紅外探測器以全天時觀測的優勢在全球軍事監視、導彈預警、氣象觀測、空間紅外望遠鏡等領域得到了廣泛應用。隨著空間遙感相機性能的不斷提升，采用更大規模、更多譜段的紅外焦平面陣列是未來航天用紅外探測器的發展趨勢，以滿足相機大視場、高分辨率及多光譜探測的能力。

 

目前，單探測器模塊的研制受到探測器材料、硅讀出電路加工工藝的限制，探測器規模、分辨率、譜段數量等指標無法滿足使用要求。因此，通過機械拼接或光學拼接的方式制備大規模、多譜段紅外焦平面陣列是必須的工程途經。據麥姆斯咨詢報道，近期，北京空間機電研究所呂瑋東等人在《紅外技術》期刊上發表了以“空間用紅外探測器拼接技術研究”為主題的綜述文章。呂瑋東主要從事低溫光學技術方面的研究工作。

 

這項研究闡述了空間用紅外探測器機械拼接技術相對于光學拼接技術途徑的優點，列舉了國內外機械拼接技術發展現狀，分析了機械拼接技術的多種工程方式，總結了關鍵技術。希望對后續空間用紅外探測器拼接技術發展起到一定的促進作用。

 

機械拼接又稱焦面級拼接，是指在像面上將多個標準單模塊焦面通過技術手段拼接形成超長線列或超大面陣焦平面，并封裝在一個真空封裝中，形成一個完整的焦平面組件。光學拼接又稱視場拼接，是指通過光學的方法將相機鏡頭全視場分割到不同空間位置，用多套焦平面組件接收，再將收到的圖像進行拼接就可以得到大視場的圖像。機械拼接相比光學拼接優勢明顯，主要表面在：1）系統上更為簡單，2）對主光學系統無特殊要求，3）噪聲等效溫差更低，4）響應一致性更高，5）像面拼接精度高，6）調焦機構少。因此機械拼接是制備大面陣、長線列紅外探測器的有效技術途徑。但是機械拼接方法沒法克服探測器的拼縫，在對視場內拼縫敏感的領域，如天基預警等，采用機械拼接和光學拼接相融合的方式必要的。

紅外探測器組件機械拼接原理圖

紅外探測器組件光學拼接原理圖

 

隨后該研究對單譜段大規模探測器和多譜段大規模紅外探測器國內外研究現狀做了詳細介紹。國外主要介紹了美國Raytheon、Rockwell、Teledyne Imaging Sensor、英國Selex、以色列SCD和法國Sofradir等機構的研究情況。國內則是重點介紹了中國電科十一所與中科院上海技物所的研究現狀。

國外研究機構情況
 

根據探測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。其主要的區別在于模塊化拼接的探測器模塊熱、電接口通常是獨立的，而共基板拼接探測器模塊的熱、電接口一般在基板上。獨立封裝模塊拼接和共基板拼接兩種方式各有優劣。采用模塊化封裝模塊進行拼接可以實現大規模探測器陣列，并且探測器陣列各單模塊可獨立替換。但是其缺點是封裝模塊的設計、工藝相對復雜。且單模塊結構復雜、體積增大、柔帶數量增加等會導致組件重量、功耗上升、可靠性降低。共基板拼接的方法拼接精度較高，且探測器陣列封裝尺寸小。但是這種方法拼接的探測器陣列，每個探測器芯片或者單模塊的可互換性差，難以實現大規模探測器拼接。

 

探測器拼接過程可概括為探測器模塊設計、拼接方式確定、探測器拼接實現3個環節。對于探測器模塊，讀出電路設計是影響拼接質量的主要方面。探測器拼接實現是指在探測器拼接生產環節，保證拼接質量的方法和技術。和單模塊探測器相比，拼接探測器除了要關注每個探測器芯片的性能外，更需要關注拼接組件的性能指標，比如拼接精度、拼接后面形、系統功耗等。

 

國外在大面陣及長線列拼接方面，并掌握了相關的關鍵技術，產品也已用到相關遙感器及天文望遠鏡上。我國拼接方面起步較晚，在關鍵技術的實現上需要加大攻關力度。