CN100479150C - 一种超长线列红外焦平面探测器 - Google Patents

一种超长线列红外焦平面探测器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超长线列红外焦平面探测器，该探测器是由多个子模块旋转对称交叉固定在拼接基板上，形成没有漏元的拼接。子模块是一种规模较小的256×1或512×1的线列红外焦平面探测器，该线列红外焦平面探测器可以是单波段的，也可以是双波段的。本发明器件的优点是：装配式设计，利于安装、调试，使用灵活。

Description

一种超长线列红外焦平面探测器
技术领域
本发明涉及红外焦平面探测器，特别是指一种由多个子模块拼接的超长线列红外焦平面探测器。
技术背景
红外探测技术在对大地观测、空中侦察、气象学、地貌学、环境监测、资源调查等军工民用领域有着极其重要的地位，是一项综合性高技术。在航空、航天红外遥感技术领域，其主要发展方向：一方面是提高红外探测器的光电性能，提高探测灵敏度，以获取更丰富的目标信息；另一方面是扩大红外探测器的规模，即增加红外敏感元数量，以提高红外系统空间探测分辨率。因为对于工作在相同高度的仪器平台、相同刈幅的遥感仪器，敏感元数量越多，则空间分辨率越高，而高空间分辨率的红外遥感仪器是红外预警、搜索、跟踪系统的首要指标。因此，大规模的红外焦平面探测器，是高性能红外遥感仪器的核心部件。
航空、航天红外对地遥感探测，由于航空航天器自身具有一维对地运动，所以采用一种所谓“推扫”的工作模式，即探测敏感元沿一维方向排列，排列方向与航天器运动方向垂直，利用飞机或卫星在高空绕地球飞行的一维相对运动，实现沿飞行方向对地观测的一维扫描(机械扫描)；而垂直于飞行方向排列的敏感元与读出电路结合实现另一维的扫描(电子扫描)，由此形成二维对地观测图象。为使地面空间分辨率足够高，则探测器敏感元数量必须足够多。要实现高空间分辨率，可以采用大规模凝视型面阵焦平面探测器，或采用超长线列探测器、以“推扫”工作模式实现。例如，为实现全球遥感探测、一公里左右的空间分辨率，则探测器敏感元数目必须达6000×12000元的规模。要达到如此规模的凝视型探测，目前的红外材料制备技术、器件工艺技术以及物理特性限制等因素(高灵敏红外探测器都在低温下工作，由于热应力的存在，探测器的最大尺寸物理上受到限制)，凝视型探测器是不可能的。而利用“推扫”模式、采用拼接技术制造超长线列焦平面探测器，则可以达到所要求的目的。
所谓的拼接型超长线列(2000～6000元)红外焦平面探测器，就是在一维方向上，由多个子模块拼接形成的一种扫描型红外焦平面探测器。目前，国外也有采用直线拼接模式制备的1500元长线列红外焦平面，即在一块基板上通过铟柱倒焊技术把多个数百元的红外敏感元列阵芯片“紧密”排列。采用这种拼接结构，存在的问题是技术难度极大，成品率很低，而且随着子模块数的增加，成品率呈指数下降。所以，要研制6000元长线列焦平面，用直线拼接模式几乎不可能。
发明内容
基于上述已有技术存在的问题，本发明的目的是要提出一种工艺简单、成品率高的由多个子模块“无缝”拼接的超长线列红外焦平面探测器，该超长线列红外焦平面探测器不受物理条件限制。
本发明的超长线列红外焦平面探测器，包括：拼接基板、多个子模块、带有冷滤光片的窗架和外引线带。
所述的拼接基板是由低热膨胀系数的金属材料：可阀或殷钢制成，上面镶嵌有陶瓷过渡板，拼接基板和陶瓷过渡板的表面平行度、平整度要优于0.005mm。
所说的子模块是一种规模较小的256×1或512×1的线列光敏元芯片通过倒焊基板与读出电路电学连接组成的线列红外焦平面探测器，该线列红外焦平面探测器为单波段或双波段。
所说的单波段子模块是由单个线列光敏元芯片通过倒焊基板与单波段读出电路电学连接组成的。
所说的双波段子模块是由二个不同波段的分列的线列光敏元芯片通过倒焊基板与双波段读出电路电学连接组成的。
所说的倒焊基板上还设有用于拼接长线列红外焦平面探测器用的对准标记。
所说的多个子模块是通过倒焊基板上的对准标记旋转对称交叉拼接固定在陶瓷过渡板上，形成红外敏感元在垂直于扫描方向上的一维排列结构。所谓旋转对称交叉拼接即将多个子模块分编成奇数子模块和偶数子模块，或者以奇数子模块旋转180°，或者以偶数子模块旋转180°，并使二个子模块的光敏元边边相切，实现所谓的没有“接缝”，即没有漏元的拼接。
各个子模块在电学上是相互独立的，通过薄膜引线带引入各子模块工作脉冲与信号输出。
带有冷滤光片的窗架通过螺钉固定在拼接基板上，并使冷滤光片位于线列光敏元上方，滤光片的带通根据线列光敏元的工作波段而定。
本发明的器件有如下优点：
1)装配式设计，利于安装、调试，使用灵活；
2)在一维方向上可以根据需要，确定超长线列的敏感元数量，可以裁减；
3)各子模块是统一规格的，有利于选择性能一致的子模块用于拼接，减少子模块规格，有利于降低成本，提高整个超长线列器件的响应率和均匀性；
4)各子模块电学上的独立性，可以分别对模块的工作点进行微调，以利于超长线列器件的均匀性；
5)由于模块在机械上是独立的、尺寸较小的小线列器件，所以由于热胀系数差异导致的热应力局限于模块尺寸相同的数值。因此，不因超长线列器件线度的大幅度增加而热应力增加。
6)由于是“无缝”拼接，所以在垂直扫描方向上，最终的图象是没有“接缝”的。
7)由于是多模块拼接，技术上、物理上以现有技术是可以实现超长线列焦平面器件的制造。
附图说明
图1为本发明的超长线列红外焦平面探测器结构的平面示意图；
图2为图1的剖面结构示意图；
图3为线列子模块旋转对称交叉拼接光敏元位置关系的平面示意图；
图4带有对准标记的子模块示意图。
具体实施方式
下面以单波段的256×1的线列焦平面器件为子模块，结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明：
本发明的超长线列焦平面器件由镶嵌有陶瓷过渡板3的拼接基板1、奇数子模块6、偶数子模块4、带滤光片9的冷滤光片窗架8、奇数模块外引线带7、偶数模块外引线带5等部件构成。
拼接基板1是由低热膨胀系数的金属材料可阀制成，上面镶嵌有陶瓷过渡板3，拼接基板和陶瓷过渡板的表面平行度、平整度要优于0.005mm。拼接基板上有一系列安装冷滤光片窗架8、外引线带5、7等零件所必须的镙孔2，螺孔分布位置精密定位。
子模块由线列光敏元芯片16、读出电路17、倒焊基板18组成。倒焊基板设有与其探测信号输入端有相对固定位置关系的对准标记19，由于线列光敏元芯片16、读出电路17与倒焊基板18是通过倒焊互联实现机械和电学连接的，因此倒焊基板18上的对准标记与光敏元也有固定的对应位置关系。
奇数子模块外引线带7和偶数子模块外引线带5的绝缘层是由聚酰亚胺基耐低温材料制成的。
器件的安装：首先，将奇、偶子模块6、4按大致要求位置交叉旋转对称排列，用DW3低温胶固定在拼接基板上1的陶瓷过渡板3上。然后将其放在带有三维测量功能的三维影象测试仪下，测试精度为0.001mm，在实时监控下，利用多维微动探针，通过倒焊基板18上的位置对准标记，把奇数子模块6、偶数字模块4移动到精确位置。即奇偶子模块间，奇数子模块6的最后一元光敏元13与偶数子模块4的最后一元光敏元14边边相切；偶奇模块间，偶数模块第一元光敏元15与奇数模块第一元12光敏元边边相切，达到“无缝”拼接，见图3。然后，分别安装偶数子模块外引线带5和奇数子模块外引线带7，外引线带由外引线安装板10通过螺钉将引线带5、7固定，利用键压方法把各模块键压压点与外引线带连接。最后，在拼接基板1上，将带滤光片9的冷滤光片窗架8通过螺钉11安装在拼接基板1上。由此，组成完整的超长线列红外焦平面探测器。

Claims (7)

1.一种2000至6000元超长线列红外焦平面探测器，包括：拼接基板、多个子模块、带有冷滤光片的窗架和外引线带，其特征在于：
所说的拼接基板(1)是由低热膨胀系数的金属材料制成，上面镶嵌有陶瓷过渡板(3)；
所说的子模块是一种规模较小的256×1或512×1的线列光敏元芯片通过倒焊基板(18)与读出电路电学连接组成的线列红外焦平面探测器；
所说的倒焊基板(18)上还设有用于拼接长线列红外焦平面探测器用的对准标记(19)；
所说的多个子模块是通过倒焊基板(18)上的对准标记(19)旋转对称交叉拼接固定在陶瓷过渡板(3)上，形成敏感元一维排列结构；所谓旋转对称交叉拼接，即将多个子模块分编成奇数子模块(6)和偶数子模块(4)，或者以奇数子模块旋转180°，或者以偶数子模块旋转180°，并使相邻二个子模块的光敏元边边相切，实现所谓的没有“接缝”，即没有漏元的拼接；
各个子模块在电学上是相互独立的，通过外引线带(7、5)引入各子模块工作脉冲与信号输出；
带有冷滤光片(9)的窗架(8)通过螺钉固定在拼接基板(1)上，并使冷滤光片位于线列光敏元上方，滤光片的带通由线列光敏元的工作波段而定。
2.根据权利要求1的一种2000至6000元超长线列红外焦平面探测器，其特征在于：所说的拼接基板和陶瓷过渡板的表面平行度、平整度要优于0.005mm。
3.根据权利要求1的一种2000至6000元超长线列红外焦平面探测器，其特征在于：所说的子模块为单波段或双波段。
4.根据权利要求1的一种2000至6000元超长线列红外焦平面探测器，其特征在于：所说的奇数子模块外引线带(7)和偶数子模块外引线带(5)的绝缘层是由聚酰亚胺基耐低温材料制成的。
5.根据权利要求3的一种2000至6000元超长线列红外焦平面探测器，其特征在于：所说的单波段子模块是由一个线列光敏元芯片与单波段读出电路电学连接组成的。
6.根据权利要求3的一种2000至6000元超长线列红外焦平面探测器，其特征在于：所说的双波段子模块是由二个不同波段的分列的线列光敏元芯片分别与双波段读出电路的二个波段输入端电学连接组成的。
7.根据权利要求1的一种2000至6000元超长线列红外焦平面探测器，其特征在于：所说低热膨胀系数的金属材料为可阀或殷钢。
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