深度解析：MEMS红外热电堆阵列的产业格局与未来趋势

近日，国家重点研发计划 “智能传感器” 重点专项中，一项聚焦《基于宽谱增敏超材料的热电堆红外阵列传感器研制及应用》的项目，在国家高端智能化家用电器创新中心召开了启动会与实施方案论证会。这一会议的召开，既彰显了国家对热电堆红外阵列传感器技术研发的重视，也为该领域的产学研协同创新搭建了关键平台。

作为 MEMS 技术与红外传感技术深度融合的核心成果，红外热电堆阵列传感器凭借非接触测温、高分辨率温度场成像、低功耗等特性，正成为智能硬件、工业检测、医疗健康等领域的关键支撑。从国际巨头的技术垄断到国内企业的自主突破，从单点测温到热分布成像，这一技术的演进既体现了微观制造工艺的迭代，也折射出全球传感器产业的竞争与协作。本文将从技术原理、产业格局、应用场景及未来趋势四个维度，全面剖析 MEMS 红外热电堆阵列的发展脉络与革新价值。

MEMS 红外热电堆阵列的核心原理根植于 19 世纪发现的塞贝克效应 —— 两种不同导体构成的闭合回路中，若两端存在温度差，将产生电势差。这一现象在微观尺度下被赋予新的生命力：通过 MEMS 工艺在硅衬底上构建数百个微型热电偶单元，形成阵列结构，每个单元均可独立将红外辐射转化为电信号，最终拼接成温度分布图像。

与传统红外传感器相比，MEMS 红外热电堆阵列的技术突破体现在三个层面：

其一，阵列化架构实现了从单点到面的测温跃升。早期单点红外传感器仅能获取单一位置温度，而阵列传感器通过 8×8、16×16 乃至 120×84 的像素布局（如德国海曼的 120x84 阵列），可同步采集数百个点的温度数据，构建热成像图谱。例如，烨映微电子的 8×8 阵列模组能实现 64 点全域测温，精度达 ±0.5℃，帧率 30Hz，足以捕捉动态物体的温度变化。

其二，CMOS-MEMS 单片集成颠覆了传统制造范式。传统热电堆传感器需将 MEMS 敏感元件与 CMOS 读出电路分立封装，存在寄生参数干扰、体积庞大等问题。而单片集成技术（如烨映微电子的自主专利）将两者在同一硅衬底上制造，通过解决热绝缘结构精细化制作难题，使光 - 热 - 电转换效率较国外产品提升一个数量级。这种工艺不仅将封装体积缩小 50%，还降低了 30% 的功耗，为可穿戴设备等场景提供了可能。

其三，封装与算法的协同优化突破了性能瓶颈。TO 封装（金属管壳封装）技术的改进是关键，例如烨映微电子通过自主研发的 TO-39 封装工艺，实现了 0.05℃的测温精度，环境温度检测误差从传统的 3% 降至 0.2%。同时，内置 EEPROM 存储校准数据（如琪远电子全系列产品）、自适应降噪算法（如 Melexis MLX90642 的 65mK 噪声等效温差），进一步确保了宽温域（-40℃至 85℃）下的稳定性。

值得注意的是，不同技术路线的竞争形成了多元格局：德国海曼以 120x84 像素的超大阵列占据高端市场，中国烨映则以 8x8、16x16 阵列的高性价比实现国产替代，而声动微的 8×8 阵列通过 CMOS-MEMS 兼容工艺将成本降低 50%。这种差异化发展，推动着全球热电堆阵列技术向更高精度、更低成本演进。

全球 MEMS 红外热电堆阵列产业的发展，始终伴随着技术壁垒的突破与市场话语权的争夺。2010 年以前，德国海曼（Heimann）、以色列迈来芯（Melexis）等企业凭借先发优势，垄断了 90% 以上的高端市场，国内企业只能依赖进口，面临 “价格高、配额紧” 的双重制约。然而，近十年来，中国企业通过自主创新，逐步构建起从芯片设计到封装测试的完整产业链，形成了 “全球竞争、中国突破” 的新格局。

德国海曼（Heimann Sensor）作为全球技术领导者，构建了全系列阵列产品体系：8×8 阵列适用于近距离体温测量，16×16、32×32 阵列适配智能暖通空调的人员检测与家用设备热点监控，80×64、120×84 阵列则用于高分辨率热成像，支持 120°×90° 超宽视场角与远距离检测。其产品以低功耗（无需外部冷却）、高稳定性为核心优势，长期占据工业与高端医疗市场。

比利时迈来芯（Melexis）以 “性能 - 成本平衡” 为突破口，其 MLX90642 芯片搭载 32×24 像素阵列，采用紧凑型 TO39 封装，集成出厂校准功能，无需专用 MCU 即可直接读取温度数据，显著降低系统集成成本。该芯片提供 45°×35° 和 110°×75° 两种视场角选项，适配智能烹饪、暖通空调控制等消费场景，凭借 - 40℃至 85℃的宽工作温度范围增强了应用灵活性。

国内企业通过技术自主化打破了国外垄断。烨映微电子是国内首家掌握热电堆红外传感器核心芯片量产技术的企业，其 CMOS-MEMS 工艺实现了传感器与读出电路的单片集成，8×8 阵列模组不仅性能对标国际产品，还通过自建产线降低了成本，在红外体温计赛道实现国内市场占有率第一，全球排名前五，国产替代率从 0 提升至 70% 左右。

深圳美思先端聚焦 16×16 阵列的场景化设计，其 MTPA 系列集成 ASIC 信号处理电路，可同时探测静态与动态物体的温度、位置及运动方向，支持不同视场角镜片及 TO/TMD 封装可选，已被国内头部家电企业采用，应用于智能空调的 “风随人动”、照明控制等场景。

新兴企业则通过差异化路线拓展市场。声动微的 8×8 阵列采用 CMOS-MEMS 单片集成技术，模组成本较进口产品降低 50% 以上，计划 2025 年实现量产；琪远电子推出覆盖 8×8 至 120×84 的全系列阵列，对标海曼产品性能，通过定制化算法服务降低客户开发门槛；国科鹏兴以 “自测试、自标定、自校正” 等六位一体设计思路，提升产品在复杂环境下的稳定性，应用于智能家电与可穿戴设备。

在科研方面，中国科学院大连化学物理研究所、深圳大学等科研机构也在热电材料与器件研发上取得了多项成果，为产业发展提供了坚实的技术支撑。

当前产业竞争聚焦于四个关键点：

一是分辨率与视场角，海曼 120×84 阵列与烨映 33×33 阵列分别代表高低端技术水平；

二是集成度，烨映的 CMOS-MEMS 单片集成与美思先端的 ASIC 集成，均旨在减少外围元件、降低功耗；

三是成本控制，声动微通过 8 英寸晶圆量产、烨映通过自建产线，将单位成本降低 30%-50%；

四是场景适配，MLX90642 的宽温设计、烨映的医用级精度（0.05℃），均体现了 “精准定位场景需求” 的竞争策略。

MEMS 红外热电堆阵列传感器凭借其独特的性能，在众多领域展现出了广泛的应用前景。

在医疗健康领域，该传感器发挥着重要作用。它可用于体温测量，尤其是在大规模人群体温筛查中，如机场、车站等场所，能够快速、非接触地完成体温检测，提高筛查效率。同时，在医疗诊断中，可辅助进行皮肤温度成像，为疾病诊断提供参考。烨映微电子的高精度红外传感器已被大量应用于各大医疗企业的产品中，满足了医用测温的高精度要求。

工业领域是其重要的应用阵地。在工业检测中，可对设备的温度进行实时监测，快速定位电路板过热点、电机异常温升等故障点，便于及时进行故障诊断和预防性维护，提高生产效率。例如，在工业产线中，利用 8×8 红外阵列模组，故障排查效率可提升 80%。此外，在焊接过程温度监测等场景中，其快速响应能力也能满足动态温度监测的需求。

智能家居和智能家电领域对 MEMS 红外热电堆阵列传感器的需求日益增长。在智能空调中，传感器可检测室内温度和人员位置，实现 “风随人动”，根据不同区域的温度和人员情况调整送风策略，提升舒适度和能效；在微波炉、智能烤箱等设备中，能实现精准控温，确保烹饪效果和使用安全；在烟灶联动系统中，可监测厨房温度和人员活动，实现智能化的安全控制。美思先端的红外热电堆阵列传感器可应用于空调的人员位置检测、家电的手势识别等场景，提升了家居的智能化水平。

汽车行业中，MEMS 红外热电堆阵列传感器可用于汽车发动机温度监测、车内温度调节等。通过对发动机温度的实时监测，及时发现异常并预警，保障汽车的正常运行；在车内温度调节方面，能根据车内不同区域的温度分布，实现精准控温，提升驾乘体验。

安防监控领域也离不开该传感器的支持。在安防系统中，可用于夜间人体检测、火灾早期预警等。通过监测人体热量，能在夜间实现入侵检测，触发报警；对于火灾隐患，可通过检测温度异常升高，提前发出预警，降低火灾风险。同时，在智能楼宇的人流量监测中，结合 AI 增强的机器视觉技术，可实现更精准的检测和统计。

在消费电子领域，该传感器也有诸多应用。如在智能手机中，可集成用于非接触式温度测量；在可穿戴设备中，能实时监测人体体温变化，为健康管理提供数据支持。

此外，在农业、畜牧业等领域，MEMS 红外热电堆阵列传感器也能发挥作用。在农业中，可用于农作物和环境的温度管理，保障作物生长；在畜牧业中，能检测动物体表温度，及时掌握动物健康状况。

MEMS 红外热电堆阵列传感器正朝着多个方向不断发展，未来将展现出更强大的性能和更广泛的应用。

随着技术的进步，传感器能够更准确地测量微小的温度变化和较弱的红外辐射。例如，烨映微电子的高精度产品在光 - 热 - 电物理转换效率、红外响应率和探测率等指标上已比国外同类产品高一个数量级；大连化物所开发的 SrTiO₃/CuNi 异质结热电堆更取得重大突破，通过优化材料结构，其在长波红外波段（8-14μm）的吸光率达到 98%，输出电压最高达 13mV，较传统商业产品提升一个数量级，可捕捉 0.05℃的温差，足以检测人体呼吸引起的体表温度波动，为非接触式健康监测（如睡眠呼吸监测）提供可能。同时，其响应速度提升至毫秒级，可实时捕捉手势动作，为智能设备的无接触交互奠定基础，这些进展将进一步满足医疗领域高精度体温监测、工业领域微小温度变化检测等更精密场景的需求。

通过工艺优化和集成技术的发展，传感器的尺寸不断缩小，便于集成到更多小型化设备中。同时，国产化生产和技术突破使得成本大幅降低，声动微科技的红外阵列传感芯片模组成本较进口产品降低 50% 以上，未来成本有望进一步下降，推动其在消费电子、智能家居等大众消费领域的普及。

MEMS 红外热电堆阵列传感器与人工智能、物联网等技术的结合，将实现更智能的监测和控制。其中，集成技术的革新体现在 “感算一体” 架构的成熟，东山大学团队将热电堆阵列与忆阻器结合，构建神经形态计算系统，通过硬件层面的信号预处理，使手写数字识别率从 84.26% 提升至 98.63%。这种设计跳过了传统 “传感器 - 处理器” 的数据传输环节，直接在芯片端完成温度数据的智能分析，大幅降低系统功耗与延迟，尤其适合物联网边缘设备。在 AI 增强的机器视觉技术中，如智能楼宇的人流量监测和手势识别，传感器提供的高精度温度数据结合 AI 算法，能提升检测的准确性和可靠性；在物联网领域，通过与其他传感器和设备的互联互通，可构建更智能的生态系统，实现家居、工业等场景的全面智能化。

目前，已有 33x33、160x120 等分辨率的红外图像采集和处理产品，未来将向更高分辨率发展，如 120x84 像素甚至更高，以提供更详细的温度分布信息。高分辨率的热成像能力将使其在热像分析、精准测温等场景中发挥更大作用，如工业设备的精细化故障检测、医疗诊断的更精准成像等。

通过将红外热电堆阵列与其他传感器进行融合，如可见光传感器，实现双光红外图像融合，能为红外传感提供更多层次的信息。青岛银河边缘科技有限公司联合海尔家用空调发布的 AI 人体热舒适控制技术，整合了红外热电堆阵列与毫米波雷达感知系统，实现了多目标动态追踪和精准的温度控制，这种多模态感知融合将成为趋势，提升传感器的综合性能和应用范围。

在柔性可穿戴领域，MEMS 红外热电堆阵列传感器也展现出潜力。中国科学院大连化学物理研究所开发的柔性可穿戴长波红外光热电探测器，可用于电子皮肤的非接触温度感知，在机器人交互感知、虚拟现实等领域具有应用前景。未来，柔性化、可穿戴化的传感器将为更多新兴应用场景提供支持。

MEMS 红外热电堆阵列传感器作为一种极具潜力的传感技术，历经多年的发展，在技术原理上不断创新，从最初的简单结构逐步演进到 CMOS-MEMS 单片集成阵列架构，实现了性能的质的飞跃。

在产业格局上，从国外垄断到国内企业逐步崛起，形成了多元竞争、协同发展的态势。国内企业凭借自主研发和技术突破，不仅打破了国外的技术壁垒，还在性能和成本上展现出优势，为全球市场提供了高性价比的选择。

其应用场景已渗透到医疗健康、工业、智能家居、汽车、安防等多个领域，为各行业的智能化发展提供了有力支撑。未来，随着技术的持续进步，MEMS 红外热电堆阵列传感器将在精度、尺寸、成本以及与其他技术的融合等方面取得更大突破，进一步拓展应用边界。

可以预见，MEMS 红外热电堆阵列传感器将在推动社会智能化进程中扮演更加重要的角色，为人们的生活和生产带来更多便利和革新，助力实现更智能、高效、安全的未来。