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十年磨剑“芯”突破——高德红外累获国家专利三百多项

发布时间:2021年03月17日07:07 来源: 湖北日报

湖北日报全媒记者 李剑军 实习生 吕梦媛 通讯员 余小小

编者按

全省科技创新大会提出,抓创新就是抓发展,谋创新就是谋未来。近年来,我省不少企业纷纷建立企业技术中心、研发中心、工程实验室等,使之成为企业创新的“强磁场”、市场竞争的“撒手锏”和企业效益的“聚宝盆”。

近日,湖北日报全媒记者走进高德红外、格林美、良品铺子等多家企业,探寻企业实验室以市场为导向全力研发、助推企业高质量发展的生动故事。敬请关注。

“十年磨一剑,我们不仅将红外芯片造出来了,而且达到了世界先进水平!”3月12日,全国政协委员、武汉高德红外股份有限公司董事长黄立,掩饰不住内心的兴奋。

最近,全球领先的红外热像仪专业研制厂商——高德红外可谓“双喜临门”:2月18日的全省科技创新大会上,其高性能制冷红外焦平面探测器关键技术及应用项目荣获省科技进步一等奖;一周后,该公司百万像素中中波双色制冷红外探测器项目成果,被省技术交易所组织的评价专家组一致认为,“具有自主知识产权,填补国内空白,整体水平达到国际先进水平”。

十年回眸,高德红外探测器中心研发团队一步一个脚印,矢志不移往前冲,终于实现了我国在制冷红外探测器芯片领域的重大技术突破,使得中国跻身全球少数几个能独立研制大面阵制冷双色红外探测器及其应用产品的国家行列。

向“卡脖子”技术持续冲击

去年抗疫中,红外热像仪成为筛查新冠肺炎患者的利器。而其核心器件探测器芯片,过去长期被美国等国垄断。

早从2008年起,高德红外就持续投入巨资、技术精英研制红外探测器芯片。曾就职于中科院上海技术物理研究所的高德红外探测器中心副总经理周文洪博士告诉湖北日报全媒记者,历经近十年攻关,该公司于2017年自主研发出了高性能制冷单色百万像素红外探测器芯片,力推企业当年营收跃升至10亿级。

彼时,少数西方发达国家已掌握百万像素双色红外探测器芯片技术,并对我国实施技术封锁。我国在大面阵、双色探测器领域与之差距明显。

“双色芯片最大的好处,是有更强的目标识别能力。”周文洪解释,红外芯片能探测很弱小的目标,但目标识别能力较弱,若加入另外一个波段,可根据目标在两个波段的光谱特征信息,区分识别目标是什么、属何种类型。

在周文洪看来,红外芯片从单色到双色“非常难”,首先是芯片所用的材料体系不一样,双色芯片需用到碲镉汞、超晶格等特殊材料,仅材料改进攻关就花了3年。

其次,红外芯片要通过“读出电路”,将光转化成电子,采集起来后放大,最后以视频格式输出。这就需要将读出电路与红外芯片“互联”。

双色芯片像素高达130多万,是单色芯片的16倍,每个像素都有一个焊点,一个指甲盖大小的空间内如此巨量的焊点、精密的结构,如何保证与读出电路无缝互联呢?

可用倒装焊接机,但问题是,国内的倒装焊接机精度只有3微米左右,而双色红外芯片的设备精度要求在1微米以下,即一根头发丝直径的1/50,而要进口高精度的该设备,没门!

没办法,技术人员只好不停地试验、总结、修改方案,做了数百次试验,董事长黄立经常到项目组,和大家一起开会、讨论方案……

跨学科融合创新成攻坚“法宝”

“建议从工艺设计上做文章,降低对现有设备精度的要求。”关键时刻,黄立支招。

董事长的话,让众人眼前一亮。高德红外有一条MEMS(微机电系统)生产线,一直应用于非制冷单色探测器生产,能否借用过来呢?

MEMS研发经理马占锋与制冷芯片研发室主任刘斌各带着近30人的研发团队开起了“诸葛亮会”。

“要提高设备精度,可尝试在MEMS上加一些微结构。”在微结构微组装上颇有建树、拥有十多项专利的制冷芯片研发室工程师金迎春建议。联合攻关团队当即展开试验,结果证明这种结构具有较好的限位、自校准作用。

焊点互联对接中,还要防止红外芯片侧滑损伤。为此,MEMS研发经理马占锋带领研发人员想出了一个法子:在芯片外围筑一道方体“围墙”,通过交叉融合MEMS技术,把需焊接的小凸点围起来,然后应用光刻机、蚀刻机实施无损伤刻蚀,在芯片上挖一个长方体洞,再通过限位、自校难,成功将设备精度从3微米提升至1微米以下,使芯片与读出电路精准互联。

“跨学科交叉融合创新发挥了重要作用”,刘斌说,研发团队将先进的非制冷芯片MEMS技术和设备应用到制冷芯片研发,一举攻克了让130多万个像素点连通率达99.99%以上的微组装技术难题。

如今,高德红外拥有国家级企业技术中心,研发团队超过1200人,博士、硕士占比超六成,年研发投入占到企业支出的10%以上,累获国家专利300多项。

应用“蓝海”有望大拓展

“正是有了中国红外芯,红外热成像技术才大范围普及。”黄立认为,目前高德红外部分型号的红外芯片成本已降到几百元,随着红外核心芯片小型化、低成本、高可靠性、大批量生产的实现,红外技术在电力、工业、安保、智能驾驶、智慧家居、医疗检测等民用领域的应用不断扩大。

他表示,高德红外刚刚通过鉴定的百万像素中中波双色制冷红外探测器,是我国第一次研制成功的百万级像素大面阵、双色探测器,打破了发达国家的技术垄断。

2021年2月25日,省技术交易所组织的评价专家组认为,该成果关键指标噪声控制在两个波段都小于20mK,双色探测器像素1280×1024,两项关键指标均达国际领先水平。

多年来,强大的自主创新能力助推了高德红外各型号产品订单尤其是民品订单的快速增长。业绩快报显示,2020年,高德红外营收超过32.7亿元,同比近乎翻番,利润增长4倍多。

业内人士表示,高德红外双色芯片最新成果的问世,将提升整个红外行业应用水平,促进红外上游材料及下游应用产业的协同健康发展,推动红外热成像技术在智能制造、航空航天、资源勘探等诸多领域大显身手。

【记者手记】“领路者”的矢志不移

以全部积蓄30万元起家,仅用了十余年,高德红外创始人黄立就将一株民营科技企业的幼苗,培育成了全球红外热像仪行业的参天大树。

高德何以能?

创企之初,黄立就为公司取了英文名字“GUIDE”,意即向导、领路者,从一开始就树立了勇当行业“领路者”“发展民族红外事业”的雄心壮志。

从单色芯片到百万像素双色芯片,十年磨一剑,高德瞄准国际领先技术的脚步从未停歇。

从中科院等一流机构招揽精英、持续投入巨资研发、老板亲自上阵出谋划策……高德始终将研发和技术放在首位,一切资源都为之敞开大门,加之诱人的薪酬激励机制,激发了研发团队奋力拼搏,多出领先成果。

谋创新就是谋未来。矢志不移勇当“领路者”的企业家,势必引领行业未来。

【纠错】编辑:贾方

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