高性能非制冷红外焦平面探测器研制
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可靠性：存储寿命
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
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、
微 输出非线性度、串音 广 产品接口：标准接口 方 环境适应性：电磁兼容性、抗静电、抗辐射 北 可靠性：工作寿命
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
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
NETD（mK）
盲元数（个）
标准
145# 134#
微 剔除无效像元后平均NETD
43 44
响应率＜＞20%均值；电压超均
广 值±0.5V；NETD>2倍均值。
108
86
161# 44 65
坏斑（个） 坏行（条） 坏列（条）
F1.0， 40℃/55℃ 各连续采 样100帧
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
方 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。
北
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
（2）电路版图工程设计
积分器和buffer
微着重点： 均匀性
广 成品率
方 VOx阵列 北
可靠性 抗干扰
OCC
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
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。
微 匹配 广 差分对管、叉指结构（电阻、MOS），田格 方 电容、同型信号线。
方广微
北 工艺、原材料可控
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
二、北方广微640×512（17um）探测器研制
广微
基 本 算 法 的
北方
原 始 图 像
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
1、工程设计
1）设计原则： 满足基本指标 兼顾拓展指标
广微
方 考虑卓越指标
北
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
640×512 (17μ m) 非制冷探测器 640×512 (17μ m) Uncooled IRFPA Detector
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
北方广微
MEMS工艺设备及工房照片 MEMS Process Equipment and FAB Photos
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
2）设计思路：
微
广 合理分解总体指标
继承成熟技术（设计、工艺）
北方 主流创新，适度采用
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
3）设计方法：
微
标准设计流程
广 规范设计文档 方 专业化分工
北
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
4）640×512（17um）探测器设计
（1）电路架构及原理设计
VSK
Rdm
中国兵器 红外科技
（3）可测试性设计
微 目标：问题地位准确、参数判断合理、性能不能降低 广 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。
方 ROIC边缘做有PCM区，可作为MEMS设计、工艺 北 的验证测试单元。
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
2、研制及小批量试制
北方广微
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
北方广微 热响应时间 Time Response
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
非制冷型640×512 (17μm) 氧化钒红外探测器参数测试统计表
Hale Waihona Puke Baidu
Parameter Test Table of 640×512 (17μm) Uncooled FPA
指标
测试标准 及方法
中国兵器 红外科技
微 高性能非制冷红外焦平面探测器研制 广 李 煜 方
北北方广微科技有限公司 2016.05.20 引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
目录
微 一、非制冷红外焦平面性能指标
二、北方广微640×512（17um）探测器研制 1、工程设计
广 2、研制及小批量试制
3、货架产品 及订单生产
北方广微
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
原则：工艺窗口要宽、工艺步骤简单
微 该款17μm像元探测器的MEMS采用传统的单 广 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
北方 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！ 引领科技 创造未来
Rd
Veb
M1m
M1
op Vref
M2m
B
Vfid
M2
φrow
Rsm
Rs
CINT
微原则：
φrst
广 架构及模块简洁 `
Vref
方`
φcol
-OTA Vo_int
+
o- utbuf
+
Vo
指标分配合理
北
冗余度大 工艺适应性强
Vgnd
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
设计要点： 指标折中
微 速度、功耗、增益、精度、噪声、面积等 广 信号流 方 输入信号到输出信号的通路清晰
方 三、产品研制的思考及建议 北 四、展望
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
一、非制冷红外焦平面性能指标
考核项目
技术指标
阵列规模 像元中心距 工作波段
微640×512
17μm×17μm 8μm～13μm
噪声等效温差（NETD） @ f/1.0，300K
广≤45mK
响应时间 帧频
有效像元率（≤2NETD）
北方广微
640×512（17μm）MEMS照片 SEM picture of 640×512（17μm）pixels
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
微
广
北方
NETD直方图（5pF, 25us） NETD Histogram（5pF, 25us）
响应率直方图（5pF, 25us） Responsivity Histogram（5pF, 25us）
方 响应非均匀性 北 恒温方式
≤10ms 50/60Hz ≥99%
≤3% 半导体恒温器
封装形式
金属封装
工作温度
-40℃～65℃
重量
≤25g
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
1、探测器基本指标
基本参数：探测器材料、阵列规模、中心距
微 光电性能：NETD、响应率、响应时间、盲元率、响 广 应非均匀性、响应波段、帧频、功耗 方 产品接口：电学、机械、光学 北 环境适应性：存储温度、工作温度、振动、冲击
寄生效应
北 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。
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
ROIC设计是艺术和科学的结合！
微 艺术家：发散的创新能力 广 科学家：严谨的态度和方法
方简单！简单！！再简单！！！ 北
引领科技 创造未来
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（3）MEMS结构及工艺设计
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
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、
微 输出非线性度、串音 广 产品接口：标准接口 方 环境适应性：电磁兼容性、抗静电、抗辐射 北 可靠性：工作寿命
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
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
NETD（mK）
盲元数（个）
标准
145# 134#
微 剔除无效像元后平均NETD
43 44
响应率＜＞20%均值；电压超均
广 值±0.5V；NETD>2倍均值。
108
86
161# 44 65
坏斑（个） 坏行（条） 坏列（条）
F1.0， 40℃/55℃ 各连续采 样100帧
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
方 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。
北
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
（2）电路版图工程设计
积分器和buffer
微着重点： 均匀性
广 成品率
方 VOx阵列 北
可靠性 抗干扰
OCC
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
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。
微 匹配 广 差分对管、叉指结构（电阻、MOS），田格 方 电容、同型信号线。
方广微
北 工艺、原材料可控
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
二、北方广微640×512（17um）探测器研制
广微
基 本 算 法 的
北方
原 始 图 像
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
1、工程设计
1）设计原则： 满足基本指标 兼顾拓展指标
广微
方 考虑卓越指标
北
引领科技 创造未来
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640×512 (17μ m) 非制冷探测器 640×512 (17μ m) Uncooled IRFPA Detector
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
北方广微
MEMS工艺设备及工房照片 MEMS Process Equipment and FAB Photos
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
2）设计思路：
微
广 合理分解总体指标
继承成熟技术（设计、工艺）
北方 主流创新，适度采用
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
3）设计方法：
微
标准设计流程
广 规范设计文档 方 专业化分工
北
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
4）640×512（17um）探测器设计
（1）电路架构及原理设计
VSK
Rdm
中国兵器 红外科技
（3）可测试性设计
微 目标：问题地位准确、参数判断合理、性能不能降低 广 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。
方 ROIC边缘做有PCM区，可作为MEMS设计、工艺 北 的验证测试单元。
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
2、研制及小批量试制
北方广微
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
北方广微 热响应时间 Time Response
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
非制冷型640×512 (17μm) 氧化钒红外探测器参数测试统计表
Hale Waihona Puke Baidu
Parameter Test Table of 640×512 (17μm) Uncooled FPA
指标
测试标准 及方法
中国兵器 红外科技
微 高性能非制冷红外焦平面探测器研制 广 李 煜 方
北北方广微科技有限公司 2016.05.20 引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
目录
微 一、非制冷红外焦平面性能指标
二、北方广微640×512（17um）探测器研制 1、工程设计
广 2、研制及小批量试制
3、货架产品 及订单生产
北方广微
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
原则：工艺窗口要宽、工艺步骤简单
微 该款17μm像元探测器的MEMS采用传统的单 广 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
北方 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！ 引领科技 创造未来
Rd
Veb
M1m
M1
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B
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微原则：
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广 架构及模块简洁 `
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+
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+
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指标分配合理
北
冗余度大 工艺适应性强
Vgnd
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
设计要点： 指标折中
微 速度、功耗、增益、精度、噪声、面积等 广 信号流 方 输入信号到输出信号的通路清晰
方 三、产品研制的思考及建议 北 四、展望
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
一、非制冷红外焦平面性能指标
考核项目
技术指标
阵列规模 像元中心距 工作波段
微640×512
17μm×17μm 8μm～13μm
噪声等效温差（NETD） @ f/1.0，300K
广≤45mK
响应时间 帧频
有效像元率（≤2NETD）
北方广微
640×512（17μm）MEMS照片 SEM picture of 640×512（17μm）pixels
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
微
广
北方
NETD直方图（5pF, 25us） NETD Histogram（5pF, 25us）
响应率直方图（5pF, 25us） Responsivity Histogram（5pF, 25us）
方 响应非均匀性 北 恒温方式
≤10ms 50/60Hz ≥99%
≤3% 半导体恒温器
封装形式
金属封装
工作温度
-40℃～65℃
重量
≤25g
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
1、探测器基本指标
基本参数：探测器材料、阵列规模、中心距
微 光电性能：NETD、响应率、响应时间、盲元率、响 广 应非均匀性、响应波段、帧频、功耗 方 产品接口：电学、机械、光学 北 环境适应性：存储温度、工作温度、振动、冲击
寄生效应
北 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。
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
ROIC设计是艺术和科学的结合！
微 艺术家：发散的创新能力 广 科学家：严谨的态度和方法
方简单！简单！！再简单！！！ 北
引领科技 创造未来
中国兵器 红外科技
（3）MEMS结构及工艺设计