CN103390595B - 加固的光子晶体传感器封装 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于加固的光子晶体（PC）传感器封装的方法、系统和装置。具体地，本公开教示了一种适用于光子晶体传感器（220）的加固封装，其包含消除光导纤维以及光子晶体传感器（220）的重要部分在恶劣环境中的暴露的气密封接高温套（292）和套管（290）。公开的封装方法使基于光子晶体型传感器（220）可在具有挑战性的环境中运行，挑战性的环境中不利的环境条件，例如电磁干扰（EMI）、腐蚀性流体、温度变化大以及强烈的机械振动，目前排除使用传统的传感器技术。

Description

加固的光子晶体传感器封装
背景技术
本公开涉及光子晶体。尤其，涉及加固的光子晶体传感器封装。
发明内容
本公开涉及一种用于加固的光子晶体传感器封装的方法、系统和装置。在一个或更多实施例中，一种用于气密地密封传感器芯片的公开方法包含以多纳圈样式(donutpattern)使传感器芯片金属化。在一个或更多实施例中，多纳圈样式匹配柯伐管的直径和壁厚。方法还包含使传感芯片中心定于柯伐管一个末端的中轴线。同样，方法包含焊接芯片到柯伐管的末端以形成传感器芯片组件。此外，方法包含使纤维(例如光导纤维)金属化。此外，方法包含通过焊接金属化纤维到金属套管内部而装配金属化纤维到金属套管。此外，方法包含插入金属套管到传感器芯片组件的柯伐管内部。此外，方法包含对准金属化纤维的一个末端到传感器芯片组件的传感器芯片。而且，方法包含焊接金属套管的外表面到传感器芯片组件的柯伐管的内表面。
在一个或更多实施例中，三轴架工具被用于使传感器芯片中心定于柯伐管的中轴线。在至少一个实施例中，三轴架被用于对准金属化纤维的一个末端到传感器芯片。在一些实施例中，射频(RF)感应加热被用于焊接传感器芯片到柯伐管末端。在一个或更多实施例中，RF感应加热和多纳圈形预成型焊料被用于焊接金属套管到柯伐管的内表面。
在至少一个实施例中，一种用于气密密封传感器芯片的方法包含通过多纳圈样式玻璃焊料覆盖传感器芯片。在一个或更多实施例中，多纳圈式玻璃焊接与陶瓷管的直径和壁厚相匹配。同样，方法包含使传感器芯片中心定于陶瓷管一个末端的中轴线。方法还包含焊接传感器芯片到陶瓷管末端以形成传感器组件。此外，方法包含通过焊接纤维到陶瓷套管内部而用纤维装配陶瓷套管。此外，方法包含插入陶瓷管到传感器芯片组件的陶瓷管内部。此外，方法包含对准纤维的一个末端到传感器芯片组件的传感器芯片。而且，方法包含焊接陶瓷套管的外表面到传感器芯片组件的陶瓷管的内表面。
在一个或更多实施例中，三轴架工具被用于使传感器芯片中心定于陶瓷管的中轴线。在一些实施例中，三轴架工具用于对准纤维的末端到传感器芯片。在至少一个实施例中，局部常热式加热(thermal heating)及玻璃焊料被用于焊接传感器芯片到陶瓷管的末端。在一个或更多实施例中，局部常热式加热和多纳圈形玻璃预成型焊料被用于焊接陶瓷套管的外表面到陶瓷管的内表面。
在至少一个实施例中，一种用于气密地密封传感器芯片的方法，包含密封传感器芯片到主封装体的前突出部(front snout)的一个末端。方法还包含插入纤维到主封装体的后突出部(back snout)的一个末端。同样，方法还包含对准纤维一个末端到传感器芯片。此外，方法包含在纤维基座上锁定纤维。在一个或更多实施例中，纤维基座是位于主封装体内部。此外，方法包含在主纤维封装体的后突出部末端上密封纤维。此外，方法包含应用纤维套到纤维一个末端，该末端与被对准到传感器芯片的末端相反，其中一部分纤维套是位于主封装体的后突出部内部。此外，方法包含密封后突出部的内腔。同样，方法包含连接纤维靴到后突出部末端和至少一部分纤维套。此外，方法包含使主封装体、传感器芯片、纤维、纤维基座、纤维套、纤维靴排气。而且，方法包含在主封装体的上侧密封盖子。
在一个或更多实施例中，密封传感器芯片到前突出部是通过自动对准方法实现的，其利用当焊料冷却和凝固时回流焊料的表面张力以使传感器芯片中心自动地定于前突出部的中轴线。在至少一个实施例中，高精度三维微定位器被用于对准纤维末端到传感器芯片。在一些实施例中，公开的方法还包含应用军用级别环氧树脂保护层到前突出部，以保护传感器芯片的侧壁并且加强传感器芯片到前突出的密封。
在一个或更多实施例中，公开的方法还包含使至少部分纤维金属化。对于这种方法，在一些实施例中，密封传感器到前突出部末端的实现，是通过使用高温焊料以及通过以匹配前突出部末端的圆周尺寸和形状样式使传感器芯片金属化。在至少一个实施例中，高温焊料是铅锡(PbSn)焊料和/或金锡(AuSn)焊料。同样使用这种方法，在一个或更多实施例中，高温焊料用于在纤维基座上锁定纤维。此外，在一些实施例中，对于这种方法，预成型焊料被用于在后突出部末端上密封纤维。对于这种方法，盖子是金属盖子。同样对于这种方法，在至少一个实施例中，滚动加热器被用于密封主封装体顶端的金属盖子。
在至少一个实施例中，密封传感器到前突出部末端的实现，是通过使用多纳圈形高温玻璃预成型焊料，其匹配前突出部或高温环氧树脂的直径。在至少一个实施例中，方法还包含连接陶瓷套管到至少一部分纤维。在一些实施例中，连接陶瓷套管到至少一部分纤维的实现，是通过使用高温环氧树脂或高温玻璃焊料。在一个或更多实施例中，锁定在纤维基座上纤维的实现，是通过使用高温玻璃焊料或高温环氧树脂。在至少一个实施例中，密封在后突出部末端上纤维的实现，是通过融化非传导预璃成型玻焊料或通过在主封装体分界面的纤维和壁位置标绘(plotting)高温环氧树脂。在一些实施例中，盖子是陶瓷盖子。在至少一个实施例中，实现密封盖子到主封装体顶端，是通过使用玻璃预成型焊料，其匹配主封装体顶端边缘周边以及通过使用滚动加热器密封。
在附图和文本中，在一个方面，公开了一种用于气密密封传感器芯片130的方法，方法包含：以多纳圈形样式使传感器芯片130金属化，其中以多纳圈样式匹配柯伐管140的直径和壁厚；使传感器130中心定于柯伐管140的中轴线；焊接传感器芯片130到柯伐管140的末端以形成传感器芯片组件170；使纤维160金属化；装配金属套管150和金属化纤维160，其通过焊接金属化纤维160到金属套管150内部；插入金属套管150到传感器芯片组件170的柯伐管140内部；对准金属化纤维160的一个末端到传感器芯片组件170的传感器芯片130；以及焊接金属套管150的外表面到传感器组件的柯伐管140的内表面。
在一个变化中，方法包含其中三轴架是用于使传感器芯片130中心定于柯伐管140的中轴线。在另外的变化中，方法包含其中三轴架是用于对准金属化纤维160末端到传感器芯片130。仍在另外的变化中，方法包含其中射频RF感应加热是用于焊接传感器芯片130到柯伐管140末端。仍在另外的变化中，方法包含其中射频RF感应加热和多纳圈形预成型焊料180是用于焊接金属套管150的内表面到柯伐管140的外表面。
在一个方面，公开了一种用于气密密封传感器芯片130的方法，方法包含：使用以多纳圈样式的玻璃焊料覆盖传感器芯片130，其中以多纳圈样式玻璃焊料匹配陶瓷管140的直径和壁厚；使传感器130中心定于陶瓷管140一端的中轴线；焊接传感器芯片130到陶瓷管140的末端以形成传感器芯片组件170；装配陶瓷套管150和纤维160，其通过焊接纤维160到陶瓷套管150内部；插入陶瓷套管150到传感器芯片组件170的陶瓷管140内部；对准纤维160的一个末端到传感器芯片组件170的传感器芯片130；以及焊接陶瓷套管150的外表面到传感器组件的陶瓷管140的内表面。
在一个变化中，方法包含其中三轴架是用于使传感器芯片130中心定于陶瓷管140的中轴线。在另外的变化中，方法包含其中三轴架用于对准纤维160的末端到传感器芯片130。仍在另外的变化中，方法包含其中用玻璃焊料局部常热式加热被用于焊接传感器芯片130到陶瓷管140的末端。仍在另外的变化中，方法包含局部常热式加热和多纳圈形的玻璃预成型焊料180被用于焊接陶瓷套管150的外表面到陶瓷管140的内表面。
在一方面，公开了一种用于气密密封传感器芯片220的方法，方法包含：密封传感器芯片220到主封装体140的前突出部250一个末端；插入纤维230到主封装体140，其通过主封装体140的后突出部260的开口；对准纤维230一个末端到传感器芯片220；锁定纤维230在纤维基座270上，其中纤维基座270是位于主封装体240内部；在主封装体240的后突出部260的末端密封纤维230；应用纤维套292到纤维230一个末端，该末端与被对准到传感器芯片220的末端相反，其中部分纤维套292位于主封装体240的后突出部260内部；密封后突出部260的内腔；连接纤维靴到后突出部260以及到至少一部分纤维套292；使主封装体240、传感器芯片220、纤维230、纤维基座270、纤维套292和纤维靴295排气；以及密封盖子到主封装体140顶端。
在一个变化中，方法包含其中密封传感器芯片220到前突出部250的实现是通过利用自动对准程序实现的，其当焊料冷却和凝固时利用回流焊料的表面张力以使得传感器芯片220中心自动地定于前突出部250的中轴线。在另外的变化中，方法包括其中方法还包含至少部分金属化纤维230。仍在另外的变化中，方法包含其中密封传感器芯片220到前突出部250的实现是通过使用高温焊料以及通过以匹配前突出部250末端的圆周尺寸和形状样式使传感器芯片220金属化。仍在另外的实施例中，方法包含其中高温焊料至少是铅锡(PbSn)焊料和金锡(AuSn)中的一种。
在一个示例中，方法包括其中方法包含应用军用级别的环氧树脂保护层到前突出部250的外表面，以保护传感器芯片220的侧壁并且加强密封传感器芯片220到前突出部250。在另外的示例中，方法包括其中高温焊料被用于在纤维基座270上锁定纤维230。仍在另外的示例中，方法包含其中预成型焊料被用于密封纤维在后突出部260末端。仍在另外的示例中，方法包括其中盖子280是金属盖子280。
在一个实例中，方法包括其中滚动加热器被用于密封金属盖子280到主封装体240的顶端。在另外的实例中，方法包括其中高精度三维微定位器被用于对准纤维230末端到传感器芯片220。仍在另外的示例中，方法包括其中密封传感器芯片220到前突出部250的实现，是通过使用匹配前突出部250末端的直径的圆形高温预成型玻璃焊料，且通过使用高温玻璃焊料和高温环氧树脂中的一种。仍在另外的实例中，方法还包含连接陶瓷套管290到至少一部分纤维230。仍在另外的实例中，方法包括其中连接陶瓷套管290到至少一部分纤维230的实现，是通过使用高温环氧树脂和高温玻璃焊料中的至少一种。
在一个替代中，方法包括其中锁定纤维230在纤维基座270上的实现，是通过使用高温玻璃焊料和高温环氧树脂的至少其中一种。在另外的替代中，方法包括其中密封纤维230在后突出部260上的实现，是通过在主封装体240的纤维230和壁的分界面位置上融化非传导预成型玻璃焊料和标绘高温树脂中的其中一种。仍在另外的替代中，方法包括其中盖子280是陶瓷盖子280。仍在另外的替代中，方法包括其中密封陶瓷盖子280到主封装体240顶端的实现，是通过使用匹配主封装体240顶端边缘的周边的预成型玻璃焊料，且通过使用滚动加热密封。
特征、功能和优点，可通过本发明的不同实施例中被独立地实现或者可能被结合在其他的实施例中。
附图说明
本公开的这些和其他的特征、方面和优点对于如下的说明、所附的权利要求以及附图，将会被更好地理解，其中：
图1A-1C是根据本公开的至少一个实施例公开的气密密封基于光子晶体型传感器的无源对准程序的图解。
图2A-2B是根据本公开的至少一个实施例公开的气密密封光子晶体型传感器的有源对准程序的图解。
图3是根据本公开的至少一个实施例公开的气密密封具有金属元件的光子晶体型传感器的无源对准程序的流程图。
图4是根据本公开的至少一个实施例公开的气密密封具有非金属元件的光子晶体型传感器的无源对准程序的流程图。
图5是根据本公开的至少一个实施例公开的气密密封具有金属或非金属元件的光子晶体型传感器的有源对准程序的流程图。
具体实施方式
此处公开的方法和装置提供了一种用于加固的光子晶体传感器封装的可操作系统。具体地，本公开教示了加固封装光子晶体(PC)传感器的封装，其包含消除光子晶体传感器的光纤维和重要的部分暴露在恶劣环境的气密封高温套和套管。本公开中说明的封装方法可使基于光子晶体型传感器在需要的空间环境中运行。
当前，纤维干涉仪和光纤光栅传感器是光学传感器，由于他们的结构简单性、突出的可靠性、高敏感度以及可在临界和极端条件下工作，对于许多应用(例如，对于获得物理、化学和生物测量值)是具有吸引力的。但是，这些传感器系统的成本和尺寸限制了他们的应用。这些设备只倾向适合于实验室的使用，因为他们是笨重的、体积庞大的以及昂贵的。
在本公开中说明的封装方法使得在具有挑战性的环境下的遥感成为可能，其中不利环境条件(例如电磁干涉(EMI)、腐蚀性流体、大温度变化以及强烈的机械振动)目前排除使用传统传感器技术。例如，在现代飞机上使用光学燃料传感器和互连接器将大量地减少重量并且提高性能从而提供显著的成本节约。而且，成本节约源于传感器对EMI、温度变化、腐蚀性介质和振动的强固性，其简化了这些传感器到现代飞机中的封装和集成。
在如下说明中，多个详细说明的阐述是为了提供系统的更全面描述。但是，对于本领域技术人员将显而易见的是，本公开系统可在没有这些具体的细节时执行。在其它的实例中，众所周知的特性不会被详细地描述以免不必要地使系统难以理解。
本公开教示了两种执行公开的加固密封光子晶体传感器封装的方法。这两种方法是：(1)以无源纤维对准程序封装光子晶体传感器，从而气密密封传感器；以及，(2)以有源纤维对准程序封装光子晶体传感器，从而气密地密封传感器。如下的附图说明将说明这两种方法。
图1A-1C是根据本公开的至少一个实施例，所公开的气密密封基于光子晶体型传感器130的无源对齐程序的图解(100、110、120)。对于显示在三个附图中的加固的光子晶体传感器封装，应注意的是封装可能包括金属元件或非金属元件。还应注意的是，对于这三个图，用参考数字标示的一些物品可能双重地代表由金属元件制造的物品以及由非金属元件制造的物品(例如，当封装包含金属元件时，物品140代表柯伐(kovar)管；以及当封装包含非金属元件时，物品140代表陶瓷管)。
当封装包含金属元件时，在程序的开始，基于光子晶体型传感器芯片130以匹配柯伐管140的直径和壁厚的多纳圈样式(图中没有显示)被金属化，以允许传感器芯片130焊接到柯伐管140的末端，因此形成传感器芯片组件170。射频(RF)感应加热被用于此局部焊接。三轴架和显微镜被用于使传感器芯片130中心定于柯伐管140的中轴线。
而后，具有金属化纤维160的金属套管150通过焊接纤维160到套管150而装配。套管150而后被插入传感器芯片组件170的柯伐管140内部。具有连接的传感器芯片130的柯伐管140与套管光导纤维160对准，其通过使用三轴架以将纤维160末端与传感器芯片130对准。在传感器芯片130被正确地对准纤维160后，通过使用RF感应加热和多纳圈形预成型焊料(solder perform)180，套管150的一部分外径被焊接到柯伐管140的一部分内径。
当封装包含非金属元件时，在过程的开始，基于光子晶体型传感器芯片130以多纳圈样式(图中没有显示)玻璃焊料被涂覆，其匹配陶瓷管140的直径和壁厚以允许焊接传感器芯片130到陶瓷管140末端，由此形成传感器芯片组件170。对于该焊接过程，局部热量加热被用于玻璃焊料。三轴架和显微镜被用于使传感器芯片130中心定于陶瓷管140的中轴线。
在传感器芯片130被焊接到陶瓷管140末端后，具有光导纤维160的陶瓷管150通过使用玻璃焊料将纤维160连接到套管150内部而装配。而后，套管150被插入到传感器芯片组件170的陶瓷管140内部。具有连接的传感器芯片130的陶瓷管140与套管光纤维160对准，其通过使用三轴架以将纤维160的末端与传感器芯片130对准。当传感器芯片130被正确地对准纤维160时，通过使用RF感应加热和多纳圈形预成型玻璃焊料180，套管150的一部分外径被含焊接到陶瓷管140的一部分内径。
图2A-2B是根据本公开的至少一个实施例，所公开的气密密封基于光子晶体型传感器130的有源对准程序的图解(100、110、120)。与图1A-1C相似，这些附图中的封装可能包括金属元件或非金属元件。还与图1A-1C相似，这些图中用参考数字标示的一些物品可能双重地代表由金属元件制造的物品以及由非金属元件制造的物品。
具体地，图2A-2B描述了公开的气密密封光子晶体传感器220，其通过使用有源纤维对准技术连接多模纤维230以用于航空应用。此方法提供了一种用于光子纤维传感器封装的程序，其中光导纤维230与光子晶体传感器220的高精度有源对准是关键的。如这些附图所示，此方法以主封装体240开始，其具有两个集成的突出物250、260(也被称为鼻管250、260)。位于封装体240前侧的突出物250(例如前突出部250)被用于连接绝缘硅(SOI)光子晶体传感器220到封装体240；以及，位于封装体240后侧的突出物260(例如后突出部260)被用于连接光纤维230到封装体240。
封装体240的内部是纤维基座270，其在执行有源对准纤维230到光子晶体传感器220之后被用于连接纤维230到封装体240内部。这种特殊对准程序被称为“纤维锁定”程序，其是在纤维230的最佳光学对准位置上锁定纤维230到光子晶体传感器220的重要步骤。在封装体340顶端是盖子280，在完成纤维230对准、连接到封装基座270以及纤维密封到后突出部上的封装壁之后，其被用来作为封装体240的最终密封件。对于其中金属封装是被允许的传感器应用，主封装体240和盖子280是由镀金柯伐制成。对于其中使用金属不是允许的(例如，对于燃料和/或爆炸性气体传感器)传感器应用，封装体240和盖子280是由陶瓷制成，例如氧化铝或氮化铝(AIN)。图2A-B的详细封装过程被描述如下。
在程序的开始，SOI传感器20被连接到封装体240的前突出部250。对于金属封装，SOI传感器220被连接到前突出部，其通过使用高温焊料，例如铅锡(PbSn)焊料或金锡(AuSn)焊料。对于陶瓷封装，SOI传感器220被连接到前突出部250，其通过使用高温玻璃焊料或环氧树脂。这种连接过程将粗略地对准传感器220到前突出部250的中心，以便于精准有源纤维对准的后续步骤或。预金属化样式在传感器220上形成，以便于匹配前突出部250圆周的尺寸和形状。高温焊接突出物250的圆周到传感器220是通过自动对准焊接方法实现的。焊料凝固后，自定对准方法利用回流焊料的表面张力而自动地对准传感器220的中心到前突出部的中轴线。对于非金属封装，匹配前突出部250直径的圆形高温预成型玻璃焊料被用于密封传感器220到前突出部250。额外层的军用级别环氧树脂255被添加到前突出部的外表面，以保护传感器220的侧壁；其也强化传感器220到前突出部的连接。
接下来，光导纤维230贯穿封装体240的后突出部被插入到封装体240。对于金属封装，纤维230被部分地金属化以用于焊接纤维230到位于封装体240内部的基座270。对于陶瓷封装，使纤维金属化是不需要的。同样对于陶瓷封装，光导纤维230可选择地连接到陶瓷套管290以对于高度振动环境加强纤维230的顶端部分。连接套管290到纤维230的实现是通过没有使用金属焊料的环氧树脂或玻璃焊料。有源对准纤维230到传感器220的实现是通过使用一对被连接到高精度三维微定位器(图中没有显示)的纤维镊子(图中没有显示)约束纤维230。通过输入光信号到纤维230而移动纤维230到它最佳的位置，其照亮传感器220的表面，并且在纤维对准过程中源自传感器220的反射谱被监测。在纤维230在它最佳位置上被有源对准到传感器220后，根据传感器220的目标应用，纤维220(使用或者不使用套管290)通过高温焊料、玻璃焊料或环氧树脂中的任一种方式，被“锁定”在纤维基座270。对于燃料传感器应用，代替金属高温焊料的高温玻璃焊料或环氧树脂被使用。
在纤维230被锁定后，纤维230被密封在封装体240的后突出部260。对于金属封装，位于封装240壁位置的一小部分纤维230被预涂金/镍(Au/Ni)层245，以用于气密密封纤维230到封装240壁。此金属化纤维230到金属封装240壁的密封过程是通过被局部RF感应炉或高温热-镊子加热器加热的预成型焊料被应用在后突出部而实现的。对于非金属(陶瓷)封装，通过融化非传导预成型玻璃焊料或通过在纤维和封装壁的分界面265上标绘高温环氧树脂，执行纤维230到封装240的密封。
在纤维230被密封到封装240的壁后，额外的环氧树脂被用于填补后突出部260的内腔297，并且环氧树脂被固化，其中纤维230尾部外套292(即纤维套)被部分地嵌入到突出物260内部以用于应变消除。纤维靴295由完全固化的空间级环氧树脂连接到后突出部260，其超出纤维230尾部；额外的步骤被执行以保证没有空气起泡被嵌入加工的环氧树脂中。纤维靴295的功能是限制纤维230尾部的弯曲，以便不会超出其允许的弯曲半径；这将防止在封装体240的后突出部260上的纤维230破裂。
在纤维尾部230被连接后，整个封装205(例如，封装体240包含传感器220、纤维230、纤维基座270、可选的套管290、纤维套292和纤维靴295)被置于氮净化的平行封焊机(同样被称为干燥箱)。首先，整个封装205被加热数小时以用于排气。在整个封装205被完全排气后，将盖子密封在封装体240的顶端。对于金属封装，金属(例如，柯伐)盖子280通过一对自动滚动加热器被高温密封到封装体240的顶边缘。封装体240在盖子密封过程中被第一次置于可旋转九十(90)度的平台。接下来，金属盖子被置于封装体240的顶端。一对滚动加热器(图中没有显示)首先接触封装盖子280的前两个平行边缘。辊子而后被加热，并且沿前两个平行盖子边缘滚动以密封盖子280到封装体240。而后，封装体240被旋转90度，并且辊子重复加热步骤以密封封装体240的盖子280的其它两个平行边缘。此盖子-到-封装的密封过程以及一对滚动加热器，被称为“平行焊缝过程”。对于非金属封装的情况，盖子280将由陶瓷材料制成，并且匹配封装体240顶端周边的预成型玻璃焊料被置于封装体240的顶端边缘上。而后，陶瓷盖子280被置于预成型玻璃焊料的顶端。一对滚动加热器执行类似于与用于金属封装描述的平行焊缝过程，除了加热器辊子的温度被设定在玻璃焊料融化的温度。
在平行焊缝过程完成后，整个封装205使用氦泄露测试器检验气密封性。小于大约1E-6(10-6)cc/min的泄露率通常被认为是可接受的气密光子晶体传感器封装。
图3是根据本公开的至少一个实施例，用于气密密封具有金属元件的基于光子晶体型传感器的公开的无源对准程序的流程图300。在流程的开始310，传感器芯片以多纳圈样式被金属化，320。多纳圈样式匹配柯伐管的直径和壁厚。而后，使传感器芯片中心被定于柯伐管末端的中轴线，330。在传感器芯片被定中心后，传感器芯片被焊接到柯伐管的末端以形成传感器芯片组件，340。
使纤维被金属化，350。而后，金属套管被装配金属化纤维，其通过焊接金属化纤维到金属套管内部，360。在金属化纤维被焊接后，金属套管被插入到传感器芯片组件内部，370。而后，金属化纤维的一个末端被对准到传感器芯片组件的传感器芯片，380。在金属化纤维被对准后，纤维套管的至少一部分外表面被焊接到传感器芯片组件的柯伐管的至少一部分内表面，390。在金属套管外表面被焊接到柯伐管的至少一部分内表面后，程序结束，395。
图4是根据本公开的至少一个实施例，用于气密密封具有非金属元件的基于光子晶体型传感器的公开的无源对准程序的流程图400。在方法的开始410，传感器芯片以多纳圈样式被覆盖玻璃焊料，420。玻璃焊料多纳圈样式匹配陶瓷管的直径和壁厚。使传感器芯片中心而后被定于陶瓷管的中轴线，430。在传感器芯片被定中心后，传感器芯片被焊接到陶瓷管末端以形成传感器芯片组件，440。
而后，陶瓷套管被装配纤维，其通过焊接纤维到陶瓷套管内部，450。在纤维被焊接后，陶瓷套管被插入传感器芯片组件的陶瓷管内部，460。纤维的一个末端而后被对准到传感器芯片组件的传感器芯片，470。在纤维被对准后，陶瓷套管的至少一部分外表面被焊接到传感器芯片组件的陶瓷管的至少一部分内表面，480。在陶瓷套管外表面被焊接到陶瓷管的至少一部分的内表面后，方法结束490。
图5是根据本公开的至少一个实施例，用于气密密封具有金属或非金属元件的基于光子晶体型传感器的公开的有源对准程序的流程图500。在流程的开始505，传感器芯片被密封到主封装体的前突出部一个末端，510。而后，纤维被插入通过后突出部到达主封装体，510。纤维的末端而后被对准到传感器芯片520。在纤维被对准后，纤维被锁定到纤维基座，其中纤维基座被置于主封装体内部，525。而后，纤维被密封在主封装体的后突出部末端，530。
纤维套而后被应用到纤维的一个末端，该末端与被对准到传感器芯片的纤维的末端相反，其中纤维套的一部分被置于主封装体的后突出部内部，535。而后，后突出部的内腔被密封，540。纤维靴而后被连接到后突出部的末端以及纤维套的至少一部分，545。而后，执行主封装体、传感器芯片、纤维，纤维基座、纤维套以及纤维靴排气，550。在执行排气后，盖子被密封到主封装体的顶端，555。在盖子被密封到主封装体后，程序结束，550。
尽管此处已经公开了指定的说明性实施例和方法，对于本领域技术人员可从上述的公开中在不背离本技术公开的真实精神和范围下可对这些实施例和方法进行变化和修改是显而易见的。本技术公开存在许多其他示例，每一个只是与细节与其它的不同。因此，意图使本技术公开只被限制在所附权利要求和适用法律的规定及原则所要求的范围。

Claims (20)

1.一种用于气密密封传感器芯片(220)的方法，所述方法包括：
将所述传感器芯片(220)密封到主封装体(240)的前突出部(250)的一个末端；
通过所述主封装体(240)的后突出部(260)的开口插入纤维(230)到所述主封装体(240)中；
使所述纤维(230)的一个末端与所述传感器芯片(220)对准；
在纤维基座(270)上锁定所述纤维(230)，其中所述纤维基座(270)被置于所述主封装体(240)的内部；
在所述主封装体(240)的所述后突出部(260)的末端处密封所述纤维(230)；
应用纤维套(292)到所述纤维(230)的一个末端，该末端与对准所述传感器芯片(220)的所述纤维(230)的所述末端相反，其中所述纤维套(292)的一部分被置于所述主封装体(240)的所述后突出部(260)的内部；
密封所述后突出部(260)的内腔；
连接纤维靴(295)到所述后突出部(260)的所述末端并且到所述纤维套(292)的至少一部分；
使所述主封装体(240)、所述传感器芯片(220)、所述纤维(230)、所述纤维基座(270)、所述纤维套(292)和所述纤维靴(295)排气；以及
将盖子密封到所述主封装体(240)的顶侧。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述传感器芯片(220)密封到所述前突出部(250)是通过自对准程序实现的，当焊料冷却和凝固时该自对准程序利用回流焊料的表面张力以使所述传感器芯片(220)中心自动地定位于所述前突出部(250)的中轴线。
3.根据权利要求1或2中任意一项所述的方法，其中该方法还包含使所述纤维(230)至少部分金属化。
4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述传感器芯片(220)密封到所述前突出部(250)的所述末端是通过使用高温焊料且通过以匹配所述前突出部(250)的所述末端的圆周的尺寸和形状的样式使所述传感器芯片(220)被金属化实现的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述高温焊料是铅锡(PbSn)和金锡(AuSn)焊料中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其中该方法还包含：
应用军用级别环氧树脂保护层到所述前突出部(250)的外表面，以保护所述传感器芯片(220)的侧壁并且加强所述传感器芯片(220)到所述前突出部(250)的密封；其中高温焊料被用于在所述纤维基座(270)上锁定所述纤维(230)；并且其中预成型焊料被用于在所述后突出部(260)的所述末端处密封纤维；并且其中滚动加热器被用于密封金属盖子(280)到所述主封装体(240)的所述顶侧。
7.根据权利要求1、2和4-6中任意一项所述的方法，其中高精度三维微定位器被用于所述纤维(230)的所述末端与所述传感器芯片(220)的所述对准。
8.根据权利要求3所述的方法，其中高精度三维微定位器被用于所述纤维(230)的所述末端与所述传感器芯片(220)的所述对准。
9.根据权利要求1、4-6和8中任意一项所述的方法，其中将所述传感器芯片(220)密封到所述前突出部(250)的所述末端是通过使用匹配所述前突出部(250)的所述末端的直径的环形高温预成型玻璃焊料并且通过使用高温玻璃焊料和高温环氧树脂中的一种实现的。
10.根据权利要求7所述的方法，其中将所述传感器芯片(220)密封到所述前突出部(250)的所述末端是通过使用匹配所述前突出部(250)的所述末端的直径的环形高温预成型玻璃焊料并且通过使用高温玻璃焊料和高温环氧树脂中的一种实现的。
11.根据权利要求1、2、4-6、8和10中任意一项所述的方法，其中该方法还包含：连接陶瓷套管(290)到所述纤维(230)的至少一部分；并且其中连接所述陶瓷套管(290)到所述纤维(230)的所述至少一部分是通过使用高温环氧树脂和高温玻璃焊料中的至少一种实现的。
12.根据权利要求3所述的方法，其中该方法还包含：连接陶瓷套管(290)到所述纤维(230)的至少一部分；并且其中连接所述陶瓷套管(290)到所述纤维(230)的所述至少一部分是通过使用高温环氧树脂和高温玻璃焊料中的至少一种实现的。
13.根据权利要求7所述的方法，其中该方法还包含：连接陶瓷套管(290)到所述纤维(230)的至少一部分；并且其中连接所述陶瓷套管(290)到所述纤维(230)的所述至少一部分是通过使用高温环氧树脂和高温玻璃焊料中的至少一种实现的。
14.根据权利要求9所述的方法，其中该方法还包含：连接陶瓷套管(290)到所述纤维(230)的至少一部分；并且其中连接所述陶瓷套管(290)到所述纤维(230)的所述至少一部分是通过使用高温环氧树脂和高温玻璃焊料中的至少一种实现的。
15.根据权利要求1所述的方法，其中在所述纤维基座(270)上锁定所述纤维(230)是通过使用高温玻璃焊料和高温环氧树脂中的至少一种实现的；其中在所述后突出部(260)的所述末端处密封所述纤维(230)是通过在所述纤维(230)和所述主封装体(240)的壁接合的位置处融化非传导预成型玻璃焊料和标绘高温环氧树脂中的一种实现的；并且其中所述盖子(280)是陶瓷盖子(280)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中将所述陶瓷盖子(280)密封到所述主封装体(240)的所述顶侧是通过使用匹配所述主封装体(240)的所述顶侧的边缘周边的预成型玻璃焊料以及通过使用用于所述密封的滚动加热器实现的。
17.一种具有封装的气密密封式传感器芯片(220)，包括：
主封装体(240)，其具有被密封到所述传感器芯片(220)的前突出部(250)的末端；
纤维(230)，其穿过所述主封装体(240)的后突出部(260)的开口被插入到所述主封装体(240)；
所述纤维(230)的一个末端与所述传感器芯片(220)对准，所述纤维(230)被锁定在纤维基座(270)上，所述纤维基座(270)被置于所述主封装体(240)的内部，并且所述纤维(230)被密封在所述主封装体(240)的所述后突出部(260)的末端；
纤维套(292)，其被应用到所述纤维(230)的一个末端，该末端与对准所述传感器芯片(220)的所述纤维(230)的所述末端相反，其中所述纤维套(292)的一部分被置于所述主封装体(240)的所述后突出部(260)的内部；
所述后突出部(260)的被密封的内腔；
纤维靴(295)，其被连接到所述后突出部(260)的所述末端并且连接到所述纤维套(292)的至少一部分；其中所述主封装体(240)、所述传感器芯片(220)、所述纤维(230)、所述纤维基座(270)、所述纤维套(292)和所述纤维靴(295)的排气已经被执行排气；以及
盖子，其被密封到所述主封装体(240)的顶侧。
18.根据权利要求17所述的传感器芯片，其中所述前突出部(250)的末端被密封到所述传感器芯片(220)是通过自对准程序实现的，当焊料冷却和凝固时该自对准程序利用回流焊料的表面张力以使所述传感器芯片(220)中心自动地定位于所述前突出部(250)的中轴线；并且其中所述封装还包含使所述纤维(230)至少部分金属化。
19.根据权利要求17所述的传感器芯片，其中所述前突出部(250)的末端被密封到所述传感器芯片(220)是通过使用高温焊料并且通过所述传感器芯片(220)上匹配所述前突出部(250)的所述末端的圆周的尺寸和形状的金属化样式实现的；并且其中所述高温焊料是铅锡(PbSn)焊料和金锡(AuSn)焊料中的至少一种。
20.根据权利要求17-19中任意一项所述的传感器芯片，还包含军用级别环氧树脂保护层，其被应用到所述前突出部(250)的外表面以保护所述传感器芯片(220)的侧壁并且加强所述前突出部(250)到所述传感器芯片(220)的密封。
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