“十年磨一劍，我們不僅將紅外芯片造出來了，而且達(dá)到了世界先進(jìn)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(huì)上，其高性能制冷紅外焦平面探測(cè)器關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目榮獲省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；一周后，該公司百萬像素中中波雙色制冷紅外探測(cè)器項(xiàng)目成果，被省技術(shù)交易所組織的評(píng)價(jià)專家組一致認(rèn)為，“具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)國內(nèi)空白，整體水平達(dá)到國際先進(jìn)水平”。

十年回眸，高德紅外探測(cè)器中心研發(fā)團(tuán)隊(duì)一步一個(gè)腳印，矢志不移往前沖，終于實(shí)現(xiàn)了我國在制冷紅外探測(cè)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(gè)能獨(dú)立研制大面陣制冷雙色紅外探測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)器芯片，力推企業(yè)當(dāng)年?duì)I收躍升至10億級(jí)。

彼時(shí)，少數(shù)西方發(fā)達(dá)國家已掌握百萬像素雙色紅外探測(cè)器芯片技術(shù)，并對(duì)我國實(shí)施技術(shù)封鎖。我國在大面陣、雙色探測(cè)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(jìn)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(dá)130多萬，是單色芯片的16倍，每個(gè)像素都有一個(gè)焊點(diǎn)，一個(gè)指甲蓋大小的空間內(nèi)如此巨量的焊點(diǎn)、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(jī)，但問題是，國內(nèi)的倒裝焊接機(jī)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(jìn)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(yàn)、總結(jié)、修改方案，做了數(shù)百次試驗(yàn)，董事長黃立經(jīng)常到項(xiàng)目組，和大家一起開會(huì)、討論方案……

跨學(xué)科融合創(chuàng)新成攻堅(jiān)“法寶”

“建議從工藝設(shè)計(jì)上做文章，降低對(duì)現(xiàn)有設(shè)備精度的要求。”關(guān)鍵時(shí)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(jī)電系統(tǒng)）生產(chǎn)線，一直應(yīng)用于非制冷單色探測(cè)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(tuán)隊(duì)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)。”在微結(jié)構(gòu)微組裝上頗有建樹、擁有十多項(xiàng)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(tuán)隊(duì)當(dāng)即展開試驗(yàn)，結(jié)果證明這種結(jié)構(gòu)具有較好的限位、自校準(zhǔn)作用。

焊點(diǎn)互聯(lián)對(duì)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(gè)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(diǎn)圍起來，然后應(yīng)用光刻機(jī)、蝕刻機(jī)實(shí)施無損傷刻蝕，在芯片上挖一個(gè)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(zhǔn)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(tuán)隊(duì)將先進(jìn)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(gè)像素點(diǎn)連通率達(dá)99.99%以上的微組裝技術(shù)難題。

如今，高德紅外擁有國家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心，研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(xiàng)。

應(yīng)用“藍(lán)海”有望大拓展

“正是有了中國紅外芯，紅外熱成像技術(shù)才大范圍普及。”黃立認(rèn)為，目前高德紅外部分型號(hào)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(shí)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(cè)等民用領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)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(cè)器，是我國第一次研制成功的百萬級(jí)像素大面陣、雙色探測(cè)器，打破了發(fā)達(dá)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(píng)價(jià)專家組認(rèn)為，該成果關(guān)鍵指標(biāo)噪聲控制在兩個(gè)波段都小于20 mK，雙色探測(cè)器像素1280 × 1024，兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)均達(dá)國際領(lǐng)先水平。

多年來，強(qiáng)大的自主創(chuàng)新能力助推了高德紅外各型號(hào)產(chǎn)品訂單尤其是民品訂單的快速增長。業(yè)績快報(bào)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(gè)紅外行業(yè)應(yīng)用水平，促進(jìn)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(dòng)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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