“十年磨一劍，我們不僅將紅外芯片造出來了，而且達到了世界先進水平！”3月12日，全國政協(xié)委員、武漢高德紅外股份有限公司董事長黃立，掩飾不住內(nèi)心的興奮。

最近，全球領(lǐng)先的紅外熱像儀專業(yè)研制廠商——高德紅外可謂“雙喜臨門”：2月18日的全省科技創(chuàng)新大會上，其高性能制冷紅外焦平面探測器關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用項目榮獲省科技進步一等獎；一周后，該公司百萬像素中中波雙色制冷紅外探測器項目成果，被省技術(shù)交易所組織的評價專家組一致認為，“具有自主知識產(chǎn)權(quán)，填補國內(nèi)空白，整體水平達到國際先進水平”。

十年回眸，高德紅外探測器中心研發(fā)團隊一步一個腳印，矢志不移往前沖，終于實現(xiàn)了我國在制冷紅外探測器芯片領(lǐng)域的重大技術(shù)突破，使得中國躋身全球少數(shù)幾個能獨立研制大面陣制冷雙色紅外探測器及其應(yīng)用產(chǎn)品的國家行列。

向“卡脖子”技術(shù)持續(xù)沖擊

去年抗疫中，紅外熱像儀成為篩查新冠肺炎患者的利器。而其核心器件探測器芯片，過去長期被美國等國壟斷。

早從2008年起，高德紅外就持續(xù)投入巨資、技術(shù)精英研制紅外探測器芯片。曾就職于中科院上海技術(shù)物理研究所的高德紅外探測器中心副總經(jīng)理周文洪博士介紹，歷經(jīng)近十年攻關(guān)，該公司于2017年自主研發(fā)出了高性能制冷單色百萬像素紅外探測器芯片，力推企業(yè)當年營收躍升至10億級。

彼時，少數(shù)西方發(fā)達國家已掌握百萬像素雙色紅外探測器芯片技術(shù)，并對我國實施技術(shù)封鎖。我國在大面陣、雙色探測器領(lǐng)域與之差距明顯。

在周文洪看來，紅外芯片從單色到雙色“非常難”，首先是芯片所用的材料體系不一樣，雙色芯片需用到碲鎘汞、超晶格等特殊材料，僅材料改進攻關(guān)就花了3年。

其次，紅外芯片要通過“讀出電路”，將光轉(zhuǎn)化成電子，采集起來后放大，最后以視頻格式輸出。這就需要將讀出電路與紅外芯片“互聯(lián)”。

雙色芯片像素高達130多萬，是單色芯片的16倍，每個像素都有一個焊點，一個指甲蓋大小的空間內(nèi)如此巨量的焊點、精密的結(jié)構(gòu)，如何保證與讀出電路無縫互聯(lián)呢？

可用倒裝焊接機，但問題是，國內(nèi)的倒裝焊接機精度只有3微米左右，而雙色紅外芯片的設(shè)備精度要求在1微米以下，即一根頭發(fā)絲直徑的1/50，而要進口高精度的該設(shè)備，沒門！

沒辦法，技術(shù)人員只好不停地試驗、總結(jié)、修改方案，做了數(shù)百次試驗，董事長黃立經(jīng)常到項目組，和大家一起開會、討論方案……

跨學(xué)科融合創(chuàng)新成攻堅“法寶”

“建議從工藝設(shè)計上做文章，降低對現(xiàn)有設(shè)備精度的要求?！标P(guān)鍵時刻，黃立支招。

董事長的話，讓眾人眼前一亮。高德紅外有一條MEMS（微機電系統(tǒng)）生產(chǎn)線，一直應(yīng)用于非制冷單色探測器生產(chǎn)，能否借用過來呢？

MEMS研發(fā)經(jīng)理馬占鋒與制冷芯片研發(fā)室主任劉斌各帶著近30人的研發(fā)團隊開起了“諸葛亮?xí)薄?/p>

“要提高設(shè)備精度，可嘗試在MEMS上加一些微結(jié)構(gòu)?！痹谖⒔Y(jié)構(gòu)微組裝上頗有建樹、擁有十多項專利的制冷芯片研發(fā)室工程師金迎春建議。聯(lián)合攻關(guān)團隊當即展開試驗，結(jié)果證明這種結(jié)構(gòu)具有較好的限位、自校準作用。

焊點互聯(lián)對接中，還要防止紅外芯片側(cè)滑損傷。為此，MEMS研發(fā)經(jīng)理馬占鋒帶領(lǐng)研發(fā)人員想出了一個法子：在芯片外圍筑一道方體“圍墻”，通過交叉融合MEMS技術(shù)，把需焊接的小凸點圍起來，然后應(yīng)用光刻機、蝕刻機實施無損傷刻蝕，在芯片上挖一個長方體洞，再通過限位、自校難，成功將設(shè)備精度從3微米提升至1微米以下，使芯片與讀出電路精準互聯(lián)。

“跨學(xué)科交叉融合創(chuàng)新發(fā)揮了重要作用”，劉斌說，研發(fā)團隊將先進的非制冷芯片MEMS技術(shù)和設(shè)備應(yīng)用到制冷芯片研發(fā)，一舉攻克了讓130多萬個像素點連通率達99.99%以上的微組裝技術(shù)難題。

如今，高德紅外擁有國家級企業(yè)技術(shù)中心，研發(fā)團隊超過1200人，博士、碩士占比超六成，年研發(fā)投入占到企業(yè)支出的10%以上，累獲國家專利300多項。

應(yīng)用“藍?！庇型笸卣?/p>

“正是有了中國紅外芯，紅外熱成像技術(shù)才大范圍普及?！秉S立認為，目前高德紅外部分型號的紅外芯片成本已降到幾百元，隨著紅外核心芯片小型化、低成本、高可靠性、大批量生產(chǎn)的實現(xiàn)，紅外技術(shù)在電力、工業(yè)、安保、智能駕駛、智慧家居、醫(yī)療檢測等民用領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴大。

他表示，高德紅外剛剛通過鑒定的百萬像素中中波雙色制冷紅外探測器，是我國第一次研制成功的百萬級像素大面陣、雙色探測器，打破了發(fā)達國家的技術(shù)壟斷。

2021年2月25日，省技術(shù)交易所組織的評價專家組認為，該成果關(guān)鍵指標噪聲控制在兩個波段都小于20 mK，雙色探測器像素1280 × 1024，兩項關(guān)鍵指標均達國際領(lǐng)先水平。

多年來，強大的自主創(chuàng)新能力助推了高德紅外各型號產(chǎn)品訂單尤其是民品訂單的快速增長。業(yè)績快報顯示，2020年，高德紅外營收超過32.7億元，同比近乎翻番，利潤增長4倍多。

業(yè)內(nèi)人士表示，高德紅外雙色芯片最新成果的問世，將提升整個紅外行業(yè)應(yīng)用水平，促進紅外上游材料及下游應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的協(xié)同健康發(fā)展，推動紅外熱成像技術(shù)在智能制造、航空航天、資源勘探等諸多領(lǐng)域大顯身手。

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