[표지] 1
제출문 2
요약문 3
SUMMARY(영문요약문) 5
Contents 8
목차 20
제1장 서론 31
제1절 연구개발의 목적 31
제2절 연구개발의 필요성 32
제3절 연구개발의 범위 33
제2장 국내·외 기술개발 현황 35
제1절 국내·외 기술개발 현황 35
1. 해외 기술 개발 현황 요약 35
2. 국내외 기술 현황 시사점 35
제2절 국내 기술 동향 및 수준 36
1. 국내 현황 개요 36
2. 국내 주요 개발 현황 37
3. 국내기술수준 요약 40
제3절 국외 기술 동향 및 수준 41
1. 국외 현황 개요 41
2. 국외 기술 개발 현황 41
3. 국외 기술의 정책동향 44
제4절 국내·외 시장 현황 45
1. 국내·외 시장 동향 45
2. 국내·외 시장 규모 및 수출·입 현황 47
3. 국내외 비냉각 적외선 카메라 관련 사업 주요 이슈 50
제5절 국내·외 경쟁기관 현황 51
1. 본 기술/제품과 직접적 경쟁관계에 있는 국내·외 기관·기업 현황 51
제6절 국내·외 지식재산권 현황 52
1. 관련 기술/제품의 국내 지식재산권(특허 등) 현황 52
2. 관련 기술/제품의 국외 지식재산권(특허 등) 현황 54
3. 국내·외 특허 대응 전략 검토 55
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 56
제1절 신호취득회로 설계 및 제작 56
1. 신호취득회로 설계 56
2. 신호취득회로 제작 60
제2절 반응체 / FPA(Focal Plane Array) 설계 및 제작 65
1. 반응체 / FPA 설계 65
2. 반응체 / FPA 제작 74
3. 반응체 / FPA 제작 결과 92
제3절 진공패키지 통합 설계 및 제작 94
1. 진공패키지 설계 94
2. 진공패키지 제작 99
제4절 성능시험장비 설계 및 제작 106
1. 성능시험장비 설계 106
2. 시험평가장비 제작 116
3. 성능분석 121
제5절 영상전시장비 설계 및 제작 124
1. 영상전시장비 설계 124
2. 영상전시장비의 제작 127
제6절 연구 결과 연구개발 성과 129
1. 실적 평가 방법 129
2. 제원 및 성능 시험 평가항목 및 방법 130
3. 제원 및 성능 시험 평가 131
4. 환경성 및 신뢰성 시험 평가 방법 142
5. 환경성 및 신뢰성 시험 평가 144
6. 환경성 및 신뢰성 시험 평가 결과 155
7. 환경성 및 신뢰성 시험 평가 요약 161
제7절 연구개발 최종 결과 162
제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 163
제1절 연구개발목표 개요 163
제2절 연차별 연구 목표 164
제3절 연구개발목표 달성도 166
1. 연차별 목표 및 연구개발목표 달성도 166
제4절 관련분야 기여도 169
1. 기술적 측면 169
2. 경제적·산업적 측면 169
3. 군사적 측면 170
제5장 연구개발결과의 활용계획 171
제1절 적용 체계 171
1. 민수 분야 171
2. 군수 분야 172
제2절 기업화 추진방안 176
1. 사업화 전략 176
2. 실용화 추진 방안 177
제3절 향후 추가 기술 개발 계획 180
제4절 연구개발과제 세부 성과 182
1. 연구개발과제 성과 목표 182
2. 최종산출물 182
제5절 연구 수행에 따른 문제점 184
제6장 결론 185
별첨 186
[별첨 1] 환경성 및 신뢰성 시험 성적서 186
[별첨 2] 특허 출원서 198
[뒷표지] 200
표 1. 연구 개발 개요 요약 31
표 2. 분야별 세부 연구범위 34
표 3. 국내 업체 개발 36
표 4. VGA급 비냉각 적외선 검출기 개발 요약 37
표 5. 분야별 국내외 세부기술 요약 40
표 6. 주요 업체별 피치 및 배열별 검출기 현황 43
표 7. 전세계 비냉각 카메라(영상장비) 시장 규모 예측 (용도별 금액) 45
표 8. 전세계 비냉각 카메라(영상장비) 시장 규모 예측 (용도별 금액) 46
표 9. 세계 비냉각 검출기, 카메라 시장 - 금액 기준 47
표 10. 세계 비냉각 검출기 & 카메라 시장 - 수량 기준 48
표 11. 국내 비냉각 카메라(영상장비) 규모 예측 49
표 12. 국내 지식재산권 현황 53
표 13. 국외 지식 재산권 현황 54
표 14. 전력소모 측정 결과 62
표 15. ROIC 제작 요약 64
표 16. 반응체 설계 요약 65
표 17. 박막 두께에 따른 고유 진동수 시뮬레이션 결과 68
표 18. ALD 방식의 저항체 TCR 측정 결과 69
표 19. 8um 픽셀 피치 멀티 레벨 반응체 성능 예상 지수 73
표 20. DC 스퍼터 증착률 및 8인치 웨이퍼 증착 균일도 측정 결과 78
표 21. PECVD 증착률 및 8인치 웨이퍼 증착 균일도 측정 결과 78
표 22. RIE 식각률 및 8인치 웨이퍼 식각 균일도 측정 결과 78
표 23. 반응체 및 FPA 제작 결과 요약 93
표 24. 진공 패키지 설계 요약 94
표 25. 진공 패키지 제작 결과 요약 105
표 26. 측정시스템 주요 부품 선정 110
표 27. 적외선 검출기 시험평가 시험항목수 129
표 28. 제원 및 성능 시험 평가 방법 130
표 29. 제원 및 성능 평가 장비 목록 130
표 30. 시제 검출기 10조 크기 측정 결과 134
표 31. 시제 검출기 10조 무게 측정 결과 135
표 32. 시제 검출기 10조 NETD 결과 138
표 33. 시제 검출기 10조 시상수 결과 139
표 34. 시제 검출기 10조 동작률 분석 결과 140
표 35. 제원 및 성능 시험평가 요약 141
표 36. 환경성 및 신뢰성 시험 평가 방법 142
표 37. 환경성 및 신뢰성 시험 평가 장비 목록 143
표 38. 고온저장 및 동작 1cycle 시험 조건 145
표 39. 최대운용고도 시험조건 149
표 40. 진동시험 프로파일 150
표 41. 고온 저장 시험 155
표 42. 고온 동작 시험 155
표 43. 저온 저장 시험 156
표 44. 저온 동작 시험 156
표 45. 온도 충격 시험 157
표 46. 최대 운송 고도 시험 157
표 47. 진동 시험 158
표 48. 기본 충격 I 시험 158
표 49. 사격 충격 시험 159
표 50. 장기 신뢰성 시험 159
표 51. 환경성 및 신뢰성 시험 결과 요약 161
표 52. 연구개발 최종 결과 요약 162
표 53. 제원 및 성능 목표 163
표 54. 연구개발 세부 목표 164
표 55. 연차별 시험개발 일정표 (시험 기간 연장 반영) 165
표 56. 1차년도 연구개발 내용 및 달성도 166
표 57. 2차년도 연구개발 내용 및 달성도 167
표 58. 3차년도 연구개발 내용 및 달성도 168
표 59. 연차별 지식재산권 성과 목표 182
표 60. 연차별 지식재산권 성과 182
표 61. 연구개발 결론 185
그림 1. 시제품 개념도 32
그림 2. 개발대상품 요약도 33
그림 3. 기술개발 범위 식별 34
그림 4. 12um 픽셀 피치 XGA급(1024x768) 비냉각 적외선 카메라 이미지 35
그림 5. 국내 비냉각 적외선 검출기 개발 흐름도 ※ 가로축: 연도, 세로축: 화소수 (Log 스케일) 37
그림 6. 17μm 피치 적용 체계 구분 38
그림 7. 17μm 피치 적외선 영상 38
그림 8. 12㎛ 피치 QVGA급 검출기로 확보한 영상 39
그림 9. 동일 배열수의 12㎛ 피치 vs 17㎛ 피치 FPA 크기 비교 39
그림 10. FLIR 사의 12㎛급 검출기가 적용된 코어 41
그림 11. BAE 사의 1920×1200급, 12㎛ 검출기 적용된 코어 41
그림 12. DRS사의 1280×720, 10㎛ 검출기로 획득한 영상 42
그림 13. Lynred(프랑스)사의 12㎛ 피치 검출기 42
그림 14. Lynred(프랑스)사의 WLP 기술 적용 12㎛ 피치 검출기 42
그림 15. LCTI-M 프로그램에서 개발중인 기술 및 개발업체 44
그림 16. Visible/NIR/SWIR(VNS) 및 LWIR의 이중대역 연구 44
그림 17. FLIR 사 12um 피치 microbolometer 기술과 WLP 기술 적용 모듈 제품 44
그림 18. 비냉각 카메라 시장 예측 47
그림 19. 세계 비냉각 카메라 시장 - 금액 기준 48
그림 20. 세계 비냉각 카메라 시장 - 수량 기준 49
그림 21. Key Inventor의 특허 License 현황 51
그림 22. 한국 국적 특허 출원 현황 52
그림 23. 출원 분야 분석 (제 1출원인 기준, 분석구간: ~ 2007년(출원년도)) 52
그림 24. 멀티레벨 구조 특허 분석 (최신동향) 55
그림 25. 설계된 ROIC의 Chip Architecture 및 Layout 56
그림 26. 8um 픽셀 피치 unit cell layout 57
그림 27. (좌) 단위 셀 레이아웃 (우) 제작된 단위 셀 회로 57
그림 28. CMOS 캐패시터 구분 57
그림 29. SXGA 8um 구조 적분 기술 모식도 58
그림 30. 1 Column당 60Hz 동작을 위한 출력 속도 58
그림 31. Level Generator 회로도 및 시뮬레이션 결과 59
그림 32. Non-uniformity Correction 회로도 59
그림 33. 8인치 Wafer 사진 및 ROIC 칩 사진 60
그림 34. (a) 설계된 ROIC Layout (b) 공구현미경을 통한 ROIC 배열 60
그림 35. 오실로스코프 측정화면 61
그림 36. 픽셀 출력 속도 오실로스코프 측정화면 61
그림 37. 4채널 오실로스코프 출력 파형 61
그림 38. 오실로스코프를 이용한 입력 전원 측정 화면 62
그림 39. 화면발생율에 따른 전력소모 62
그림 40. 소프트웨어를 이용한 ROIC 노이즈 측정 63
그림 41. 바이어스별 출력 선형성 확인 63
그림 42. NUC(불균일 보정) 알고리즘 적용 전/후 비교 64
그림 43. 멀티레벨 구조의 FPA 연결다리 형상 65
그림 44. 멀티레벨 구조의 FPA 형상 - 수광면적 계측 (좌) umbrella 구조체 (우) micro-bridge 구조체 66
그림 45. Umbrella 타입의 구조체 시뮬레이션 67
그림 46. Micro-bridge 타입의 구조체 시뮬레이션 67
그림 47. ALD 증착 방법 모식도 및 증착방법 비교 69
그림 48. ALD 증착 균일도 측정 결과 69
그림 49. 상부/하부 박막 두께에 따른 흡수율 모의 시험 결과 70
그림 50. Cavity gap에 따른 흡수율 모의 시험 결과 70
그림 51. 1280x1024 배열 및 chip 크기 71
그림 52. 블라인드 회로도 및 블라인드 형상 71
그림 53. Umbrella 타입과 Micro-bridge 타입 멀티레벨 구조체 형상 72
그림 54. FPA 제작 공정 흐름도 (umbrella 구조체) 75
그림 55. FPA 제작 공정 흐름도 (micro-bridge 구조체) 77
그림 56. micro-bridge 구조체 스트레스 개선 실험 SEM 사진 79
그림 57. micro-bridge구조체 박막 응력 개선 전/후 현미경, SEM 비교 이미지 80
그림 58. 동작률 개선 설계 적용 결과 81
그림 59. 진공 상태 출력 확인 및 SEM 이미지 (a) 개선 전 진공 상태 출력 불균일… 82
그림 60. 열전달 구조 보강 전/후 DC 측정 결과 83
그림 61. 더미 픽셀 적용 전/후 출력 데이터 84
그림 62. 1280x1024 배열 하단 출력 불균일 영역 SEM 이미지 84
그림 63. 2층 금속 패드 개선 전/후 SEM 이미지 85
그림 64. 금속 기둥 건식 식각 결과 86
그림 65. 흡수층 공정 개선 전/후 SEM 이미지 87
그림 66. umbrella 구조체 박막 두께 정보 88
그림 67. 공정 잔여물 EDX 분석 88
그림 68. 공정 잔여물 개선전 출력 데이터 및 FE-SEM 이미지 89
그림 69. 공정 잔여물 개선후 출력 데이터 및 FE-SEM 이미지 89
그림 70. umbrella 구조체 박막층 응력 개선 전과 후 이미지 90
그림 71. 멀티레벨 구조체 희생층 잔여물 91
그림 72. umbrella 구조체 제작 SEM 이미지 92
그림 73. micro-bridge 구조체 제작 SEM 이미지 92
그림 74. FPA 통합 공정 설계 및 제작 결과 92
그림 75. PGA 패키지 구성품 95
그림 76. LCC 패키지 구성품 95
그림 77. 세라믹 피드쓰루 설계도 (PGA 타입) 96
그림 78. 세라믹 피드쓰루 설계도 (LCC 타입)[그림없음] 96
그림 79. 윈도우 설계도 97
그림 80. 게터 설계도 98
그림 81. 세라믹 피드쓰루 제품 99
그림 82. 게터 최적화 설계가 적용된 적외선 윈도우 100
그림 83. 적외선 윈도우 투과율 측정 결과 100
그림 84. 진공패키지 제작 공정 순서도 102
그림 85. 검출기 제작 공정도 103
그림 86. 접합치구 장착 단면 모습 104
그림 87. 솔더프리폼 모습 104
그림 88. 솔더프리폼 장착 모습 105
그림 89. 성능시험장비 구성도 106
그림 90. 측정시스템 구성도 107
그림 91. 성능시험장비 블록도 107
그림 92. ADC 보드의 Layout 108
그림 93. Power 보드의 Layout 108
그림 94. ADC Board 전원 회로도 109
그림 95. Power Board 전원 회로도 109
그림 96. 4채널 ADC 설계 110
그림 97. 검출기 패키기 - LCC 타입 111
그림 98. 패키지 치수 정보 111
그림 99. 패키지 누름 확인 111
그림 100. 검출기 광축 정보 112
그림 101. 테스트 소켓 외형도 112
그림 102. 검출기 성능시험장비 외형도 113
그림 103. Main GUI 113
그림 104. 소프트웨어 Display 114
그림 105. 소프트웨어 파라미터 제어 115
그림 106. 검출기 측정 환경 구성 116
그림 107. 인터페이스 보드 116
그림 108. 측정시스템 117
그림 109. 패키지 및 리노소켓 하부 구조물 118
그림 110. 검출기 테스트 소켓 118
그림 111. 검출기 성능 시험장비 제작 119
그림 112. 성능시험장비 치구 결합 119
그림 113. 검출기 성능/분석 Software 120
그림 114. Noise 측정 수식 121
그림 115. Noise 측정 Source Code 121
그림 116. Response 측정 수식 121
그림 117. Response 측정 Source Code 122
그림 118. NETD 측정 수식 122
그림 119. NETD 측정 Source Code 122
그림 120. 동작율 산출 수식 123
그림 121. Response/NETD 기반 Dead Pixel 산출 Source Code 123
그림 122. 영상전시장비 영상처리 124
그림 123. 영상전시장비 블록도 124
그림 124. 영상전시장비 구성 125
그림 125. 영상전시장비 하우징 126
그림 126. 전자회로부 보드별 역할 126
그림 127. 영상전시장비 PCB 설계 127
그림 128. 영상전시장비 보드 제작 / 결합 127
그림 129. 영상전시장비 제작 127
그림 130. SXGA 영상전시장비 촬영 영상 (1) 128
그림 131. SXGA 영상전시장비 촬영 영상 (2) 128
그림 132. 분야별 시험평가 요약 129
그림 133. 성능측정평가장비 전원 131
그림 134. 성능측정 통합 소프트웨어 131
그림 135. 윈도윙 기능 적용후 검출기 측정 결과 131
그림 136. 공구현미경 장치 132
그림 137. 적외선 투과율 측정 장비 (FTIR) 133
그림 138. FTIR 투과율 측정 결과 (사전성적서) 133
그림 139. 마이크로버니어캘리퍼스를 활용한 FPA 통합 검출기 크기 계측 결과 134
그림 140. 전자저울을 활용한 FPA 통합 검출기 무게 측정 135
그림 141. 인터페이스 보드 점퍼선 연결 136
그림 142. 4채널 오실로스코프 출력 파형 136
그림 143. 오실로스코프를 활용한 화면발생률 측정 결과 137
그림 144. 성능측정 장비 및 성능측정 통합 소프트웨어를 활용한 NETD 분석 결과 138
그림 145. 시상수 수식 139
그림 146. 시상수 측정 장비 139
그림 147. 시상수 측정 결과 139
그림 148. 성능측정 장비 및 성능측정 통합 소프트웨어를 활용한 동작률 분석 결과 140
그림 149. 고온저장 시험조건 144
그림 150. 저온저장 시험조건 146
그림 151. 저온동작 시험조건 147
그림 152. 온도충격 프로파일 148
그림 153. 진동시험기 150
그림 154. 충격시험기 151
그림 155. 기본 충격시험 I 프로파일 (sawtooth) 151
그림 156. 기본 충격시험 II 프로파일 (half sine) 151
그림 157. 사격충격시험 프로파일 (half sine) 152
그림 158. 신뢰성시험(진공수명시험) Accept와 Reject 평가 기준 154
그림 159. 신뢰성시험(진공수명시험) 절차 순서도 154
그림 160. KOLAS 공인인증기관 내 성능평가 장비 설치 사진 160
그림 161. 비냉각 vs 냉각형 적외선 검출기 비교 171
그림 162. 자율주행차량 활용 172
그림 163. 체계 형상 및 적용된 국내개발 검출기 (제안사 제작) 172
그림 164. 미래병사체계의 주야간 조준경에 활용예정인 12㎛ 열상모듈 173
그림 165. 다기능 관측경 173
그림 166. VGA급 17㎛ 피치의 센서 면적과 SXGA급 8㎛ 피치의 센서 면적 비교 174
그림 167. 17㎛ 피치 비냉각 적외선 검출기 적용 체계 175
그림 168. 비냉각 적외선 검출기 적용 예정인 장기무기체계 175
그림 169. 8um 검출기 시장 예상 규모 176
그림 170. 2020년 vs 2021년 적외선 검출기, 코어, 적외선 카메라 판매량 추이 177
그림 171. i3system사의 TE-SQ1 적외선 카메라 178
그림 172. Spin-off 제품 예상 라인업 178
그림 173. 개발된 영상전시 모듈을 활용한 영상 이미지 획득 179
그림 174. 웨이퍼 레벨 진공패키지 패키지 구성도 180
그림 175. 12um 픽셀 피치 microbolometer WLP 기술 적용 적외선 검출기 181
그림 176. 출원 특허 도면 (블라인드 셀) 183