CN104515601A

CN104515601A - 铂丝电极热敏电阻(ntc)半球微珠红外焦平面阵列技术

Info

Publication number: CN104515601A
Application number: CN201310461089.7A
Authority: CN
Inventors: 黄川�; 黄明卿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: CN104515601B

Abstract

本发明涉及一种高稳定性、高灵敏度、高分辨率、用铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠作为成像单元的红外焦平面阵列。这种阵列是红外热成像的关键器件和关键技术。是国家国防安全依赖的主要探测技术手段之一。同时，可广泛应用于工业、医疗、民用等各行各业中。用铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠作为成像单元来组成红外焦平面阵列。将每个微珠固定在焦平面基面上，在焦平面法线方向上布置模拟量引出线。以此方法来提高微珠焦平面在总体焦平面上的占空比、单位面积内的像素数目、红外能吸收率，则以提高灵敏度和分辨率。

Description

铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠红外焦平面阵列技术

技术领域：红外热成像技术是国家安全依赖的主要探测技术手段之一，美国已在卫星、导弹、飞机等军事领域获得了广泛的应用。铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠红外焦平面阵列是非致冷红外成像技术，由于制造成本大幅度的降低，因而可广泛应用于工业、医疗、民用等各行各业中。

背景技术：自从1800年赫谢尔利用水银温度计制作的最原始的热敏探测器发现了红外辐射以来，人们就开始不断运用各种方法对红外辐射进行检测，并根据红外光的特点而加以应用，相继制成了各种红外探测器，如热敏型辐射探测器(温差电偶探测器、电阻测辐射热计、热释电探测器)和半导体光电探测器(光电导探测器、光伏型探测器等)。最初，人们只能以单个探测单元通过光机扫描的方式并协同低温制冷器来实现图像探测；后来，在美国则出现了探测单元数目在一万个以上，且自带有信号读出电路的二维N×M元焦平面阵列(FPA)探测器。目前美国至少有480*640像素的焦平面阵列的生产能力。国内是研究氧化钒等材料，制作敏感薄膜，研究单位主要有：中科院上海硅酸盐研究所、华中科技大学、天津大学、四川大学、苏州工业学院，但是至今未发现任何单位制作出氧化钒薄膜焦平面阵列。氧化钒单组份作为主晶相的材料是不稳定的。铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠作为接收像素敏感芯体，其电性能要求非常高。标称阻值的稳定性年漂移率不得超过0.1％；材料常数大于3300(25℃／50℃)。因此，本发明是锰系材料。在美国军工装备中，CPU以四个级别(A1、A2、A3、A4)的常数组对焦平面阵列中的像素敏感芯体建立数学模型，而不采用材料常数值，更不用温度系数数值。在高空，焦平面阵列是在“卫星室温”中工作，其敏感芯体标称阻值大于25KΩ的数据是不可靠的。本发明的标称阻值一般选取1KΩ至20KΩ；材料常数为3600至4100(25℃／50℃)，应用中给出四个级别(A1、A2、A3、A4)的常数组。薄膜是不能制作大阵列焦平面的。焦平面阵列中，N个像素有2N条内引线、N+1条外引线。由于导电线同时也是热的良导体，在焦平面上平行布线的占空比不能过高，否则，导电导热线会吞没感应信号。如果在焦平面上布线，在150*150毫米平方的焦平面上最多只能放置2000个像素、4000条内引，在焦平面的边缘设置2001个接线口。美国使用热敏电阻薄膜来制造红外侧向传感器。红外侧向传感器由3个无基片热敏电阻薄膜组成，每个薄膜面积为几十微米乘以几十微米。每个薄膜由两条铂丝电极支撑并将两引线的四端焊接在传感器座的四个银柱上，具有可靠的机械性能。但是，至今未发现美国薄膜焦平面阵列总线的布线示意图。本发明在焦平面法线方向上布线。敏感芯体是微体积半球体。过圆心的平面是圆平面，修整成方形焦平面。两支铂丝电极垂直于此平面。由多只热敏电阻(NTC)半球微珠列阵而成为铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠红外焦平面阵列。本发明是半球微珠的平面阵列，也可以是曲面阵列。本发明不但将微珠阵列在一个焦平面上，还将N+1条半球微珠电极线焊接在FFC柔软性排线上。

本发明的目的是：填补我国铂丝电极热敏电阻(NTC)微珠红外焦平面阵列技术空白。为国防安全提供依赖技术。

发明内容：1.铂丝电极玻璃密封热敏电阻(NTC)半球微珠生产工艺技术；2.焦平面阵列技术。

1.铂丝电极玻璃密封热敏电阻(NTC)半球微珠生产工艺技术。本人先前发明的“铂丝电极玻璃密封热敏电阻(NTC)微珠医用传感器”微珠的前端是圆锥形玻璃密封表面，作为红外吸收面是不合适的，这是由于它们会相互漫反射红外。每个微珠吸收面应是焦平面，因而发明了铂丝电极玻璃密封热敏电阻(NTC)半球微珠。与传统微珠相比较，本发明平面阵列中所有半球微珠具备较高的电和热性能的一致性，例如：标称阻值的一致性、材料常数一致性、热容一致性等。半球微珠调值工作是在本人发明的自动调值机上进行。这种自动调值机未申请专利，但已用于医用传感器生产工作中。

2.焦平面阵列技术。在单位面积内，半球微珠数量越多，分辨率越高。半球微珠可以做到非常小尺寸，直径0.1毫米的半球珠生产并不难。难题在于：怎样才能把珠的电极内引线与仪器电路连接起来。本发明是将半球微珠电极线焊接在FFC柔软性排线上。排线可焊的线间距为0.3mm和0.4mm，线口厚度为0.3mm。因此，敏感单元的焦平面尺寸也应为：0.3*0.3mm²至0.4*0.4mm²。如果敏感单元的焦平面边长尺寸小于排线可焊的线间距，就会给焊接工艺带来较大困难。由于接线的原因，本发明选用了0.2*0.2mm²至0.4*0.4mm²作为像素尺寸。这种像素尺寸并不影响阵列的性能。实践证明：吸收面的黑度越大、比表面积(焦平面与总表面之比)越大的热敏微珠，其对红外能的吸收率越高。焦平面阵列的敏感单元排列方式不同，使得大尺寸敏感单元的排列间距等于、甚至小于小尺寸敏感单元的排列间距，造成大尺寸微珠之间所吸收的能量差等于、甚至大于小尺寸敏感单元之间所吸收的能量差。本发明在焦平面法线方向上布线，采取紧密排列方式来阵列焦平面。这种方法提高了微珠焦平面在总体焦平面上的占空比。占空比可高达95％，提高了单位面积内的像素数目。本发明在每毫米平方焦平面上可以安置6至20个热敏电阻半球微珠。300*300mm2的阵列，其像素数目可达兆级。为了避免珠间传热效应，敏感微珠阵列工艺是将每个微珠固定在焦平面基面上，珠间有隔热间隙，使吸收到的能量“独享”。这样，不但像素数目超过美国水平，而且红外能吸收率大大提高。

附图说明和具体实施方式：在所附的图中，以非限制性的举例形式，说明本发明的实施例。在所有的附图中：

图1是铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠红外焦平面阵列正面图。其中1以示意的方式表示铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠像素焦平面，原圆形面修整为正方形平面；2以示意的方式表示铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠红外焦平面阵列基面；3表示铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠红外焦平面阵列机械框体。

图2是铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠红外焦平面阵列结构示意图。其中1以示意的方式表示铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠红外焦平面；2表示铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠；3表示铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠红外焦平面阵列基体，由绝缘灌封胶成型；4以示意的方式表示铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠红外焦平面阵列基面；5表示FFC柔软性排线；6表示铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠红外焦平面阵列机械框体。

Claims

1.一种高稳定性、高灵敏度、高分辨率、用铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠作为成像单元的红外焦平面阵列技术。

2.如权利要求1所述的红外焦平面阵列技术，其特征是用铂丝电极热敏电阻(NTC)半球微珠作为成像单元，也称像素，由大量的像素平面组成红外焦平面。

3.如权利要求1和2所述的红外焦平面阵列技术，其特征在于像素平面为正方形。

4.如权利要求1和2所述的红外焦平面阵列技术，其特征是像素平面尺寸范围为：0.1*0.1mm²至0.4*0.4mm²。

5.如权利要求1和2所述的红外焦平面阵列技术，其特征在于微珠的标称电阻值(R25)的选择范围为1KΩ至20KΩ；材料常数B(25／50)的选择范围为3600至4100。

6.如权利要求1和2所述的红外焦平面阵列技术，其特征在于在焦平面法线方向上布置模拟量引出线并焊接在FFC柔软性排线上。

7.如权利要求1和2所述的红外焦平面阵列技术，其特征在于敏感微珠阵列工艺是将每个微珠固定在焦平面基面上。

8.如权利要求1和2所述的红外焦平面阵列技术，其特征为平面阵列，也可以是曲面阵列。