自从1930年代起,制冷型红外线探测器一直是行业主流,然而它们因需低温冷却而造价高,体积非常庞大且操作繁琐。相对来说,非制冷红外焦平面探测器则无需冷源,能在室温下运作,兼具体积精巧、重量轻便、能耗低、寿命长久、费用节省及反应迅速等诸多优势。尽管其敏感度不及制冷型红外焦平面探测器,但非制冷焦平面探测器的性能足以满足部分军事设备及大部分民用科技领域的需求。
如今,非制冷红外探测器已大规模投入生产,大多数都用在满足民用市场的大量需求,同时还能满足部分军用市场。按传感器材料分类,非制冷红外探测器可细分为氧化钒红外探测器与非晶硅红外探测器。其中,氧化钒红外探测器凭借其大范围的应用成为非制冷领域的代表。其红外半导体材料为氧化钒,其电阻温度系数高达2%-3%/K,这在某种程度上预示着其阻值受温度影响显著,来提升了敏感度。大部分企业从红外探测器芯片、机芯至终端产品均实现全链条生产,并有相当比例的红外探测器芯片自给自足。因此,本文所述的氧化钒红外探测器涵盖了企业自用及对外销售的产品。
全球范围内,只有美国、日本、以色列以及中国等几个国家具备氧化钒非制冷红外芯片制造能力。受出口管制影响,相关外国厂商在对华供应上有所限制。鉴于红外产品的敏感性质,各国通常会对特种装备进行技术垄断,尤其是技术领先者对红外热像产品和技术的保密程度极高,因此各国红外产品企业在国防领域的竞争比较小。具体来说,美国、中国、日本和以色列是该行业的主要参与者。美国凭借强大的科研实力,在国际特种装备市场占据主导地位。然而,对于高端产品,国外仍处于严格管控之中。2008年前,我国红外产品所需的芯片(即“红外探测器”)完全依赖进口。以美国为代表的西方发达国家对中国实行了严格的出口审批制度,尤其是在红外芯片领域,西方国家将其视为高度敏感的高科技领域,严禁对华出口。此外,他们还对其他拥有红外芯片核心技术产品的西方国家施压,限制其对华出口。唯独与中国关系友好的法国,每年会向中国出口少量工业级三流红外芯片,但明确规定不得用于军事领域。如今,随着国内本土企业的崛起,本土化供应已能满足需求,例如睿创微纳的氧化钒红外探测器产能高达340万个。虽然在红外传探测器方面已实现自给自足,但可能仍需从法国进口少量中端非晶硅红外探测器。
随着非致冷热成象设备在安全防护、体温测量、汽车及个人视觉设备领域的大规模运用,市场需求对热成像模块的分辨率、能耗、体积及价位提出了更高标准,大面阵数量、微小像元间距、紧凑封装体积以及高度集成趋势日渐显著。
现阶段,非致冷红外芯片的像素点尺寸已由初期的35μm大幅缩减至现今的12μm,且仍在继续减小。小像素点的优点是,它能有效缩小芯片尺寸,减少相关成本,从而更好地满足热成像模块的小型化、集成化需求。此外,在同等焦距光学系统下,像素点越小,空间分辨率越高,识别距离也会相应增加。因此,小像素点是技术创新的主要方向。
国内红外热成像市场的实际年需求与潜在需求存在很明显差距,根本原因在于红外探测器及热像仪的成本和售价较高。然而,随着红外产品价格的逐步下滑和性能的提升,未来市场普及率有望进一步提升,特别是在对价格较为敏感的民用消费品领域。在国际市场上,新兴经济体的快速崛起使得红外热像仪成为民用领域的重要消费市场,其应用场景范围包括安防监控、智能城市、物联网等;而在国内市场,随着我们国家经济结构调整和持续增长,红外热像仪在工业现代化进程中将发挥更大作用,例如在工业检测、人工智能、检验检疫、消防等领域。随着产业体系升级和消费水平提升,未来我国民用红外热像仪将更多地应用于汽车辅助驾驶、个人消费电子及物联网等新兴领域,市场规模持续扩大,需求空间广阔。
非致冷红外焦平面阵列探测器自20世纪80年代起,在美国军方的支持下得以发展。由于其在国防领域的广泛应用,美国对华实施了严格的禁运政策。美国厂商只能在中国销售热成像仪整机或受限的热成像机芯组件。尽管法国的红外探测器可对华出口,但需遵循最终用户许可制度,且高端产品受到严格限制。过去,国内主要在高校等科研机构开展材料、传感器和读出电路技术探讨研究,但始终未能实现自主可控的批量供应。自2014年以来,自主可控红外探测器已在国内民用和国防领域得到普遍应用,成为替代进口产品的主力军,为红外行业的快速发展奠定了基础。
红外技术包括近红外线、中红外线与远红外线三个研究分支。其中,中红外线凭借其高强度、高穿透力得到普遍使用,且研究较其他领域更为成熟,还可以解读物质成分。而远红外线因其强穿透力,可用作探测与加热,其应用场景范围也颇为丰富。
该技术拥有以下四个显著优势:良好的环境适应性,可在夜视和恶劣天气条件下高效工作,优于可见光;出色的隐蔽性,不易受到干扰;强大的伪装目标识别功能,远胜于可见光;精巧的设备设计,体积小、重量轻、能耗较低。
三大主体问题影响着红外技术的发展进程:目标光谱特性、探测系统性能以及目标与探测口间的环境和距离。如:为充分的利用大气窗口,我们将探测器光谱响应从短波红外拓展至长波红外,实现了室温目标的探测;探测器由单一单元发展为多元,再进阶至焦平面,实现了从点源探测到目标热成像的跨越;系统从单波段转向多波段;研发出多种类型的探测器,为系统应用提供了充足的选择空间。
红外探测器曾长期受制于西方政府和供应商。为了打破这种局面,2012年4月,高德红外用2.4亿元超募资金启动了“红外焦平面探测器产业化项目”。2014年2月25日,高德红外宣布,公司“基于非晶硅的非制冷红外探测器”项目成果已获得湖北省科技厅认可,接下来将进入试生产及批量生产阶段。在国内市场,高德公司的红外芯片生产线能够同时运行国际主流的非晶硅和氧化钒两种工艺线路。因此,高德红外成为国内唯一具备两条工艺线路的红外探测器芯片生产商。
2023年,全球氧化钒红外探测器市场销售额已突破16.20亿美元,预计到2030年,这一数字将升至19.21亿美元,年均复合增长率(CAGR)为3.10%(2024-2030)。其中,中国市场发展迅猛,2023年销售额高达4.05亿美元,占全球市场比重为25.03%,预计2030年将进一步攀升至5.17亿美元,成为全世界最大的消费国之一,市场占有率占比将达到26.90%。自2014年起,我国氧化钒红外探测器产业逐渐崛起,并于2015年实现大规模量产。目前,国产产品已基本实现国内消化,大多数都用在制造红外热像仪进行内销或出口。
氧化钒红外探测器市场主要由Teledyne FLIR、睿创微纳、海康微影、高德红外及BAE Systems等知名厂商主导。2023年,前五大厂商的销售额市场占有率总计达75.70%。全球领先制造商大多分布在在美国、日本、以色列和中国。
北美是氧化钒红外探测器最大的消费市场,2023年销售额市场占有率高达49.54%。紧随其后的是中国,市场占有率为25.03%。由于新投资所需资金庞大,小企业难以涉足该行业。市场之间的竞争不仅取决于价格因素,产品性能亦至关重要。有突出贡献的公司凭借卓越性能、丰富产品线、先进的技术及优质售后服务,占据了高端市场的绝大多数份额。展望未来几年,各品牌间的价格差距有望缩小,毛利率亦可能会产生波动。
从产品类型角度看,晶圆级封装氧化钒红外探测器占了重要地位,预计2030年销量份额将达到61.68%。这种封装方式有助于减少相关成本,适用于大规模低成本生产。
就应用领域而言,民用市场在2023年销售额中占据主导地位,约为67.41%。然而,随着后疫情时代的到来,民用市场需求将有所放缓,未来几年CAGR预计为2.17%。而在军用领域,除2021年出现负增长外,未来几年将持续稳定增长,特别是2023年增长率超过9%。2021年的负增长与国防支出减少有关。据统计,2021年全国国防支出约为13553.43亿元人民币,折合2090亿美元。据英国国际战略研究所(IISS)多个方面数据显示,尽管全球国防支出仍在增加,但通胀压力导致国防预算增速无法跟上经济稳步的增长步伐,从而引发国防支出负增长。
综上所述,随着晶圆级低成本封装技术的日益成熟,以及未来军事和民用领域需求的持续推动,氧化钒红外探测器市场规模将继续保持增长态势。
本报告关注全球及中国市场氧化钒红外探测器的产能、产出、销量、销售额、价格和发展前途。主要探讨全球和中国市场上主要竞争者的产品特性、规格、价格、销量、销售收益以及他们在全球和中国市场的占有率。历史数据覆盖2019至2023年,预测数据则涵盖2024至2030年。返回搜狐,查看更加多
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