高性能非制冷红外焦平面探测器研制

3）设计方法： 标准设计流程 规范设计文档
专业化分工
4）640×512（17um）探测器设计 （1）电路架构及原理设计
VSK Rdm Rd
CINT
原则：
`
Veb M1m M1
φrst φcol
`
Vref M2m
op Vfid M2
B
Vref
-OTA Vo_int
+
outbuf
+
Vo
架构及模块简洁 指标分配合理
盲元数（个）
108
86
65
110
172
坏斑（个）
坏行（条） 坏列（条） 响应率 （mV/K）
F1.0， 40℃/55℃ 各连续采 样100帧
0
0
0
0
0
0 0 14.3
0 0 13.7
0 0 13.7
0 0 15.4
0 0 13.1
用户试用
3、货架产品及订单生产
7 6 5 4 3 2 1 0 39 41 43 45 47 49
MEMS工艺设备及工房照片 MEMS Process Equipment and FAB Photos
640×512（17μm）MEMS照片 SEM picture of 640×512（17μm）pixels
NETD直方图（5pF, 25us） NETD Histogram（5pF, 25us）
完全拥有自主知识产权！
三、产品研制的思考及建议
1.产品研制全周期管理
加工 设计 市场
定义 生产
测试 产品
定型 试制
2.技术的继承与创新 3.综合指标决定产品性能
4.产品应以用户为中心
展望
FLIR MUON （17μ VOx FPA & WLP+3D封装）
FLIR BOSON （12μ VOx FPA & WLP+ Myriad 2 ）
1、探测器基本指标
基本参数：探测器材料、阵列规模、中心距 光电性能：NETD、响应率、响应时间、盲元率、响 应非均匀性、响应波段、帧频、功耗 产品接口：电学、机械、光学 环境适应性：存储温度、工作温度、振动、冲击 可靠性：存储寿命
2、探测器拓展指标
光电性能：盲元分布、空间噪声、有效动态范围、
输出非线性度、串音 产品接口：标准接口 环境适应性：电磁兼容性、抗静电、抗辐射 可靠性：工作寿命
响应率直方图（5pF, 25us） Responsivity Histogram（5pF, 25us）
热响应时间 Time Response
非制冷型640×512 (17μm) 氧化钒红外探测器参数测试统计表 Parameter Test Table of 640×512 (17μm) Uncooled FPA 指标 NETD（mK） 测试标准 及方法 标准 剔除无效像元后平均NETD 响应率＜＞20%均值；电压超均 值±0.5V；NETD>2倍均值。 中心80*60区域，3个连续无效像 元，0个；其他区域21连续无效 像元1个；≥14且≤20连续无效像 元2个，合格。 ≥25%该行像元为无效像元， 80*60区域外1个无效行，合格。 ≥25%该列像元为无效像元， 80*60区域外1个无效列，合格。 剔除无效像元后平均响应率 145# 43 134# 44 161# 44 163# 41 263# 45
φrow
Rsm Rs
冗余度大
工艺适应性强
Vgnd
设计要点： 指标折中 速度、功耗、增益、精度、噪声、面积等
信号流
输入信号到输出信号的通路清晰
（2）电路版图工程设计
着重点：
积分器和buffer
均匀性 成品率
VOx阵列
可靠性 抗干扰
OCC
设计要点： 共心技术 中心/轴对称布局布线，减小线性梯度影响。 匹配 差分对管、叉指结构（电阻、MOS），田格 电容、同型信号线。 寄生效应 寄生电容、电阻的准确评估，尽量降低或有 效利用。 噪声、干扰 隔离、屏蔽、退耦。
3、探测器卓越指标
通用性
成品率 批次一致性 周期供货能力 工艺、原材料可控
640×512（17um）探测器
基 本 算 法 的 原 始 图 像
1、工程设计
1）设计原则：
满足基本指标
兼顾拓展指标 考虑卓越指标
2）设计思路： 合理分解总体指标 继承成熟技术（设计、工艺） 主流创新，适度采用
非制冷640×512 (17μ m) 红外探测器生产批的NETD的直方图 NETD Histogram of Production Batch 640 ×512 (17μ m) Uncooled FPA
成品率：MEMS（50%），封装（85%）。 周期供货能力：1000只/月以上。 产品可控：自主设计、加工、测试。
高性能非制冷红外焦平面探测器研制
一、非制冷红外焦平面性能指标
考核项目 阵列规模 像元中心距 工作波段 噪声等效温差（NETD） @ f/1.0，300K 响应时间 帧频 有效像元率（≤2NETD） 响应非均匀性 恒温方式 封装形式 工作温度 重量 技术指标 640×512 17μm×17μm 8μm～13μm ≤45mK ≤10ms 50/60Hz ≥99% ≤3% 半导体恒温器 金属封装 -40℃～65℃ ≤25g
ROIC设计是艺术和科学的结合！ 艺术家：发散的创新能力 科学家：严谨的态度和方法
简单！简单！！再简单！！！
（3）MEMS结构及工艺设计
原则：工艺窗口要宽、工艺步骤简单
该款17μm像元探测器的MEMS采用传统的单
层结构，具有良好的冲击和振动特性；在工艺上， 优化、平衡各膜系厚度。实现了高响应率以及较低 NETD；产品具有较高的成品率和批次一致性。 MEMS----设计和工艺的联姻！
（3）可测试性设计 目标：问题地位准确、参数判断合理、性能不能降低
整个读出电路设计了正常工作模式、电路测试模
式、半成品测试及筛选模式等。 ROIC边缘做有PCM区，可作为MEMS设计、工艺 的验证测试单元。
源自文库
2、研制及小批量试制
640×512 (17μ m) 非制冷探测器 640×512 (17μ m) Uncooled IRFPA Detector
FLIR Lepton X-lite COC (Camera On Chip)of Senso Optics （17μ VOx FPA & WLP+ASIC） UFPA+ASIC
MEMS 及光学
读出电路
图像处理IC 片上系统IC