红外传感器行业技术水平特点及机遇挑战(附报告目录)
1、红外传感器行业简介及分类
红外传感器是一种用于发现并测定红外辐射的强度,并将其转变为电能以便应用的传感器。根据传感机理的不同,红外传感器可分为非制冷型热式红外传感器和制冷型光子红外传感器两大类。其中,非制冷型热式红外传感器按照工作原理大致可以分为红外热电堆传感器、热释电红外传感器和微测辐射热计红外传感器。
相关报告:北京普华有策信息咨询有限公司《-年红外传感器行业细分市场分析及投资前景专项报告》
资料来源:普华有策制冷型光子红外传感器是利用半导体材料的光子效应进行红外传感,传感器吸收光子后,本身发生电子状态的改变,从而引起光伏或光电导等现象,通常能获得更高的红外性能以及更短的响应时间,但热噪声对环境温度非常敏感,因此需要制冷装置对其进行制冷,成本较高,这就大大限制了制冷型光子红外传感器的应用,主要应用于航空航天、军事等对性能要求高、成本不敏感的领域。非制冷型热式红外传感器是将接收到的红外辐射转换成热能,导致红外敏感元件温度上升,然后通过测量温度上升来测量红外辐射信号的大小,由于是将红外辐射转换热量对温度差进行测量,所以非制冷型热式红外传感器可以在室温环境下工作,无需制冷,降低了传感器的制造成本和操作难度,在军事、工业及各类民用消费等领域广泛应用。
非制冷型热式红外传感器按照工作原理大致可以分为热电堆传感器、热释电传感器和微测辐射热计传感器。红外热电堆传感器通过塞贝克效应将红外辐射导致的温度变化转换为电压信号输出。热释电红外传感器是通过受热物体中的电荷堆积来测量红外辐射导致的温度变化。微测辐射热计红外传感器通过将红外辐射导致的温度变化引起的电阻变化转换成电信号输出。
2、红外传感器行业发展概况
红外传感技术市场应用广泛,在工作方式上可以大致分为两大类应用。一类是侧重于物体热成像的应用,主要为制冷型光子红外传感器、微测辐射热计红外传感器,其红外传感系统侧重于被测物体的红外热成像,主要应用于军事领域及部分民用领域;一类是侧重于物体及温度量感知的应用,主要为红外热电堆传感器、热释电红外传感器,其红外传感系统侧重于被测物体的温度感知量及更高的精确度,主要应用于民用领域。
(1)军用红外传感器行业发展概况
军用红外产品从上世纪70-80年代起就逐步应用于海陆空战场上,经过多年的技术迭代及产品换代,目前红外产品在美国、法国等发达国家军队的普及率较高,市场趋于稳定。
我国军用市场底子较薄,正处在大力追赶阶段。近年来红外传感器在我国军事领域的应用处于快速提升阶段,包括单兵、坦克装甲车辆、舰船、军机和红外制导武器在内的红外装备市场将迎来快速发展阶段。国内军用红外市场正快速发展,属于朝阳行业,市场容量巨大。目前在我国积极推进军队信息化及武器装备现代化建设的大背景下,未来国内军用红外市场将持续快速增长。
(2)民用红外传感器行业发展概况
近年来,随着红外产品的成本及价格不断下降,其在民用领域的应用更加广泛。另外,民用红外传感器市场保持着很快的增长速度,增长幅度要远大于军用领域。红外传感器在民用市场消费额的快速增长主要来源于产品成本下降带来新应用领域的不断扩大,随着红外传感器在健康医疗、安防监控、智能家居、物联网、消费电子、工业控制等行业应用的推广,民用红外传感器行业将迎来市场需求的快速增长期。
目前,民用红外市场应用前景较好,需求旺盛。随着我国经济持续发展及国内红外传感器产品的普及,市场对于红外传感器产品的需求也日趋旺盛,未来将有更多新兴市场需求成为红外市场新的增长点。
年,红外传感技术的大量广泛应用使得人们看到了红外技术非接触测温的便利性及可靠性,将加速红外技术在新领域的应用推广,对红外技术的市场普及起到催化作用,未来,红外产品市场需求将会在原本的基础之上呈现快速增长的态势,为行业内企业提供重大发展机遇。
3、红外热电堆传感器行业发展概况
与传统的红外热电堆传感器相比,基于MEMS技术的红外热电堆传感器具有尺寸小、重量轻、噪声小、成本低、使用方便等优点,因此MEMS红外热电堆传感器在性能与成本方面能够较好的兼顾民用消费领域的需求,在健康医疗、安防监控、智能家居、消费电子、工业控制等领域得到了广泛的应用。
年初,受突发新冠疫情影响,非接触式红外体温监测仪器作为疫情防控初步筛检手段,市场需求快速增长。国内以额温枪为主的非接触式测温设备市场需求大增,红外热电堆传感器作为关键部件需求同步上升,热电堆传感器上半年呈量价齐升态势。受疫情期间红外热电堆产品的广泛普及影响,其众多优点得到市场的广泛认同,未来在众多新兴领域将得到广泛应用。
4、技术特点
(1)行业技术较为复杂,国内自主研发能力欠缺
MEMS红外热电堆传感器产品的研发与设计,既涉及到机械、电子、材料、光学、半导体等多门复杂学科知识,又涉及到机械制造、半导体制造等跨行业技术的积累和整合,这对MEMS红外热电堆传感器的研发设计人员的专业知识和行业经验提出了较高的要求。研发人员既需要熟练掌握上述多门复杂的学科知识,又需要对上下游行业有着深入的理解。
由于行业技术较为复杂加之国内起步较晚,在MEMS传感器芯片的研发设计和晶圆制造领域,国内企业的技术水平与国外领先的公司相比,存在较大差距,因而,国内很多厂商通过外购传感器芯片并在国内完成封装测试的方式拓展国内市场,但由于其缺乏自主设计芯片的能力,在芯片供应及议价能力等方面往往受制于人。MEMS红外热电堆传感器应对技术迭代革新的根本是芯片的设计和供应能力,未来国内拥有芯片自主设计研发能力的厂商将面临广阔的进口替代和新兴领域的市场机会。
(2)技术工艺非标准化且生产环节存在技术壁垒
MEMS传感器具有一种产品对应一种加工工艺的特点,各类产品应用领域的技术要求也存在差异,晶圆制造和测试过程也需采用非标准的工艺,这就使得传感器的生产及封装工艺需要根据产品的不同设计来进行调试,从而要求国内企业除了完成传感器芯片的设计,还需要开发适合公司芯片设计路线的MEMS晶圆制造工艺、封装测试工艺。因此,MEMS传感器行业在芯片设计、晶圆制造、封装和测试环节都具有壁垒。
(3)红外热电堆技术应用领域广泛
红外热电堆传感器是由热电偶构成的一种器件,通过塞贝克效应将红外辐射导致的温度变化转换为电压信号输出。过去,由于国内红外热电堆技术不成熟,应用于民用类的红外技术主要采用热释电红外、微测辐射热计传感技术。微测辐射热计在民用领域主要应用于红外热成像产品,但成本较高;热释电红外传感器虽成本较低,但其仅能感应动态目标。红外热电堆传感器则兼顾了产品的性能与成本,可同时应用于动态及静态场景,适合民用消费领域的需求,因此近年来应用逐步拓展,在不同领域得到了广泛的应用。
(4)红外技术的加速发展和普及
红外热电堆传感器具有非接触、体积小、成本低、稳定性强等特点,同时,采用CMOS-MEMS技术便于将产品微型化,使得红外热电堆传感器可以与电子系统集成,不断创造新的应用场景,如年6月荣耀发布了全球首款红外测温5G手机;将红外测温模块集成在安防监控等的人脸识别模块,实现功能的高度集成;通过监测油烟温度,实现抽油烟机“烟灶联动”“烟感风随”;通过监测室内人体方位,实现空调“风随人动”;通过监控车内CO2浓度,实现车内环境的实时智能控制等。
年,红外传感技术的大量广泛应用使得人们看到了红外技术非接触测温的便利性及可靠性,将加速红外技术在新领域的应用推广,对红外技术的市场普及起到催化作用,未来,红外产品市场需求将会在原本的基础之上呈现快速增长的态势,为行业内企业提供重大发展机遇。
5、行业面临的机遇
(1)国家持续