紅外探測(cè)器以全天時(shí)觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)在全球軍事監(jiān)視、導(dǎo)彈預(yù)警、氣象觀測(cè)、空間紅外望遠(yuǎn)鏡等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著空間遙感相機(jī)性能的不斷提升，采用更大規(guī)模、更多譜段的紅外焦平面陣列是未來(lái)航天用紅外探測(cè)器的發(fā)展趨勢(shì)，以滿足相機(jī)大視場(chǎng)、高分辨率及多光譜探測(cè)的能力。

 

目前，單探測(cè)器模塊的研制受到探測(cè)器材料、硅讀出電路加工工藝的限制，探測(cè)器規(guī)模、分辨率、譜段數(shù)量等指標(biāo)無(wú)法滿足使用要求。因此，通過(guò)機(jī)械拼接或光學(xué)拼接的方式制備大規(guī)模、多譜段紅外焦平面陣列是必須的工程途經(jīng)。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，北京空間機(jī)電研究所呂瑋東等人在《紅外技術(shù)》期刊上發(fā)表了以“空間用紅外探測(cè)器拼接技術(shù)研究”為主題的綜述文章。呂瑋東主要從事低溫光學(xué)技術(shù)方面的研究工作。

 

這項(xiàng)研究闡述了空間用紅外探測(cè)器機(jī)械拼接技術(shù)相對(duì)于光學(xué)拼接技術(shù)途徑的優(yōu)點(diǎn)，列舉了國(guó)內(nèi)外機(jī)械拼接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，分析了機(jī)械拼接技術(shù)的多種工程方式，總結(jié)了關(guān)鍵技術(shù)。希望對(duì)后續(xù)空間用紅外探測(cè)器拼接技術(shù)發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。

 

機(jī)械拼接又稱焦面級(jí)拼接，是指在像面上將多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單模塊焦面通過(guò)技術(shù)手段拼接形成超長(zhǎng)線列或超大面陣焦平面，并封裝在一個(gè)真空封裝中，形成一個(gè)完整的焦平面組件。光學(xué)拼接又稱視場(chǎng)拼接，是指通過(guò)光學(xué)的方法將相機(jī)鏡頭全視場(chǎng)分割到不同空間位置，用多套焦平面組件接收，再將收到的圖像進(jìn)行拼接就可以得到大視場(chǎng)的圖像。機(jī)械拼接相比光學(xué)拼接優(yōu)勢(shì)明顯，主要表面在：1）系統(tǒng)上更為簡(jiǎn)單，2）對(duì)主光學(xué)系統(tǒng)無(wú)特殊要求，3）噪聲等效溫差更低，4）響應(yīng)一致性更高，5）像面拼接精度高，6）調(diào)焦機(jī)構(gòu)少。因此機(jī)械拼接是制備大面陣、長(zhǎng)線列紅外探測(cè)器的有效技術(shù)途徑。但是機(jī)械拼接方法沒(méi)法克服探測(cè)器的拼縫，在對(duì)視場(chǎng)內(nèi)拼縫敏感的領(lǐng)域，如天基預(yù)警等，采用機(jī)械拼接和光學(xué)拼接相融合的方式必要的。

紅外探測(cè)器組件機(jī)械拼接原理圖

紅外探測(cè)器組件光學(xué)拼接原理圖

 

隨后該研究對(duì)單譜段大規(guī)模探測(cè)器和多譜段大規(guī)模紅外探測(cè)器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀做了詳細(xì)介紹。國(guó)外主要介紹了美國(guó)Raytheon、Rockwell、Teledyne Imaging Sensor、英國(guó)Selex、以色列SCD和法國(guó)Sofradir等機(jī)構(gòu)的研究情況。國(guó)內(nèi)則是重點(diǎn)介紹了中國(guó)電科十一所與中科院上海技物所的研究現(xiàn)狀。

國(guó)外研究機(jī)構(gòu)情況
 

根據(jù)探測(cè)器模塊封裝形式和程度可以將拼接方式分為模塊化拼接和共基板拼接。其主要的區(qū)別在于模塊化拼接的探測(cè)器模塊熱、電接口通常是獨(dú)立的，而共基板拼接探測(cè)器模塊的熱、電接口一般在基板上。獨(dú)立封裝模塊拼接和共基板拼接兩種方式各有優(yōu)劣。采用模塊化封裝模塊進(jìn)行拼接可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模探測(cè)器陣列，并且探測(cè)器陣列各單模塊可獨(dú)立替換。但是其缺點(diǎn)是封裝模塊的設(shè)計(jì)、工藝相對(duì)復(fù)雜。且單模塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積增大、柔帶數(shù)量增加等會(huì)導(dǎo)致組件重量、功耗上升、可靠性降低。共基板拼接的方法拼接精度較高，且探測(cè)器陣列封裝尺寸小。但是這種方法拼接的探測(cè)器陣列，每個(gè)探測(cè)器芯片或者單模塊的可互換性差，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模探測(cè)器拼接。

 

探測(cè)器拼接過(guò)程可概括為探測(cè)器模塊設(shè)計(jì)、拼接方式確定、探測(cè)器拼接實(shí)現(xiàn)3個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)于探測(cè)器模塊，讀出電路設(shè)計(jì)是影響拼接質(zhì)量的主要方面。探測(cè)器拼接實(shí)現(xiàn)是指在探測(cè)器拼接生產(chǎn)環(huán)節(jié)，保證拼接質(zhì)量的方法和技術(shù)。和單模塊探測(cè)器相比，拼接探測(cè)器除了要關(guān)注每個(gè)探測(cè)器芯片的性能外，更需要關(guān)注拼接組件的性能指標(biāo)，比如拼接精度、拼接后面形、系統(tǒng)功耗等。

 

國(guó)外在大面陣及長(zhǎng)線列拼接方面，并掌握了相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，產(chǎn)品也已用到相關(guān)遙感器及天文望遠(yuǎn)鏡上。我國(guó)拼接方面起步較晚，在關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)上需要加大攻關(guān)力度。