一次大考。他告訴記者,紅外傳感器芯片采用MEMS工藝,它對(duì)線(xiàn)寬沒(méi)有過(guò)多要求,但對(duì)設(shè)備卻有特殊要求。“紅外傳感器芯片生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵步驟是深硅刻蝕,因?yàn)楹馁M(fèi)時(shí)間,且不易在短時(shí)間內(nèi)擴(kuò)產(chǎn),因此,影響芯片產(chǎn)量。由于投放到市場(chǎng)的芯片數(shù)量太少,所以出現(xiàn)一芯難求、價(jià)格暴漲的現(xiàn)象也就不足為怪了?！蓖跣窈楸硎尽?/span>

與手持測(cè)溫儀相比,雖然自動(dòng)體溫篩查系統(tǒng)也是供不應(yīng)求,但是其核心的紅外熱成像芯片的供應(yīng)情況就要好很多了。武漢高芯科技有限公司市場(chǎng)總監(jiān)王海艷告訴記者,非制冷紅外熱成像技術(shù)是典型的軍民兩用技術(shù),長(zhǎng)期以來(lái)受到以美國(guó)為首的西方國(guó)家封鎖禁運(yùn)。近年來(lái),隨著高德紅外、大立科技等國(guó)內(nèi)企業(yè)推出自主研發(fā)的紅外熱成像探測(cè)器,我國(guó)才打破西方封鎖,逐步發(fā)展起我們自己的民族紅外產(chǎn)業(yè)。

浙江大立科技股份有限公司副總經(jīng)理范奇在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪(fǎng)時(shí)表示,紅外焦平面探測(cè)器是熱成像系統(tǒng)的核心部件,是探測(cè)、識(shí)別和分析物體紅外信息的關(guān)鍵。非制冷紅外焦平面探測(cè)器是以微機(jī)電技術(shù)(MEMS)制備的熱傳感器為基礎(chǔ),將物體紅外熱輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供人眼視覺(jué)分辨的圖像的高技術(shù)產(chǎn)品,是紅外熱成像系統(tǒng)的核心和難點(diǎn)。歐美的非制冷探測(cè)器技術(shù)和產(chǎn)品至今仍對(duì)中國(guó)實(shí)施嚴(yán)格的禁運(yùn)措施。唯一能對(duì)中國(guó)出口的法國(guó)也通過(guò)“最終用戶(hù)許可”等制度限制使用。近十年,通過(guò)工信部“核高基”等專(zhuān)項(xiàng)的支持,非制冷紅外熱成像探測(cè)器已實(shí)現(xiàn)了從跟跑到并跑領(lǐng)跑的歷史性跨越?！按舜我咔榉揽剡^(guò)程中,國(guó)內(nèi)非制冷紅外焦平面探測(cè)器基本以國(guó)內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品為主?！狈镀嬲f(shuō)。

門(mén)檻不低且需要技術(shù)積累

采訪(fǎng)過(guò)程中記者了解到,手持測(cè)溫儀用紅外熱電堆溫度傳感芯片和人們熟知的集成電路制造有很大差別,雖然它們有80%的工藝是相同的,但剩下20%不同的地方往往會(huì)成為其大規(guī)模生產(chǎn)的瓶頸。丁輝文告訴記者,熱電堆紅外傳感器結(jié)構(gòu)精細(xì)、設(shè)計(jì)嚴(yán)格。整套工序需要120多個(gè)步驟、38臺(tái)主要設(shè)備。熱電堆紅外傳感器采用MEMS工藝制造,有一定的門(mén)檻,這個(gè)門(mén)檻體現(xiàn)在,它是設(shè)計(jì)和工藝緊密結(jié)合的產(chǎn)物,即一個(gè)產(chǎn)品一套工藝,互換性不強(qiáng),工藝的可移植性比較差導(dǎo)致它的生產(chǎn)不能輕易從一條線(xiàn)換到另外一條線(xiàn)。因此,如果只有設(shè)計(jì)能力,沒(méi)有工藝與之配合,是不太容易做好的。要批量生產(chǎn)熱電堆紅外傳感器,并且要保證很高的良率,就需要穩(wěn)定成熟的MEMS產(chǎn)線(xiàn)做支撐,同時(shí)這條線(xiàn)有一定的放量能力。在國(guó)外,MEMS芯片做得比較好的都是IDM企業(yè),即有自己的生產(chǎn)線(xiàn),比如博世、ST?！澳壳?國(guó)內(nèi)MEMS的代工線(xiàn)并不多,尤其好的代工線(xiàn)并不多?！倍≥x文表示,“另外,熱電堆紅外傳感器對(duì)封裝也有一些特殊要求,傳統(tǒng)封裝廠(chǎng)認(rèn)為熱電堆紅外傳感器采用的TO封裝并不是很難,但是若要質(zhì)量穩(wěn)定,并且生產(chǎn)規(guī)模大,封裝過(guò)程同樣會(huì)出現(xiàn)技術(shù)問(wèn)題,若不解決,產(chǎn)品性能仍然不能得到保證?！?/span>

杭州晶華微電子有限公司總經(jīng)理羅偉紹博士介紹,紅外測(cè)溫信號(hào)處理芯片作為紅外測(cè)溫儀的核心部件,ADC的精度與穩(wěn)定性,直接關(guān)系到測(cè)量的準(zhǔn)確性。紅外測(cè)溫信號(hào)處理芯片與紅外熱電堆傳感器的適配校準(zhǔn)是紅外測(cè)溫方案的關(guān)鍵。市面上不同廠(chǎng)家的紅外傳感器性能參數(shù)不一致,需要分別設(shè)計(jì)軟件校準(zhǔn)方案。大量實(shí)踐表明:對(duì)傳感器信號(hào)和環(huán)境溫度補(bǔ)償?shù)能浖惴ǖ膬?yōu)劣,也顯著影響測(cè)量的準(zhǔn)確度和一致性,這需要多年的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與臨床驗(yàn)證積累。紅外測(cè)溫信號(hào)處理芯片產(chǎn)能還受限于晶圓廠(chǎng)、封測(cè)廠(chǎng)的產(chǎn)能,若他們的庫(kù)存和復(fù)工率不足的話(huà),會(huì)直接影響到下游芯片廠(chǎng)商的生產(chǎn)。為此,羅偉紹建議國(guó)家相關(guān)部門(mén)加大對(duì)供應(yīng)鏈重要原材料、零配件的監(jiān)測(cè)監(jiān)管,確保成熟穩(wěn)定的紅外測(cè)溫芯片產(chǎn)能,真正有實(shí)力的生產(chǎn)廠(chǎng)家才能夠“有米下鍋”,待企業(yè)產(chǎn)能穩(wěn)定、市場(chǎng)穩(wěn)定后,價(jià)格畸高和缺貨現(xiàn)象就能得到有效遏制。

紅外熱成像芯片行業(yè)同樣具有較高的準(zhǔn)入門(mén)檻。范奇告訴記者,紅外熱成像芯片是綜合了集成電路技術(shù)、敏感材料技術(shù)、MEMS技術(shù)等光、機(jī)、電多學(xué)科的集成技術(shù),其設(shè)計(jì)及制造難度非常高,這也是為何全世界掌握該技術(shù)的公司較少的重要原因。非制冷紅外焦平面芯片的制造對(duì)微橋設(shè)計(jì)與微加工工藝技術(shù)、焦平面批量生產(chǎn)、真空封裝、焦平面測(cè)試技術(shù)、可靠性技術(shù)等環(huán)節(jié)都要求極高,要求具備成熟的工藝技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)條件。武漢高芯科技有限公司市場(chǎng)總監(jiān)王海艷對(duì)記者說(shuō),紅外熱成像芯片整個(gè)工藝都需要在半導(dǎo)體制程潔凈廠(chǎng)房里完成,這對(duì)廠(chǎng)商的考驗(yàn)可想而知,一般的小企業(yè)是不具備這個(gè)能力的。

紅外測(cè)溫芯片期待新突破

這次疫情給紅外產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了巨大的市場(chǎng)機(jī)遇,極大提高了全社會(huì)對(duì)紅外產(chǎn)品的認(rèn)知和接受程度,同時(shí)對(duì)紅外產(chǎn)品的質(zhì)量、服務(wù)和成本也提出了更高的要求。范奇表示,紅外熱成像芯片的大趨勢(shì)可分為高端裝備應(yīng)用和低成本應(yīng)用兩個(gè)方向。高端裝備應(yīng)用主要滿(mǎn)足航空航天、空間遙感、態(tài)勢(shì)感知等應(yīng)用場(chǎng)景,提高分辨率是該類(lèi)應(yīng)用的主要發(fā)展方向,要求更大面陣的紅外傳感器提供更高速、更細(xì)膩的紅外圖像,滿(mǎn)足高動(dòng)態(tài)、大視場(chǎng)的應(yīng)用需求;低成本應(yīng)用則是從目前的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)入到消費(fèi)電子領(lǐng)域,滿(mǎn)足如個(gè)人娛樂(lè)消費(fèi)、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域的應(yīng)用,需努力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的微型化和低成本化。

王海艷認(rèn)為,未來(lái)最重要的是要讓紅外熱成像產(chǎn)品成為人們“買(mǎi)得起,用得上”的東西。“因此,新材料、新工藝、新產(chǎn)品、新應(yīng)用的開(kāi)發(fā),產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)成本的優(yōu)化,紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用的教育普及等,都可以作為企業(yè)未來(lái)發(fā)展的新突破和新發(fā)展。”王海艷說(shuō)。

“通過(guò)此次新冠肺炎疫情,我們看到了一個(gè)很大的傳感器市場(chǎng),那就是醫(yī)用傳感器市場(chǎng),其中包括基因測(cè)序、測(cè)溫等,其核心是傳感器的精度以及和醫(yī)療器械、臨床匹配度?！倍≥x文向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示,目前他們正在著手兩個(gè)防疫科研攻關(guān)項(xiàng)目:一個(gè)是快速高精度核酸檢測(cè)系統(tǒng),能在5分鐘左右就檢驗(yàn)出是否帶有新冠病毒,比現(xiàn)在的30分鐘檢測(cè)提速83%。另一個(gè)是采用微流控技術(shù)的高精度霧化器。他同時(shí)表示:“這一輪應(yīng)用為紅外測(cè)溫傳感芯片提供了一個(gè)很大的想象空間,催生了很多應(yīng)用溫度傳感器的場(chǎng)景,比如,原來(lái)的門(mén)禁,不管是指紋識(shí)別還是面部識(shí)別的,都沒(méi)有溫度測(cè)量功能,經(jīng)過(guò)這次疫情,很多客戶(hù)要求把測(cè)溫功能加到門(mén)禁中。有不少客戶(hù)還希望手機(jī)中也增加溫度測(cè)量功能,若那樣的話(huà),紅外測(cè)溫傳感芯片市場(chǎng)將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)?！?/span>