CN100424492C - 窄带双波段扫描型红外焦平面探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种窄带双波段扫描型红外焦平面探测器，该器件是由二个独立的不同波段的线列光敏元芯片通过多芯片倒焊互联与双波段读出电路实现电学连接及利用架桥式窄带滤光片贴装技术分别在二个线列光敏元上安装不同波段的窄带滤光片组成的。本发明的优点是：结构紧凑、功耗低；二个波段的线列光敏元横向距离靠的较近，有利于充分利用有效扫描视场；可以充分利用现有列阵芯片制造技术与标准CMOS读出电路制造技术实现双波段焦平面器件的制造。

Description

窄带双波段扫描型红外焦平面探测器

技术领域

本发明涉及红外焦平面探测器，特别是指一种窄带双波段响应的扫描型红外焦平面探测器。

背景技术

红外焦平面探测器是新一代红外探测器。一般而言，焦平面探测器有线列和面阵二大类，但是，其基本结构都由红外光敏元列阵芯片与读出电路二部分集成组成。红外光敏元列阵芯片对红外辐射信号实现光电转换，读出电路则把红外响应信号按次序串行输出，实现大量红外信号的电光复现。红外焦平面探测器用读出电路，是一种具有与各红外光敏元一一对应的输入级、信号的积分与采集、信号的转移和读出功能的一种特殊用途的集成电路。

双波段红外焦平面探测器，就是对同一个辐射场(包含有全波段信息)，同时在二个特定的不同红外波段(例如1～3um波段、3～5um波段)对红外辐射响应的一种红外焦平面探测器。由于能同时获取二个波段的红外信息，这在预警、搜索、跟踪等红外系统中，通过对目标的光谱特性分析，对复杂的背景进行抑制，可有效提高对目标的探测与识别能力，这对降低虚警率、识别伪目标以及红外光谱应用等具有重要的作用。因此，双波段红外焦平面探测器在红外探测领域是一项非常重要的技术。

所谓扫描型红外焦平面探测器，就是在垂直于扫描方向顺次排列一系列红外光敏元，利用垂直于光敏元排列方向的一维扫描，形成二维图像的一种成象器件。而扫描型双波段线列红外焦平面探测器，就是在一维红外光敏元排列方向上，每一个象元位置上有二个独立的响应单元，分别对应于二个不同波段。所以一次扫描，可以同时获得二个波段的红外图像。一般，双波段线列红外探测器制造有二种方法。较早的传统做法是，利用二个彼此独立的、响应于不同波段的线列焦平面器件并列拼接而成，实际上是二个探测器同时使用。这样做最大的问题是：一、不同响应波段的相应光敏元要做到彼此在同一平面内平行与垂直非常困难，由此造成对同一像点、不同波段的位置错位；二、体积大、功耗大；三、无法实现“无盲元”拼接形成双波段长线列红外焦平面探测器。另一种是目前正在发展中的异质结多层薄膜结构的双波段红外探测器。这种探测器是利用分子束外延技术生长多层结构的薄膜材料制造具有双波段探测功能的红外光敏元列阵、配上双波段功能的读出电路，来研制双波段红外焦平面探测器。该技术的突出问题是：一、高质量薄膜材料制备技术复杂，目前尚不成熟；二、器件工艺技术难度大，尚处于摸索阶段；三、读出电路结构特殊，后续加工工艺困难；四、纵向结构双波段光敏元，对于焦平面的一个重要参数-填充因子较低，对高灵敏探测极为不利；五、该技术对于二个波段的响应是由材料的吸收带决定的，一般吸收带较宽(例如2～3μm)，所以在某些特殊应用场合，特别是窄光谱(例如：0.2～0.3μm)应用不能满足需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述探测器存在的不足，提供一种能对目标辐射同时进行双波段窄带扫描探测的红外焦平面器件。

本发明的窄带双波段扫描型红外焦平面探测器，包括封装基板，在封装基板上置有与封装基板牢固结合的双波段扫描型红外焦平面探测器及二个不同波段的窄带滤光片。所说的双波段扫描型红外焦平面探测器是由二个独立的波段一线列光敏元芯片和波段二线列光敏元芯片通过多芯片倒焊互联工艺分别与双波段读出电路的二个波段输入端实现机械和电学连接组成的。在二个线列光敏元芯片的二端，在封装基板上置有用于安装二个不同波段窄带滤光片的垫块，波段-窄带滤光片安装在波段一线列光敏元芯片二端的垫块上，波段二窄带滤光片安装在波段二线列光敏元芯片二端的垫块上。所说的双波段读出电路上还设有与探测信号输入端有相对固定位置关系的对准标记，用于拼接形成1000～6000元的长线列窄带双波段红外焦平面探测器。

在此结构的基础上，还可以进一步发展三波段或四波段线列焦平面探测器。

本发明的焦平面探测器有如下的优点：

1.采用双芯片单读出电路结构构成的双波段焦平面器件结构紧凑，二个波段的横向距离靠的较近，有利于充分利用有效扫描视场。

2.由于利用一个双波段读出电路，所以双波段焦平面器件的功耗与单波段焦平面器件相比将没有增加。

3.由于采用了多芯片倒焊互联技术，二个波段光敏元之间的位置关系可以精确保证。

4.本发明可以充分利用现有列阵芯片制造技术与标准CMOS读出电路制造技术实现双波段焦平面的制造。

5.本发明通过二个窄带滤光片实现双波段焦平面器件的光谱选择，在实际应用中可以灵活应用。

6.以此结构制造的双波段焦平面器件可以作为子模块，实现无缝拼接，形成1000～6000元的长线列红外双波段焦平面探测器。

附图说明

图1为本发明的三维结构示意图。

图2为本发明的没有安装窄带滤光片前的三维结构示意图。

图3为本发明的中部横截剖面结构示意图。

下面结合附图对本发明的具体实施方案作进一步的详细说明：

如附图所示，所述的器件封装基板1上面制备有引线键压脚9，作为读出电路工作脉冲、电源引入与探测信号输出的过渡端；封装基板采用蓝宝石材料。

所述的双波段读出电路2是具有二个波段输入端的一种特殊设计的读出电路，见ZL 02145430.2。各输入端制备有倒焊互连用的微小铟柱，用于与线列光敏元电学连接。读出电路2上还设有引线键压脚7，通过键压引线8与封装基板1上的引线键压脚9连接。同时，在读出电路2上还制备有与探测信号输入端有相对固定位置关系的对准标记6，该对准标记6是用于当需要1000～6000元的长线列窄带双波段红外焦平面探测器时，可以以本发明的器件作为子模块，通过对准标记6，拼接成长线列双波段扫描型红外焦平面探测器。

所述的二个独立的不同波段的波段一线列光敏元芯片10和波段二线列光敏元芯片11是分别利用不同波段的红外薄膜材料制备的，其各敏感元上制备有倒焊互连用的微小铟柱，用于与读出电路电学连接。其中二个不同波段是指短波红外、中波红外和长波红外中任二个波段。

所说的二个不同波段的波段一窄带滤光片3和波段二窄带滤光片4是根据器件所要求的波段和带宽制备的带通滤光片。

本发明器件的装配程序是：首先，采用多芯片铟柱倒焊互连技术，把波段一线列光敏元芯片10和波段二线列光敏元芯片11分别与双波段读出电路2进行倒焊互连，使各红外光敏元与读出电路输入端一一对应的机械与电学连接，完成双波段焦平面器件的集成。然后把互连好的双波段焦平面器件安装到封装基板1上，并紧贴封装基板1的长度方向一边，这样做的目的是为了便于拼接长线列红外焦平面器件。而后，把四块垫块5分别安装在二个线列光敏元芯片二端的封装基板1上，并将波段一窄带滤光片3粘贴在波段一线列光敏元芯片10二端的垫块上，波段二窄带滤光片4粘贴在波段二线列光敏元芯片11二端的垫块上。最后，利用键压技术完成从读出电路引线键压脚7与封装基板上引线键压脚9的键压引线8。从而完成双波段红外焦平面器件的制作过程。

Claims (3)

1. 一种窄带双波段扫描型红外焦平面探测器，包括封装基板(1)，在封装基板上置有与封装基板牢固结合的双波段扫描型红外焦平面探测器及二个不同波段的窄带滤光片；其特征在于：

所说的双波段扫描型红外焦平面探测器是由二个独立的波段一线列光敏元芯片(10)和波段二线列光敏元芯片(11)通过多芯片倒焊互联分别与双波段读出电路(2)的二个波段输入端实现机械和电学连接组成的；在二个线列光敏元芯片的二端，在封装基板上置有用于安装二个不同波段窄带滤光片的垫块(5)，波段一窄带滤光片(3)安装在波段一线列光敏元芯片(10)二端的垫块上，波段二窄带滤光片(4)安装在波段二线列光敏元芯片(11)二端的垫块上；双波段读出电路(2)上设有引线键压脚(7)，封装基板(1)上设有引线键压脚(9)，它们通过键压引线(8)实现电连接，构成一个窄带双波段扫描型红外焦平面探测器。

2. 根据权利要求1的一种窄带双波段扫描型红外焦平面探测器，其特征在于：所说的双波段读出电路上还设有用于拼接形成1000～6000元的长线列窄带双波段扫描型红外焦平面探测器的对准标记(6)。

3. 根据权利要求1的一种窄带双波段扫描型红外焦平面探测器，其特征在于：二个不同的波段是指短波红外、中波红外和长波红外中任二个波段。

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