随着人类海陆空天活动范围日益扩展，光电器件的应用端不断延伸。面对日益复杂多样的服役环境，第三代制冷红外探测器向着SWaP³（Size, Weight, and Power, Performance and Price）方向发展。探测器的“小型化”和“轻量化”不仅能使其胜任更多应用场景，也意味着系统将具有更高的集成度、更低的功耗，有利于系统向模块化、多功能发展。伴随红外系统集成化、高效化技术的突破，可靠性越来越成为人们关注的焦点。
制冷红外探测器的可靠性显露出越来越重要的战略地位，主要有三个原因。一是稳定的服役属性是军用电子设备的刚需；二是制冷红外探测器作为复杂的光、机、电、热系统，涉及到多学科交叉融合，自身的可靠性问题突出；三是制冷红外探测器的应用环境恶劣，探测器内部不仅需要维持低温（≤85K），探测器外部也可能面临着温度剧变、腐蚀或振动冲击等环境。
制冷红外探测器组件（IDDCA）包括三个主要的子组件，分别是制冷机（Cryocooler）、杜瓦（Dewar）和焦平面阵列（IRFPA）。
这三个子组件的可靠性框图如下所示。
这是一个串联模型，意味着仅单个子组件的故障会导致整个制冷红外探测器组件失效。
图1 简化的IDDCA可靠性框图
以上表明制冷红外探测器组件的可靠性是由每个子系统的瞬时可靠性共同作用的结果，杜瓦组件是保证整机稳定服役的关键，它不仅是芯片的光、机、电、热通道，也是封装芯片的载体。
据麦姆斯咨询报道，近期，浙江珏芯微电子有限公司熊雄等在《红外技术》期刊上发表了以“640 x 512小型化红外探测器杜瓦组件可靠性研究”为题的论文。该论文披露了珏芯微电子所研制的对标法国Lynred公司Leo型号探测器，其外形尺寸为119.6 mm x 80 mm x 46.5 mm，重量小于350 g，封装640 x 512/15μm碲镉汞器件。产品实物图和成像效果图如下：
图2 (a) 640×512小型化红外探测器组件；(b) 成像效果图
该论文以640 x 512小型化红外探测器组件中的杜瓦组件（尺寸为φ 30 mm x 85 mm，重量小于55 g）作为研究对象，开展了力学、热力学、多余物和真空寿命等四个维度的可靠性研究。经各项可靠性试验后，640 x 512/15 μm小型化杜瓦组件的性能保持良好，该结果表明此杜瓦组件在总体上具有较高的可靠性，能够满足常规军事应用需求。在此基础上，该论文还对小型化制冷红外探测器和的可靠性工程的未来发展提出了展望。
图3 640 x 512小型化红外探测器杜瓦组件
根据该论文中的内容可知，在力学可靠性方面，珏芯微电子已研发的640 x 512/15 μm小型化杜瓦组件一阶固有频率达到2300Hz，抗振动量级达到12.2g，冲击量级达到100g，此抗振动冲击的能力与法国Lynred公司的Scorpio型号探测器基本持平。
在热力学可靠性方面，此款小型化杜瓦组件具有良好的环境温度适应性，能够适应从-55℃到85℃的环境温度剧变。且通过对冷头的热力学仿真分析和工程实践优化，经液氮冲击和开关机试验后，探测器的盲元率、响应率非均匀性和NETD等关键指标未出现明显变差，表明此款小型化杜瓦组件冷头具有较好的抗温变性能。
图4 (a) 640 x 512小型化杜瓦组件抗温变性能试验前；(b) 试验后芯片盲元分布情况
在多余物控制方面，以随机振动试验标准对此款小型化杜瓦组件进行多轮振动成像试验。经试验后，所有成像过程图像中均未见多余物。表明640 x 512小型化红外探测器杜瓦组件在多余物控制方面取得了一定成效。
在真空可靠性方面，珏芯微电子以80℃作为试验温度，对小型化杜瓦组件进行加速寿命试验，试验结果如下图所示。从图中可看出，在经历4000 h的高温烘烤后，杜瓦组件的静态热负载仍保持在较稳定的状态。推测其在室温下拥有超过30年的贮存寿命。
图5 加速寿命试验中杜瓦组件静态热负载波动情况
最后，该论文对640 x 512/15 μm小型化杜瓦组件和可靠性工程的发展提出了展望。后续可通过设备和方法升级，实现产品的高一致性质量控制，并在建立系统性的可靠性分析及试验平台的基础上，进行持续的设计迭代和工艺优化来实现可靠性增长技术。除此之外，小型化杜瓦组件在兼容性方面也需作出一定的突破，该论文中所提到的640 x 512/15 μm小型化红外探测器杜瓦组件还可兼容封装面阵规模为320 x 256/30 μm的芯片，并可根据应用需求定制不同规格的F数。
