1非制冷打敗了制冷 并分成三大技術(shù)模塊
非制冷紅外焦平面的陶瓷管殼封裝
紅外焦平面探測器是熱成像系統(tǒng)的核心部件，是探測、識別和分析物體紅外信息的關(guān)鍵，探測器的性能直接決定了熱成像系統(tǒng)的最終性能。
紅外焦平面探測器可分為制冷型和非制冷型兩大類。
制冷型紅外焦平面探測器的優(yōu)勢在于靈敏度高，能夠分辨更細(xì)微的溫度差別，探測距離遠(yuǎn)，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高昂，主要應(yīng)用于高端軍事裝備；
非制冷紅外焦平面探測器無需制冷裝置，能夠在室溫狀態(tài)下工作，具有啟動(dòng)快、功耗低、體積小、重量輕、壽命長、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。
非制冷紅外焦平面探測器雖然在靈敏度上與制冷器件有一定差距，但經(jīng)過近十余年的發(fā)展，其在性價(jià)比上已經(jīng)明顯優(yōu)于制冷型探測器，具有更加廣闊的應(yīng)用前景。
其中，微測輻射熱計(jì)的技術(shù)路線戰(zhàn)勝了熱電堆/熱電偶、鐵電等其他類型，使其成為非制冷紅外焦平面探測器的主流技術(shù)方向，并幾乎占據(jù)了該領(lǐng)域的全部市場份額。
非制冷紅外焦平面探測器從技術(shù)上可分為微測輻射熱計(jì)、讀出電路、真空封裝等三大模塊，這三大模塊既有一定的獨(dú)立性又相互影響，共同推動(dòng)非制冷探測器的技術(shù)發(fā)展。
目前國內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)廠商都是圍繞著這三大技術(shù)模塊進(jìn)行技術(shù)開發(fā)，在各個(gè)模塊上各有側(cè)重，形成了具有不同技術(shù)特點(diǎn)的非制冷探測器產(chǎn)品。
微測輻射熱計(jì)
微測輻射熱計(jì)像元結(jié)構(gòu)示意圖
上圖為單個(gè)微測輻射熱計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖，在硅襯底上通過MEMS技術(shù)生長出與橋面結(jié)構(gòu)非常相似的像元，故而也稱之為微橋。橋面通常由多層材料組成，包括用于吸收紅外輻射能量的吸收層，和將溫度變化轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）變化的熱敏層。橋臂和橋墩起到支撐橋面，并實(shí)現(xiàn)電連接的作用。
熱敏層材料的選取對于微測輻射熱計(jì)的靈敏度（NETD）有非常大的影響，目前最為常用的熱敏材料包括氧化釩（VOx）和多晶硅（a-Si）兩類，相應(yīng)的非制冷紅外焦平面探測器也據(jù)此分成了兩大技術(shù)陣營。
20世紀(jì)80年代末，美國的Honeywell公司在軍方資助下率先研制出非制冷氧化釩微測輻射熱計(jì)。多晶硅技術(shù)起步大約晚了十年，法國原子能委員會(huì)與信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室/紅外實(shí)驗(yàn)室（CEA2LETI/LIR）從20世紀(jì)90年代初開始研究多晶硅薄膜，大約用了十年時(shí)間推出了多晶硅探測器產(chǎn)品。
氧化釩由于其更加突出的綜合性能而成為非制冷紅外焦平面探測器的主流技術(shù)路線，截至目前在全球市場上占據(jù)了超過80%的份額，多晶硅材料探測器所占市場份額還不到20%。
讀出電路
非制冷紅外焦平面探測器的讀出電路將每個(gè)微測輻射熱計(jì)的微小電阻變化以電信號的方式輸出。由于微測輻射熱計(jì)對于其襯底溫度的變化非常敏感，所以一開始必須使用熱電溫控器（TEC）來保持非制冷探測器的焦平面溫度穩(wěn)定。
近年來隨著讀出電路設(shè)計(jì)水平的提高，一些抑制像元輸出信號隨溫度漂移的補(bǔ)償電路也逐漸加入讀出電路設(shè)計(jì)中，從而可以實(shí)現(xiàn)無TEC應(yīng)用，使得非制冷紅外焦平面探測器在功耗、體積、成本等方面更具備優(yōu)勢。
真空封裝技術(shù)
微測輻射熱計(jì)接收目標(biāo)紅外輻射后的溫度變化很微弱，為了使其上面的熱量能夠維持住，避免與空氣分子進(jìn)行熱交換，需要將其置于真空環(huán)境下工作。
對非制冷紅外焦平面探測器真空封裝的要求是：優(yōu)異且可靠的密閉性、具有高透過率的紅外窗口、高成品率、低成本。
目前的封裝技術(shù)可分為金屬管殼、陶瓷管殼、晶圓級、像元級等，業(yè)內(nèi)也常按照封裝形式來對探測器產(chǎn)品進(jìn)行分類。
金屬管殼封裝
這是最早開始采用的封裝技術(shù)，技術(shù)已非常成熟。但由于采用了金屬管殼、TEC和吸氣劑等成本較高的部件，導(dǎo)致其成本一直居高不下，使其在低成本器件上的應(yīng)用受到限制。
這是最早開始采用的封裝技術(shù)，技術(shù)已非常成熟。但由于采用了金屬管殼、TEC和吸氣劑等成本較高的部件，導(dǎo)致其成本一直居高不下，使其在低成本器件上的應(yīng)用受到限制。
非制冷紅外焦平面的金屬管殼封裝
陶瓷管殼封裝
這種封裝形式得益于無TEC技術(shù)的發(fā)展，可顯著減小封裝后探測器的體積和重量，且從原材料成本和制造成本上都比傳統(tǒng)的金屬管殼封裝大為降低，適合大批量生產(chǎn)。
非制冷紅外焦平面的陶瓷管殼封裝
晶圓級封裝
晶圓級封裝是剛剛進(jìn)入實(shí)用階段的封裝技術(shù)。該技術(shù)需要制造與探測器晶圓相對應(yīng)的另一片硅窗晶圓，將紅外探測器芯片與硅窗精確對準(zhǔn)，在真空腔體內(nèi)將兩片晶圓焊接在一起，最后再裂片成為一個(gè)個(gè)晶圓級紅外探測器。晶圓級封裝技術(shù)的集成度更高，工藝步驟更簡單，更適合大批量和低成本生產(chǎn)。
非制冷紅外焦平面的晶圓級封裝
像元級封裝技術(shù)
目前還處于研究階段，離產(chǎn)品化還有相當(dāng)距離。該技術(shù)相當(dāng)于在目前的MEMS工藝過程中增加了一個(gè)封裝步驟，在真空腔體內(nèi)為每個(gè)像元微橋結(jié)構(gòu)制造一個(gè)倒扣的微蓋，將各個(gè)像元獨(dú)立密封起來。像元級封裝技術(shù)把封裝整合進(jìn)MEMS工藝過程中，簡化了非制冷紅外焦平面探測器的制造過程，使封裝成本幾乎降低到極致。
2國內(nèi)正追趕國外 技術(shù)市場雙提速
進(jìn)入21世紀(jì)以來，非制冷紅外焦平面探測器的技術(shù)發(fā)展明顯提速，在短短十幾年間取得了產(chǎn)品化的長足進(jìn)步。
但由于技術(shù)本身所具有的復(fù)雜性與難度，目前在非制冷紅外焦平面探測器產(chǎn)品上居于領(lǐng)先地位的廠商仍然主要集中在西方幾個(gè)技術(shù)強(qiáng)國，包括美國的FLIR、DRS、Raytheon、L-3，法國的ULIS，英國的BAE，以色列的SCD、日本的NEC等。
近幾年來，中國在非制冷紅外焦平面探測器技術(shù)上進(jìn)步神速，在世界上爭得了一席之地，代表廠商有北方廣微、煙臺艾睿、杭州大立、武漢高德等。
國內(nèi)外主要廠商的技術(shù)對比情況如表所示。從表中可以看出，目前國內(nèi)外產(chǎn)品的幾項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)中，熱敏材料、陣列規(guī)模、熱響應(yīng)時(shí)間、NETD等基本居于同一水平，在像元尺寸方面國外廠商具有一定領(lǐng)先優(yōu)勢。
但在表中未列出的封裝技術(shù)方面，國內(nèi)明顯落后于國外。目前國內(nèi)產(chǎn)品仍然以金屬封裝為主，陶瓷封裝剛開始起步，而國外廠商已逐漸淘汰金屬封裝，完全進(jìn)入了陶瓷封裝時(shí)代，甚至FLIR的晶圓級封裝產(chǎn)品已經(jīng)在批量供貨。
主要廠商技術(shù)對比
目前FLIR無論是在技術(shù)水平還是在出貨量上，都穩(wěn)居全球首位，成為當(dāng)之無愧的行業(yè)老大。ULIS是多晶硅路線的領(lǐng)軍者，其出貨量排在全球第二。FLIR和ULIS在中國市場上也是出貨量最多的，但由于歷史和政治原因，ULIS在中國市場的占有率要高于FLIR。其他幾家廠商，如DRS、BAE、SCD等，雖然也具有較高技術(shù)水平和產(chǎn)能，但是其產(chǎn)品主要在國外銷售，國內(nèi)很少見到。
近年來，隨著中國軍方核心器件國產(chǎn)化要求的普及，國內(nèi)廠商獲得了寶貴的發(fā)展契機(jī)，以北方廣微為代表的國產(chǎn)非制冷紅外焦平面探測器逐漸進(jìn)入軍方定型裝備，取得批量訂單。
由于起步較早，北方廣微的技術(shù)水平在國內(nèi)是最為成熟穩(wěn)定的，出貨量在國內(nèi)廠商中也遙遙領(lǐng)先。
近兩年煙臺艾睿的技術(shù)水平發(fā)展神速，在新產(chǎn)品開發(fā)上跑在了國內(nèi)前列，據(jù)報(bào)道于2016年推出了1024×768/14 μm的探測器。
杭州大立作為國內(nèi)僅有的多晶硅探測器廠商，其制造的探測器主要用于本公司的民品整機(jī)產(chǎn)品，也已經(jīng)具有一定規(guī)模的產(chǎn)量。
國內(nèi)非制冷紅外焦平面探測器技術(shù)比國外起步晚了近二十年，雖然經(jīng)過近年來的努力追趕，已經(jīng)將技術(shù)差距縮短到幾年內(nèi)，但是從技術(shù)的先進(jìn)性和成本控制上仍然居于劣勢。
國內(nèi)市場上，國產(chǎn)器件得益于政策支持和軍方需求的激增，在軍品市場上有非常好的機(jī)會(huì)。國內(nèi)廠家必須借助軍品訂貨量的大幅增長來實(shí)現(xiàn)探測器制造成本的下降，從而為國產(chǎn)器件在民品市場和海外市場上創(chuàng)造更大的競爭力。
3發(fā)展趨勢已明 并以市場需求為導(dǎo)向
綜觀主要非制冷探測器生產(chǎn)廠商的技術(shù)發(fā)展情況，也呈現(xiàn)出一種以市場需求為導(dǎo)向的特點(diǎn)。預(yù)測未來幾年非制冷紅外焦平面探測器的技術(shù)發(fā)展和市場需求將呈現(xiàn)出以下趨勢：
像元尺寸不斷減??；
面陣規(guī)模不斷增大；
金屬管殼封裝探測器因其高昂的封裝成本會(huì)逐漸退出市場，陶瓷管殼封裝探測器進(jìn)入全面推廣時(shí)期，晶圓級封裝的探測器以其更低的成本優(yōu)勢在民用市場開始快速增長；
集成了數(shù)字積分、非均勻性校正和其它數(shù)字圖像處理功能的片上處理技術(shù)成為非制冷紅外焦平面探測器讀出電路的重要發(fā)展方向，在探測器讀出電路中集成處理器和存儲(chǔ)器將逐漸成為現(xiàn)實(shí)；
響應(yīng)波段向中波以及太赫茲波段的擴(kuò)展。
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