CN103278157A - 一种高精度星敏感器成像组件光机连接结构 - Google Patents

Abstract

一种高精度星敏感器成像组件光机连接结构，包括芯片安装框、探测器芯片、芯片驱动电路板、弹性垫；芯片安装框提供探测器芯片的安装面，将探测器芯片的感光面中心基本置于安装框中心，可大幅提高探测器芯片的安装定位精度；芯片安装框设计与芯片前端的光学镜头安装接口，可将成像组件直接安装于光学镜头焦面处，降低与光学镜头装配误差；芯片安装框同时提供了芯片驱动电路板的安装面，使探测器芯片安装于芯片安装框后可焊接于芯片驱动电路板上；弹性垫位于芯片驱动电路板与芯片安装框之间，避免两者在空间环境温度交变时的应力集中。本发明具有结构简单、加工难度可控、装配精度高等优点，实现了轻量化、小型化设计。

Description

一种高精度星敏感器成像组件光机连接结构

技术领域

本技术属于航天测试领域，涉及一种高精度星敏感器成像组件光机结构。

背景技术

高精度星敏感器一般指姿态测量精度优于1角秒的恒星敏感器。近年来，随着星敏感器技术应用日益广泛，高精度对地观测和天文观测、高精度航天器控制等技术均对星敏感器提出高精度需求。

高精度星敏感器的成像组件主要由光学镜头、探测器芯片、探测器外围电路、光机结构组成。探测器成像组件的光机结构根据星敏感器所用探测器封装特点进行结构设计，解决探测器芯片的高精度安装固定问题。高精度星敏感器选用的探测器芯片探测器的封装特点为：芯片本身不提供安装面及安装孔；芯片外形尺寸小，芯片焊针位于芯片背部，所有焊针位置集中；焊针间间隙小。

对此封装形式的芯片，一般采用将芯片焊接于电路板上，通过固定电路板建立芯片与光学镜头间的位置关系。此种设计存在如下缺陷：

1）探测器芯片通过与芯片驱动电路板的焊盘焊接固定，焊接后芯片与电路板的位置关系精度不高。

2）电路板通过安装孔安装于结构上，安装孔只保证安装牢固，没有定位功能。导致芯片与光学镜头的装配误差不可控，一般在0.5mm左右。

3）由于电路板自身材料的限制，整体空间热稳定性不好，由于温度影响，电路板产生的形变将影响整机测量精度。

因此，传统设计方式不能满足高精度星敏感器当中探测器芯片固定问题、高配合精度问题以及空间环境的使用要求问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高精度星敏感器成像组件光机连接结构，解决了探测器芯片固定问题，且具有很高的配合精度，同时满足空间环境要求。

本发明的技术方案是：一种高精度星敏感器成像组件光机连接结构，其特征在于：包括芯片安装框、凸耳、薄基准台、厚基准台；芯片安装框为底部封闭的空心圆柱体结构，芯片安装框的周围均布着三个用于固定芯片安装框的凸耳；芯片安装框的底部外侧安装有一个正方形的薄基准台，薄基准台的中间连同芯片安装框的底部挖有一个方孔；正方形薄基准台的对角上安装有两个螺纹孔；薄基准台通过两个螺纹孔与芯片驱动电路板固定连接；薄基准台与芯片驱动电路板之间垫有弹性垫；薄基准台的一侧固定有用于提供芯片安装基面的厚基准台。

本发明与现有技术相比的优点在于：

高精度星敏感器光学镜头与探测器一体的光机结构设计工艺可行、加工难度可控、装配简单，不需设计复杂的整机主体结构即可实现探头组件的高精度装配。此结构的设计不但提高了探头组件的装配精度，亦解决了小型化设计难题，为整机轻量化做出了贡献。具有工程推广性。通过此光机连接结构，探测器芯片与光学镜头结合一体，形成高精度光机组件，极大提高了探测器芯片与光学镜头的安装精度，简化了整机主体结构，降低了主体结构的加工难度。

附图说明

图1为本发明高精度星敏感器成像组件光机结构正面示意图；

图2为本发明高精度星敏感器成像组件光机结构背面示意图；

图3为一种高精度星敏感器成像组件光机结构示意图。

具体实施方式

针对本发明高精度星敏感器成像组件光机连接结构特点，考虑空间使用环境及工程实现性，提供了一种高精度星敏感器成像组件光机结构，如图1至图3所示：

本发明高精度星敏感器成像组件光机连接结构包括芯片安装框3、安装凸耳9、薄基准台10、厚基准台11；芯片安装框3为底部封闭的空心圆柱体结构，芯片安装框3的周围均布着三个用于固定芯片安装框3的凸耳9，通过该凸耳9与厚度环2一起固定在光学镜头1上；芯片安装框3的底部外侧安装有一个正方形的薄基准台10，薄基准台10的中间连同芯片安装框3的底部挖有一个方孔；正方形薄基准台10的对角上安装有两个螺纹孔；薄基准台10通过两个螺纹孔与芯片驱动电路板4固定连接；薄基准台10与芯片驱动电路板4之间垫有弹性垫7；薄基准台10的一侧固定有用于提供芯片安装基面的厚基准台11；厚基准台11与芯片安装框的凸耳9建立精度关系；芯片驱动电路板4上有探测器芯片8的焊盘孔，芯片驱动电路板4安装固定后，焊接探测器芯片8的引脚；探测器芯片8的感光面中心与芯片安装框3的机械回转中心位置偏差不大于0.01mm。

探测器芯片8为陶瓷封装，芯片正面为保护玻璃，背面为焊针。根据芯片背部空间，在其光机结构上设计了基准台，探测器芯片8通过胶粘直接粘贴于基准台上。为保证精度，同时考虑焊接工艺，基准台的一边加厚。设计其余三边的厚度，保证芯片粘贴固定后不影响电路板电装。探测器芯片8与结构间的胶层固化时，调整探测器芯片8位置，使探测器芯片8中心与光机结构中心位置偏差不小于10um，俯仰、偏航小于10′。此时，芯片与光机结构安装面已建立空间关系，两者形成光机组件。

本发明选用钛合金材料，与光学镜头镜筒及调焦环材料一致。避免空间热环境下不同材料线胀系数带来的热变形。光机结构设计时，尽量设计为回转对称，整体无缺口，避免过大的热形变。

本发明芯片与结构间靠填胶固定。固化时，通过改变胶层厚度，调整芯片与结构的位置关系，最终固化后的位置精度可以达到10um（水平和垂直两个方向），俯仰偏航方向指向小于10′。将芯片与结构形成的光机组件装配到光学镜头后端面后，在结构预留的空间内，可以通过调整调焦环的厚度及倾斜度精调芯片与光学镜头的空间指向关系，解决了高精度星敏感器的高精度定位要求。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种高精度星敏感器成像组件光机连接结构，其特征在于：包括芯片安装框（3）、凸耳（9）、薄基准台（10）、厚基准台（11）；芯片安装框（3）为底部封闭的空心圆柱体结构，芯片安装框（3）的周围均布着三个用于固定芯片安装框（3）的凸耳（9）；芯片安装框（3）的底部外侧安装有一个正方形的薄基准台（10），薄基准台（10）的中间连同芯片安装框（3）的底部挖有一个方孔；正方形薄基准台（10）的对角上安装有两个螺纹孔；薄基准台（10）通过两个螺纹孔与芯片驱动电路板（4）固定连接；薄基准台（10）与芯片驱动电路板（4）之间垫有弹性垫（7）；薄基准台（10）的一侧固定有用于提供芯片安装基面的厚基准台（11）。

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