盤點(diǎn)國產(chǎn)非制冷紅外探測器芯片

十年前，國內(nèi)紅外探測器芯片我國掀起了一股國產(chǎn)紅外熱成像探測器芯片自研熱潮，想要擺脫紅外核心器件受制于人的局面。從靠反向工程，仿制起步的國產(chǎn)化中，歷經(jīng)十余年的發(fā)展，我國非制冷紅外熱成像探測器芯片已成功基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代。在疫情中，紅外熱成像技術(shù)為我國抗擊疫情發(fā)揮了重要作用，也被人們所熟知。

從紅外探測器到機(jī)芯再到整機(jī)，十余年浮沉中，不少國內(nèi)民營企業(yè)嶄露頭角并脫穎而出，像高德紅外、大立科技、艾睿光電均有著各領(lǐng)風(fēng)騷的產(chǎn)品。

成立之初的高德紅外只是進(jìn)口探測器，在二十余年的發(fā)展中，現(xiàn)在已搭建起兼具制冷與非制冷的三條紅外熱成像探測器批產(chǎn)線，包括8英寸0.25μm批產(chǎn)型氧化釩非制冷紅外探測器生產(chǎn)線、8英寸0.5μm碲鉻汞制冷紅外探測器生產(chǎn)線，以及8英寸0.5μm批產(chǎn)型二類超晶格制冷紅外探測器生產(chǎn)線，覆蓋制冷/非制冷探測器及機(jī)芯。

高德紅外的紅外焦平面探測器芯片由擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“中國紅外芯”研制，已經(jīng)能進(jìn)行批量生產(chǎn)。

晶圓級探測器，圖源：高德紅外

目前高德紅外集團(tuán)旗下高芯科技有四款晶圓級探測器。晶圓級封裝（WLP）是直接在整個(gè)晶圓片上完成高真空封裝測試程序之后，再進(jìn)行劃片切割制成單個(gè)紅外探測器的工藝流程。紅外技術(shù)應(yīng)用于消費(fèi)電子市場主要需要解決的問題就是微型化和低成本，晶圓級封裝恰好能滿足這一需求。

高芯科技的晶圓級封裝紅外探測器全系列都有著NETD小于40mk的高靈敏度，體積最小低至16x14x2.6mm，同時(shí)內(nèi)置14bit的ADC。除了GST 417W是17μm像元間距，其余三款均為12μm像元間距。這四款使用的都是氧化釩敏感材料，熱響應(yīng)時(shí)間可以做到<12ms。

從自主完成原材料提純、生長，到芯片的流片、制造、封裝與測試的全套流程各項(xiàng)指標(biāo)上高德紅外都處于國際領(lǐng)先位置。

大立科技從2013年起開始實(shí)現(xiàn)紅外熱成像芯片的自主替代，此前都只是小規(guī)模替代。目前大立科技已經(jīng)具有非制冷紅外焦平面探測器已有產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。主要量產(chǎn)像元間距25μm/17μm/15μm/12μm等型譜系列產(chǎn)品。

DLC384-25μm，圖源：大立科技

在像素這一項(xiàng)指標(biāo)上，大立科技一直處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平，從2017年研制出1280×1024探測器開始沖進(jìn)高端行列，到2019年已經(jīng)研制出3072×2048探測器。大立科技的紅外探測器在像素層面上領(lǐng)先國外水平這是毫無疑問的。

目前市面上應(yīng)用最多的是DLC384-25μm系列和DLD384-17μm系列。

DLC384/25μm在敏感材料上沒有選擇氧化釩，采用了非晶硅，熱響應(yīng)速度與高德紅外基本一致，NETD同樣小于40mk，屬于同類產(chǎn)品中的高靈敏度。DLD384/17μm系列在靈敏度上也不差，NETD小于50mk。這兩款探測器芯片技術(shù)參數(shù)大同小異，都采用CMOS-MEMS工藝，響應(yīng)快、分辨率高、靈敏度高、固定圖形噪聲低，在國內(nèi)測溫、監(jiān)控、車載夜視領(lǐng)域都占據(jù)相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~。

艾睿光電發(fā)力點(diǎn)較為集中在紅外熱成像領(lǐng)域，主要是探測器和機(jī)芯產(chǎn)品。2020年搭載自主研發(fā)的ASIC處理器芯片的全系列紅外熱成像模組已經(jīng)大批量產(chǎn)。

艾睿光電產(chǎn)品圖，來源：艾睿光電

艾睿光電只做20μm以下的探測器芯片，10μm探測器RTDS101M采用了氧化釩敏感材料和微測輻射熱計(jì)技術(shù)，NETD小于50mk，同樣內(nèi)置14bit ADC。熱響應(yīng)時(shí)間在12ms上又更進(jìn)一步，可以做到小于10ms。這個(gè)系列分辨率極高，為1280x1024，可以滿足高靈敏度下的高清成像需求。

RTD3172CR是17μm系列下采用陶瓷封裝的探測器芯片，分辨率為384×288。同樣采用氧化釩敏感材料和微測輻射熱計(jì)技術(shù)，NETD小于40mk，同時(shí)帶有片上6位非均勻性校正功能。這個(gè)系列在50Hz，25℃工況下有極低的功耗，小于80mW。這種功耗低、體積小、無TEC的探測器芯片非常適合于低功耗、尺寸敏感的應(yīng)用場合。

在非制冷紅外焦平面探測器芯片上，目前以這些紅外探測器芯片龍頭為首已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)完全替代，技術(shù)水平穩(wěn)居國際第一梯隊(duì)。在較大面陣芯片上，紅外探測器芯片量產(chǎn)后成本的下降將有很多領(lǐng)域的應(yīng)用空間都會(huì)打開，包括安防監(jiān)控、汽車自動(dòng)駕駛。小面陣芯片則更多的應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)、安防、消防等領(lǐng)域，隨著物聯(lián)網(wǎng)和5G發(fā)展，也會(huì)有可預(yù)期的增長。