全球紅外探測器行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游現(xiàn)狀及中游競爭分析 中國企業(yè)正崛起

全球紅外探測器行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游現(xiàn)狀及中游競爭分析中國企業(yè)正崛起一、紅外探測器產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀

1.紅外探測器產(chǎn)業(yè)鏈圖解

紅外探測器是用于探測物體紅外輻射信號(hào)的電子元件。紅外探測器上游包括材料、芯片設(shè)計(jì)制造、探測器封裝等環(huán)節(jié)，中游探測器與圖像處理電路組裝后形成機(jī)芯，將機(jī)芯與智能處理電路、鏡頭、機(jī)械結(jié)構(gòu)件、顯示屏等組裝成為整機(jī)，然后進(jìn)入下游軍用及民用市場。

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2.紅外探測器產(chǎn)業(yè)鏈上游

（1）材料

據(jù)作者發(fā)布的《中國紅外探測器行業(yè)現(xiàn)狀深度討論與進(jìn)展前景猜測報(bào)告（2022-2029年）》顯示，紅外探測器分為制冷型紅外探測器與非制冷型紅外探測器。制冷型紅外探測器需低溫制冷，價(jià)格昂貴且體積浩大；非制冷型紅外探測器無需低溫制冷，雖然靈敏性低于制冷型紅外探測器，但其具有體積、功耗小，成本低，壽命長，啟動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)，可滿意部分軍事裝備以及絕大多數(shù)民用技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)需要，近年來已經(jīng)成為紅外探測器的主流產(chǎn)品，其產(chǎn)量遠(yuǎn)高于制冷型紅外探測器。

制冷型紅外探測器和非制冷型紅外探測器對(duì)比

對(duì)比維度制冷型紅外探測器非制冷型紅外探測器原理光電效應(yīng)、光伏效應(yīng)紅外熱效應(yīng)精度、靈敏度凹凸尺寸大小成本凹凸系統(tǒng)簡單度帶制冷機(jī)，簡單簡潔敏感材料InSb、碲鎘汞(HgCdTe)、量子阱(QWIPs)和II類超晶格氧化釩、非晶硅應(yīng)用領(lǐng)城軍用、科研軍用、民用資料來源：作者整理

根據(jù)MEMS傳感器材料的不同，制冷型紅外探測器細(xì)分為碲鎘汞探測器、銻化銦探測器、量子阱探測器、二類超晶格探測器和量子點(diǎn)探測器。其中，碲鎘汞電子有效質(zhì)量小而本征載流子濃度低，汲取系數(shù)大，量子效率高，因而制成的探測器噪聲低，探測率高；銻化銦材料量子效率和響應(yīng)率極高，可以實(shí)現(xiàn)極高的熱靈敏度和極好的圖像質(zhì)量。因此近年來碲鎘汞探測器和銻化銦探測器應(yīng)用最為廣泛。

制冷型紅外探測器敏感材料對(duì)比

敏感材料技術(shù)特點(diǎn)碲鎘汞通過轉(zhuǎn)變鎘的組份，可以精確掌握碲鎘汞材料的禁帶寬度，掩蓋短波、中波和長波紅外。但是由于微小的組分偏差就會(huì)引起很大的帶隙變化，其材料的穩(wěn)定性、抗輻射特性和勻稱性都相對(duì)較差，所以成品率較低，成本特別高。銻化銦技術(shù)成熟，成本較低，只能用于單色制冷紅外探測器，軍民大量應(yīng)用，尤其以紅外空空導(dǎo)彈為多。量子阱生長技術(shù)成熟，并且生長面勻稱，受控性好；價(jià)格低廉、產(chǎn)量大、熱穩(wěn)定性高。但其結(jié)構(gòu)特別性使得正入射光無法很好地被探測器汲取，致使量子阱探測器的量子效率并不抱負(fù)。Ⅱ類超晶格擁有較高的探測靈敏度，幾乎可以與碲鎘汞相媲美，隧穿電流和暗電流均較小，對(duì)工作溫度的要求相對(duì)寬松。量子點(diǎn)可以響應(yīng)垂直入射光，暗電流小，可以達(dá)到高的工作溫度、高的響應(yīng)率和探測率。但量子點(diǎn)層的汲取系數(shù)小，量子效率低于預(yù)期理論值資料來源：作者整理

根據(jù)MEMS傳感器材料的不同，非制冷型紅外探測器細(xì)分為氧化釩紅外探測器和非晶硅紅外探測器。其中氧化釩紅外探測器憑借原材料氧化釩電阻溫度系數(shù)較高，靈敏度較高的優(yōu)勢，占據(jù)非制冷紅外探測器大部分市場。

非制冷型紅外探測器敏感材料對(duì)比

敏感材料技術(shù)特點(diǎn)氧化釩探測靈敏度和測溫精度優(yōu)于非晶硅，殘余固定圖形噪聲比非晶硅小一個(gè)數(shù)量級(jí)。缺點(diǎn)是它不兼容標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝生產(chǎn)線，需要有單獨(dú)的CMOS工藝生產(chǎn)線。國內(nèi)外多數(shù)企業(yè)選擇氧化釩技術(shù)路線。非晶硅兼容標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝生產(chǎn)線，制造成本低，更簡單實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。成像效果不如氧化釩。資料來源：作者整理

（2）芯片設(shè)計(jì)制造

紅外探測器芯片由MEMS傳感器和CMOS讀出電路構(gòu)成，生產(chǎn)所需原材料主要為晶圓，晶圓包括CMOS讀出電路晶圓和MEMS傳感器晶圓。從生產(chǎn)流程來看，CMOS晶圓制造完成后，會(huì)發(fā)給MEMS晶圓代工廠，晶圓代工廠會(huì)依據(jù)紅外探測器企業(yè)設(shè)計(jì)以及工藝流程進(jìn)行MEMS晶圓加工。晶圓代工行業(yè)集中度較高，為了確保物料質(zhì)量及交付準(zhǔn)時(shí)性，紅外探測器生產(chǎn)公司多與晶圓代工公司形成了長期穩(wěn)定的合作關(guān)系。據(jù)數(shù)據(jù)，2022年，十大專屬晶圓代工公司中中國大陸公司占據(jù)兩席，分別是中芯國際SMIC和華虹集團(tuán)HuaHong，總市占率為9.51%；中國臺(tái)灣公司占據(jù)五席，分別是臺(tái)積電TSMC、聯(lián)電UMC、力積電Powerchip、世界先進(jìn)VIS、穩(wěn)懋WIN，總市占率為75.04%。

數(shù)據(jù)來源：作者數(shù)據(jù)中心整理

（3）探測器封裝

紅外探測器多采納金屬封裝、陶瓷封裝技術(shù)，這兩大技術(shù)是將晶圓切割為單個(gè)芯片后進(jìn)行單芯封裝。隨著晶圓級(jí)封裝、3D封裝的逐步成熟，部分業(yè)內(nèi)企業(yè)已實(shí)現(xiàn)先整體封裝后進(jìn)行切割的封裝工藝。晶圓級(jí)封裝不僅能夠提高生產(chǎn)效率、降低封裝成本，還能大幅度減小探測器的封裝體積，滿意熱成像模組小型化、輕量化的需求。

紅外探測器封裝技術(shù)對(duì)比

封裝技術(shù)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)金屬封裝可適應(yīng)較極端的環(huán)境,并可與其他設(shè)備匹配。成本過高、工序簡單、生產(chǎn)周期長，不適合大規(guī)模、低成本生產(chǎn)要求。陶瓷封裝有自調(diào)整功能，無需TEC(半導(dǎo)體恒溫器)，與金屬封裝相比，顯著減小了體積、重量、功耗，封裝成本大幅降低。使用陶瓷管殼成本仍較高,尺寸大，也不適合大批量生產(chǎn)。晶圓級(jí)封裝部分工藝與硅工藝相兼容，適合于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，是目前非制冷紅外探測器封裝的趨勢。工藝要求高，還需要進(jìn)一步提高晶圓成品率。資料來源：作者整理

3.紅外探測器產(chǎn)業(yè)鏈下游

（1）軍用市場

軍用紅外探測器早在上世紀(jì)70-80年月就開頭應(yīng)用于陸、海、空戰(zhàn)場上，主要作用包括精確制導(dǎo)、光電載荷、軍用車輛幫助駕駛等。隨著全球范圍內(nèi)武器現(xiàn)代化水平提升，軍用紅外市場保持快速增長態(tài)勢。數(shù)據(jù)顯示，2022年全球軍用紅外市場規(guī)模為78.01億美元，估計(jì)2023年將達(dá)到107.95億美元。

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軍用紅外大部分市場集中在歐美地區(qū)，由于各國保持高度敏感性，限制或禁止向國外出口，再加上我國軍用紅外自身底子薄，滲透率較低，市場處于努力追逐階段。將來，在國家樂觀推動(dòng)練兵備戰(zhàn)、武器裝備現(xiàn)代化建設(shè)以及軍費(fèi)支出穩(wěn)定增長的大背景下，國內(nèi)軍用紅外市場將快速擴(kuò)大。依據(jù)財(cái)政部數(shù)據(jù)，2022年我國國防支出預(yù)算為14504.50億元，較上年同比增長7%，估計(jì)2022年我國軍用紅外市場規(guī)模將達(dá)到53.5億美元，較上年同比增長13.1%。

數(shù)據(jù)來源：財(cái)政部、作者數(shù)據(jù)中心整理

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（2）民用市場

紅外民用主要應(yīng)用于安防監(jiān)控、電力設(shè)備巡檢、工業(yè)測溫、戶外運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域。與軍用市場相比，全球紅外民用市場規(guī)模較小，2022年為31.07億美元，不足軍用紅外市場規(guī)模的一半，這是主要是由于民用紅外市場對(duì)產(chǎn)品價(jià)格的敏感性較高。2022年，受疫情影響，醫(yī)療領(lǐng)域的紅外測量需求增多，助力民用紅外市場進(jìn)展，市場規(guī)模達(dá)到約56.01億美元。隨著晶圓封裝成為主流技術(shù)，紅外成像成本降低，紅外民用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)寬，估計(jì)2023年全球市場規(guī)模將達(dá)到74.65億美元。

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目前我國民用紅外滲透率也在不斷提高，應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到了才智電網(wǎng)和才智城市、才智安防等領(lǐng)域。紅外熱成像作為設(shè)施甚至城市智能化的重要組成，在將來需求將愈發(fā)旺盛。

我國民用紅外新興應(yīng)用領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)因素分析

應(yīng)用領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)因素智能電網(wǎng)十四五規(guī)劃明確提出要加快電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施智能化改造和智能微電網(wǎng)建設(shè)，提高電力系統(tǒng)互補(bǔ)互濟(jì)和智能調(diào)整力量，智能化意味著全天候、無人化，紅外熱成像系統(tǒng)是電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施智能化的重要組成，其需求隨國家智能電網(wǎng)投資增加而提升。才智安防是由于不行避開的晝夜交替以及惡劣天氣的影響，在肯定程度上限制了可見光監(jiān)控設(shè)備的正常發(fā)揮，而紅外熱成像監(jiān)控產(chǎn)品正好彌補(bǔ)了這一缺失，特殊適合高平安級(jí)別區(qū)域的入侵防范。戶外在夜間和光線昏暗的狀況下，肉眼很難辨別出地形地貌，因而也無法選擇平安的扎營地點(diǎn)。這時(shí)候，熱像儀就可以通過監(jiān)測紅外輻射對(duì)地形進(jìn)行偵測，便于夜晚平安扎營。自動(dòng)駕駛依靠可見光進(jìn)行駕駛時(shí)，在光源不夠、晚間駕駛、晴天眩光和極端天氣下將面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，車輛一般配有紅外、可見光、激光雷達(dá)等多種傳感器，紅外熱像儀可以在可見光、激光雷達(dá)或雷達(dá)探測系統(tǒng)軟件消失數(shù)據(jù)冗余而供應(yīng)單獨(dú)的數(shù)據(jù)信息。消防火災(zāi)現(xiàn)場一般存在大量的濃煙，搜救人員肉眼很難精確?????觀看到起火位置以及一些危急狀況，這給搜救造成了極大的困擾。紅外熱像儀可以不受火場煙霧干擾，接收到被困人員發(fā)出的紅外線，精確?????定位被困人員，提高營救勝利率。資料來源：作者整理

二、紅外探測器行業(yè)競爭

無論是制冷型紅外探測器還是非制冷型紅外探測器，芯片都是其核心內(nèi)容。國際上僅美國、法國、以色列等少數(shù)發(fā)達(dá)國家把握紅外芯片設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)我國存在肯定的出口限制。隨著國內(nèi)軍工、基礎(chǔ)工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)進(jìn)展急迫性，我國開頭對(duì)紅外探測器進(jìn)行自主化探究。在相關(guān)政策的扶持下，我國部分企業(yè)如睿創(chuàng)微納、高德紅外、大立科技等具備了材料、MEMS傳感器芯片、CMOS讀出電路、制冷機(jī)、杜瓦封裝、整機(jī)制備的全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)力量。

我國紅外探測器行業(yè)代表企業(yè)

代表企業(yè)簡介高德紅外高德紅外是國內(nèi)唯一一家兼具制冷、非制冷紅外探測產(chǎn)品的批產(chǎn)線的上市公司，產(chǎn)品掩蓋上游探測器芯片制造、中游探測器機(jī)芯和熱像儀及下游紅外完整武器裝備系統(tǒng)。睿創(chuàng)微納公司專注氧化釩非制冷路線，擁有一條自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)的氧化釩非制冷紅外探測器生產(chǎn)線。經(jīng)過多年的進(jìn)展，睿創(chuàng)微納已經(jīng)成為國內(nèi)非制冷紅外探測器領(lǐng)域技術(shù)最為先進(jìn)的公司之一。公司非制冷探測器在像元尺寸、靈敏度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上與競爭對(duì)手相比處于領(lǐng)先地位大立科技是國內(nèi)紅外行業(yè)A股首家上市公司。公司沿用了法國的非晶硅非制冷探測器路線，具備完整產(chǎn)業(yè)鏈制造力量，產(chǎn)品涵蓋了非制冷探測器、機(jī)芯模組、紅外熱像儀整機(jī)及系統(tǒng)。近年來，公司持續(xù)加大研發(fā)投入，其產(chǎn)品的像元尺寸、陣列規(guī)模等性能指標(biāo)不斷提升。資料來源：作者整理

技術(shù)的進(jìn)步給中國廠商走向世界帶來機(jī)遇。以睿創(chuàng)微納為例，近年來睿創(chuàng)微納在海外市場的銷售收入保持穩(wěn)定增長，2022年實(shí)現(xiàn)境外主