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盤點國產非制冷紅外探測器芯片

Robot Vision ? 2021-08-31 08:04 ? 次閱讀
十年前,國內紅外探測器芯片我國掀起了一股國產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,仿制起步的國產化中,歷經十余年的發展,我國非制冷紅外熱成像探測器芯片已成功基本實現國產化替代。在疫情中,紅外熱成像技術為我國抗擊疫情發揮了重要作用,也被人們所熟知。
從紅外探測器到機芯再到整機,十余年浮沉中,不少國內民營企業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風騷的產品。

高德紅外

成立之初的高德紅外只是進口探測器,在二十余年的發展中,現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線,包括8英寸0.25μm批產型氧化釩非制冷紅外探測器生產線、8英寸0.5μm碲鉻汞制冷紅外探測器生產線,以及8英寸0.5μm批產型二類超晶格制冷紅外探測器生產線,覆蓋制冷/非制冷探測器及機芯。
高德紅外的紅外焦平面探測器芯片由擁有完全自主知識產權的“中國紅外芯”研制,已經能進行批量生產。
晶圓級探測器,圖源:高德紅外
目前高德紅外集團旗下高芯科技有四款晶圓級探測器。晶圓級封裝(WLP)是直接在整個晶圓片上完成高真空封裝測試程序之后,再進行劃片切割制成單個紅外探測器的工藝流程。紅外技術應用于消費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,同時內置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,熱響應時間可以做到<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指標上高德紅外都處于國際領先位置。

大立科技

大立科技從2013年起開始實現紅外熱成像芯片的自主替代,此前都只是小規模替代。目前大立科技已經具有非制冷紅外焦平面探測器已有產業化規模。主要量產像元間距25μm/17μm/15μm/12μm等型譜系列產品。
DLC384-25μm,圖源:大立科技
在像素這一項指標上,大立科技一直處于國內外領先水平,從2017年研制出1280×1024探測器開始沖進高端行列,到2019年已經研制出3072×2048探測器。大立科技的紅外探測器在像素層面上領先國外水平這是毫無疑問的。
目前市面上應用最多的是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,熱響應速度與高德紅外基本一致,NETD同樣小于40mk,屬于同類產品中的高靈敏度。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參數大同小異,都采用CMOS-MEMS工藝,響應快、分辨率高、靈敏度高、固定圖形噪聲低,在國內測溫、監控、車載夜視領域都占據相當的市場份額。

艾睿光電

艾睿光電發力點較為集中在紅外熱成像領域,主要是探測器和機芯產品。2020年搭載自主研發的ASIC處理器芯片的全系列紅外熱成像模組已經大批量產。
艾睿光電產品圖,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技術,NETD小于50mk,同樣內置14bit ADC。熱響應時間在12ms上又更進一步,可以做到小于10ms。這個系列分辨率極高,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技術,NETD小于40mk,同時帶有片上6位非均勻性校正功能。這個系列在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、尺寸敏感的應用場合。

小結

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實現了國產完全替代,技術水平穩居國際第一梯隊。在較大面陣芯片上,紅外探測器芯片量產后成本的下降將有很多領域的應用空間都會打開,包括安防監控、汽車自動駕駛。小面陣芯片則更多的應用在物聯網、安防、消防等領域,隨著物聯網和5G發展,也會有可預期的增長。
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