自力更生研发“中国红外芯” 高德红外擦亮中国“鹰眼”

MEMS 2018-07-11 09:03 次阅读

在湖北武汉龟山电视塔上,一个以前只有在科幻电影中才能见到的试验正在进行——在能见度不足100米的浓雾天气里,红外热成像系统竟然清晰地“看见”5公里外墨水湖大桥上的行车情况,甚至20公里外的疑似火灾也无处遁形。

高德红外公司员工奋战于工作岗位

这是武汉高德红外股份有限公司(以下简称“高德红外”)殚精竭虑推出的又一项“黑科技”。该技术如运用在军事领域,可以大幅度提升武器的作战能力;如运用到民用领域,可以大大加强安防监控水平。

大约10年前,高德红外决定自主研发红外探测芯片。他们卧薪尝胆,在技术、设备、工艺、原材料、人才等均受到严密封锁的情况下,不等不靠,终于成功研制出拥有完全自主知识产权的红外探测器芯片,将我国在红外核心器件领域的技术实力向前推进了几十年。

自力更生研发“中国红外芯”

在高德红外产品展示厅里,一片指甲大小的正方形芯片被放在显眼位置。

“这是一片有故事的芯片。”武汉高德红外股份有限公司董事长黄立告诉记者,为了研制这片“中国红外芯”,公司投入逾20亿元,300余名科研人员历时8年才研发成功。其技术水平超过欧洲,与美国同步。

红外探测是指先探测目标红外热辐射,然后将探测结果转换成肉眼可视图像的技术。它能够在全黑环境或恶劣气候条件下提供稳定可靠的观测,目前已广泛用于红外制导导弹、战机红外探测告警、反导反卫、光电对抗、侦察、夜视夜战等军事领域以及汽车自动驾驶、安防、消防、物联网、工业、气象、医学等民用领域。

“红外探测器芯片是红外设备的核心,其探测敏感度越高、能够反映的温差越细微,探测就会越精准。”黄立告诉记者。

2009年,黄立率科研团队开始自主研发探测器。

探测器涉及几十个专业,专业跨度很大。从材料提纯到封装工艺,每个环节都要一一打通,研发过程十分艰辛。为此,早在研发初期,高德红外就制定了长期规划,用10年甚至更长时间搭建从以红外焦平面探测器为基础的核心器件到以红外热像为核心的综合光电系统。

引进高端人才、购买顶尖设备,企业的全部利润投进去了,资本市场募集的资金也投进去了……高德红外背水一战。

正是凭借这种不惜一切代价的闯劲,高德红外提前完成了10年发展目标。在核心器件方面,研制出拥有完全自主知识产权的“中国红外芯”;在武器系统研发方面,率先实现国内第一枚全新体制高科技武器系统的研制。

目前,高德红外已搭建起非制冷探测器、制冷型碲镉汞及二类超晶格3条完全自主可控的批量生产线,具备多种型号探测器芯片的研制生产能力。公司核心器件技术水平已与西方国家第一梯队持平,并成功实现核心器件全面国产化。

核心技术赢得市场话语权

时间回到9年前。当高德花了半年时间从全球搜集到大量芯片信息,准备大干一场时,却被困在起跑线上。

氧化钒是制造红外芯片最基本的原料,它的配比直接影响芯片性能,甚至温度、气压等变量也会对其造成巨大困扰。寻找“秘方”没有捷径,只能一次次制造、一次次试验。两年时间、1000多次试验,起步阶段的材料难题终于被攻克了。

同时,高德红外结合前期进口的法国红外探测器芯片资料,针对探测器封装、混合信号集成电路、新型MEMS传感器3大领域分别组建团队,分解指标任务。在短短两年时间里,团队看完了国内外能找到的所有相关文献、专利,而后迅速转入设计加工阶段。2012年,公司首片红外芯片样品横空出世。

正当大家欣喜若狂准备上生产线时,封装测试环节又给研发人员当头浇了一盆冰水。陶瓷封装,在中国又是一项空白。面对封锁,高德红外只有继续自主研发。从2013年至今,高德红外先后投入4.5亿元,终于成为全国唯一一家掌握陶瓷封装技术的企业,也成为国内唯一一家拥有自主红外芯片生产线的企业。

“红外探测器芯片分为两大类,第一类是用于民用和枪械瞄准的非制冷型,第二类是用于战机、导弹等高端军事领域的制冷型。”高德红外下属高芯公司总经理高健飞介绍说,在制冷型红外探测器芯片方面,国内一些科研院所已有一定技术储备,因此在这个领域,公司主要的工作是引进多方团队整合资源,自主攻关;在非制冷型红外探测器芯片方面,国内缺乏自主批量生产技术与工艺,必须组建团队,从零开始“死磕”。

2015年,高德红外研发的碲镉汞制冷型红外探测器芯片各项性能指标均达到国际同类产品水平,可新的问题又出现了。

在研发阶段,高德红外对标的是从国外进口的工业级红外探测器芯片,最低工作温度为零下40摄氏度。同一年,公司接到一个项目任务,红外探测器芯片最低工作温度需要达到零下55摄氏度。接到此任务后,公司制冷机与封装两个研发团队耗时一年半时间,通过设计参数、工艺参数优化及过程控制等方法达成了预定目标,使我国红外探测技术实现了特殊环境下的应用。

数据显示,目前高德红外已拥有各类型高科技人才2600余名,国内外专利技术200余项,还建有国家企业技术中心、国家工业设计中心。公司3条生产线年产红外探测器8万支,进入批量生产后仅一年(2017年)实现销售收入超过3亿元,净利润达1.5亿元。

军民融合布局全产业链

“军工就要姓军,军品必为精品。”走进高德红外总部大楼,大厅墙壁上的大字十分醒目,浓浓的“军味”扑面而来。

从2002年起,高德红外凭借技术优势,先后取得武器装备科研生产许可证、保密资格证、武器装备质量管理体系认证等资质,成为湖北首批进入军工领域的民企。自此,高德红外打开了军品生产的大门,开始参与系列高端武器装备的研制工作。

然而,黄立并不满足于做军品配套,他的目标是武器装备总体研制。消息传出,公司上下都觉得他有些异想天开。一方面,此前总体研制单位均为国有军工单位,民企牵头在国内没有先例;另一方面,高德红外的核心技术主要集中于探测器及相关分系统研制,一个底层元器件即便再核心,又如何能撑起整条装备研制生产链?

可黄立却坚信,“没有做不到,只有想不到”。经过艰苦的技术攻关和系统合成,2014年12月份,高德红外获得“某类完整武器系统许可增项武器装备承制单位注册证书”,成为国内首家进入完整武器系统总体研制领域的民营企业。

2015年,高德红外又干了件让人想不到的事——首开民企收购重组军工企业先河,收购了位于湖北襄阳的全国地方重点保军企业湖北汉丹机电有限公司。未来,襄阳基地将建成国内最大的非致命性弹药及信息化弹药批量生产基地,高德红外也将实现由系统配套厂商向完整导弹武器系统制造商的飞跃。

在军用领域高歌猛进的同时,高德红外在民用领域也收获了一大票“粉丝”。比如遇到夜间驾驶汽车时对面车辆开远光灯或暴雨大雾等恶劣天气,司机视线受阻,红外技术却不受影响,配套相应技术后可自动识别障碍物,及时发出警报。

目前,奔驰、宝马、奥迪等高端品牌都配备了红外热成像仪。黄立说,此前由于红外热成像仪成本高昂,中低端轿车很难配备。如今高德红外拥有了自主研发的红外探测器技术,汽车红外探测器价格有望从原来的几万元降至2000元。届时,大部分车型都能用得起这一技术,仅此一项应用就有望催生百亿元级市场。

目前,“高德红外造”探测器已广泛用于汽车尾气检测、智慧安防和无人机等,未来还将进入医疗、智能家居、无人驾驶等领域。

对此,黄立表示,军品研发生产能够带动民品技术和质量的提升,民品的批量生产又平抑了军品的价格压力,军民融合发展拓宽了企业核心技术的“护城河”。

原文标题:自主研发红外探测器芯片,高德红外:擦亮中国“鹰眼”

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