CN104538384B - 密排拼接的双波段长线列红外焦平面探测器结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密排拼接的双波段长线列红外焦平面探测器，探测器采用模块顺序排列、模块间交叉拼接、双波段密集排列的长线列拼接结构，模块化安装设计的集成外引线及模块公共线合并方法、及整体式分立滤光片安装架等结构设计和组成方法。二个波段密集排列的拼接结构，使二个探测波段模块的间距减小三分之一；集成外引线内部的模块公共线合并，可使外引线数量减少三分之二；模块化设计、安装，有利于高可靠双波段长线列探测器的产品化。该发明很好的解决了制造长线列双波段探测器的困难和问题，而且可以更好的满足应用要求。

Description

密排拼接的双波段长线列红外焦平面探测器结构

技术领域

本发明涉及一种长线列红外焦平面探测器，特别是指一种横向排列数千元、双波段探测、多模块拼接的长线列探测器。

背景技术

在航空、航天红外遥感技术领域，其主要发展方向，一是提高红外探测器的光电性能，提高探测灵敏度，以获取更多信息；二是增加红外敏感元数量，提高红外系统空间探测分辨率，即在相同高度、相同刈幅的遥感仪器，敏感元数量越多，则空间分辨率越高。三是发展多波段探测，即在同时或准同时获取不同波段的红外信息，可以有效提高红外系统对目标的识别和探测，在空间红外预警、搜索、跟踪等技术领域具有特别重要的应用。红外探测系统的核心部件和性能指标，集中体现在红外探测器技术指标和制造技术。所以，解决新型红外探测器的研制技术，满足高性能红外遥感系统的应用需求，对加强国防建设等应用领域具有重要的意义。

长线列红外焦平面探测器，就是在一维方向上排列有数千元红外敏感元的一种扫描型红外焦平面探测器，通过一维扫描(垂直于光敏元排列方向)形成二维图像的一种成像器件。而双波段长线列红外焦平面探测器，就是通过多个模块拼接，在垂直于扫描方向上形成二个探测波段、各有数千个红外敏感元排列的一种扫描型红外探测器，实现一次扫描，对目标进行二个红外波段的双波段成像。

由于红外焦平面探测器必须在低温工作的特点，以及材料和工艺技术的问题，单个探测器无法达到数千元的规模。所以一般长线列红外焦平面探测器的制造，都采用多个子模块拼接的方法实现。子模块一般为300～500光敏元规模的红外线列探测器，以小规模探测器作为模块，以拼接方式来实现一维方向数千个光敏元的排列。例如以512子模块为例，用12个模块拼接形成6000元长线列探测器。另外，对于有许多模块拼接形成的长线列探测器，由于模块在电学上是独立的，采用公共线合并的方法，可以减少外引线数量，以提高外引线的可靠性和降低传导冷损。

在单波段长线列焦平面探测器的制造中(见中国专利ZL200610027004.4)，模块拼接采用“旋转对称、交叉拼接”的方式实现没有“接缝”的拼接。所谓旋转对称、交叉拼接，即将奇数模块与偶数模块方向上旋转180°，奇、偶模块空间上错位交叉，光敏元边边相切，在垂直于扫描方向上没有漏元的一种拼接方法。对于双波段长线列探测器的制造，由于要实现二个波段光敏元排列在一个平面内，而且要求二个波段的光敏元空间间隔尽可能小，以提高扫描效率。按照原有单波段长线列的拼接方法，把二个长线列探测器并排排列，功能上可以实现双波段探测的双波段长线列，而外引线则必须采用薄膜带线穿过拼接基板，并从底部穿过拼接基板的引出的方法实现长线列外引线的引出才能实现(中国专利(申请号)201210273991.1)。这种外引线方法存在的主要问题是，(1)由于引线安装需占据空间，导致二个波段探测器模块间的间距较大，对双波段探测不利；(2)由于薄膜引线须从拼接基板底部穿出，长线列器件整体结构复杂，安装技术难度高。(3)由于拼接基板底部穿过外引线占用大量面积，对双波段长线列探测器横向温度均匀性的多点热传导冷链的设计、安装带来巨大困难，甚至难以达到设计技术要求。

发明内容

针对上述双波段长线列探测器制造存在的问题，本发明提出了一种新的长线列焦平面探测器的拼接方案。该方案可以概述为：模块顺序排列、模块间交叉拼接、双波段密集排列、外引线分别二边引出结构；长线列探测器波段1与波段2之间呈旋转对称关系。二个波段密集排列的拼接结构，使二个探测波段模块的间距减小三分之一；集成外引线内部的模块公共线合并，可使外引线数量减少三分之二；模块化设计、安装，有利于高可靠双波段长线列探测器的产品化。该发明很好的解决了制造长线列双波段探测器的困难和问题，而且可以更好的满足应用要求。

本发明所述的双波段长线列红外焦平面探测器，包括拼接基板、波段1模块、波段2模块、波段1集成外引线、波段2集成外引线、模块过渡引线板、集成滤光片架等部件。

所述的波段1模块1-5按同一方向顺序排列、波段1模块1-5按奇偶数错位交叉、奇数模块最后一元与偶数模块第一元边边相切的拼接；

所述的波段2模块1-4作与波段1模块1-5同样拼接，波段1模块拼接成的长线列与波段2模块拼接成的长线列之间呈旋转对称关系；波段1模块与波段2模块之间是密集排列的；

波段1模块1-5和波段2模块1-4的偶数模块通过过渡引线板1-6与集成外引线连接；波段1长线列与波段2长线列通过集成外引线分别引出的，且集成外引线采用安装在拼接基板正面的安装方式；

分立型滤光片粘贴在滤光片安装架2-1上，且位于相应模块的上方，滤光片安装架2-1整体用螺钉固定在拼接基板上，并与拼接基板具有良好的热接触，起到冷滤光片的作用；

所述的波段1集成外引线1-3与波段2集成外引线1-2是长线列焦平面探测器脉冲、电源的输入和信号的输出总线；集成外引线是一种聚酰亚胺基薄膜引线、双层结构，实现模块公共线的内部合并；长线列探测器波段1和波段2分二边分别引出，集成外引线一端与模块连接，另一端与长线列封装杜瓦穿真空引出端连接，达到引线引出真空杜瓦外的目的；

在拼接基板1-1的背面有热传导冷链，实现多点热传导，保证长线列探测器横向温度的均匀性。

所述的拼接基板1-1由可阀或殷钢低热膨胀系数的金属材料制成，拼接基板1-1的平面度PV值要求小于0.01mm，基板上的滤光片安装架螺孔位置精度要求≤±0.05mm。

所述的波段1模块1-5和波段2模块1-4是规模较小的线列焦平面探测器，它们的几何结构、引线排列结构相同，各模块在电学上是互相独立的。

所述的模块过渡引线板1-6是一种由淀积在陶瓷板上的金属薄膜、光刻方法制备的与模块键压点相对应的过渡引线板，用于长线列偶数模块与集成外引线之间键压的过渡引线板，以避免键压线过长而影响引线的可靠性。

本发明提出的双波段长线列红外焦平面探测器密排拼接结构与方法有如下优点：

1)波段1模块、波段2模块密排拼接结构，使得二个探测波段之间的间距减小三分之一，可以更好满足应用系统对长线列探测器的要求，大大缩小二个波段对目标探测的时间差；

2)利用模块公共引线合并的集成外引线结构，可以减少外引线数量三分之二，降低引线传导冷损，提高外引线可靠性；

3)二个探测波段信号通过集成外引线分波段引出的方法，有利于后续电子学信号处理；

4)每个波段的模块规格一致设计，有利于筛选性能一致的模块用于拼接，有利于提高长线列双波段探测器性能均匀性，并有利于降低生产成本；

5)分立型滤光片采用滤光片安装架安装方式置于探测器各个模块入射光路的方法，解决了长线列探测器滤光片的困难；

6)全部的模块、滤光片安装架、集成外引线等都集中安装在拼接基板的正面，而拼接基板背面可用于多点热传导冷链的安装，解决了多点冷链的安装的困难；

7)拼接基板、拼接模块、集成外引线、滤光片安装架等主要部件均为模块化装配设计，可以分别制造、分别进行可靠性筛选，可以大大增加维修性，有利于高可靠长线列双波段探测器的生产与制造。

附图说明

图1为双波段密排结构长线列探测器(未加装滤光片及安装架)示意图。

其中：

1-1—拼接基板；1-2—波段2集成外引线；

1-3—波段1集成外引线；1-4—波段2模块；

1-5—波段1模块；1-6—偶数模块过渡引线板；

图2为双波段密排结构长线列探测器(未加装滤光片及安装架)示意图。

其中：

2-1—双波段滤光片安装架；2-2—双波段滤光片安装架安装螺孔；

2-3—波段2滤光片安装位置；2-4—波段1滤光片安装位置；

2-5—热传导冷链与拼接基板连接端；

图3为图2的A-A剖面图。

具体实施方式

下面对双波段长线列红外焦平面探测器密排拼接结构及实施方法，结合附图对本发明的具体实施作详细说明。

本发明的主要部件由拼接基板1-1、波段1集成外引线1-3、波段2集成外引线1-2、波段1模块1-5、波段2模块1-4、滤光片安装架2-1、偶数模块过渡引线板1-6等组成。

所述的拼接基板1-1是由低热膨胀系数的金属材料(例如，可阀covar，殷钢invar等)制成的机械构件，是双波段长线列探测器的主要部件之一。拼接基板主要提供一个平面，用于贴装探测器模块、滤光片架安装、外引线安装等用途，上面设计有安装螺孔等结构。对于双波段长线列探测器的整体平面度要求，很大程度上取决于拼接基板的平面度，所以对拼接基板的几何参数，如基板的平行度、平整度、安装螺孔位置精度等都有严格要求。

所述的波段1模块1-5，是一种规模较小(例如512元)的线列焦平面探测器，该线列红外焦平面探测器的探测波段定义为波段1(例如：1～3um探测波段)；同样，所述的波段2模块1-4，是探测波段定义为波段2(例如：3～5um探测波段)的线列红外焦平面探测器。各模块在电学上是互相独立的，一般情况下，波段1模块与波段2模块的几何结构、引线排列结构等是相同的设计。

所述的波段1集成外引线1-3与波段2集成外引线1-2分别是长线列焦平面探测器脉冲、电源的输入和信号的输出总线，其中集成了模块公共线的合并等功能。集成外引线是一种聚酰亚胺基薄膜引线、双层结构，实现模块之间的公共引线的内部合并。长线列探测器波段1和波段2分二边分别引出。集成外引线一端与模块连接，另一端与长线列封装杜瓦穿真空引出端连接，达到引线引出真空杜瓦外的目的。由于采用了模块公共线合并的方法，使引出的外引线总数量减少了三分之二。

所述的模块过渡引线板1-6，是一种由淀积在陶瓷板上的金属薄膜、光刻方法制备的与模块键压点相对应的过渡引线板，用于长线列偶数模块与集成外引线之间键压的过渡引线板，以避免键压线过长而影响引线的可靠性。

所述的滤光片安装架2-1是一种金属构件，在滤光片安装架对应波段1模块1-5和波段2模块1-4的上方开有矩形通槽孔，作为贴装波段1滤光片位置2-4和贴装波段2滤光片位置2-3；滤光片安装架上设计有安装螺孔2-2。作为一个完整部件，在长线列组装前，已经完成了分立滤光片的贴装。

具体实施过程如下：把拼接基板1-1用机械方法固定在具有三维实时检测功能的拼接台上，把波段1模块1-5和波段2模块1-4按照设计位置座标，用DW3低温胶初步固定在拼接基板1-1；在DW3低温胶未完全固化前，利用拼接台的三维实时检测功能(测试精度±0.001mm)，对各模块进行精密调整。操作中，采用绝对坐标测试方法，避免多次累积误差，最后模块之间位置误差小于≤±5um。其中，波段1模块与波段2模块在排列方式上的特点在于，交叉拼接、顺序排列、双波段密集布排的拼接结构。具体而言，如波段1的拼接，波段1模块按同一方向顺序排列、波段1模块按奇偶数错位交叉、奇数模块最后一元与偶数模块第一元边边相切，形成长线列探测器。对波段2模块作同样拼接。然而对波段1长线列与波段2长线列，二者之间呈旋转对称关系。另一特点在于，波段1模块与波段2模块之间是密集排列的，使二个波段之间的空间距离减小三分之一。完成拼接后，利用拼接基板上的螺孔安装集成外引线1-2、1-3，利用键压工艺把各模块键压压点与集成外引线一端连接。再后，把分立滤光片粘贴在滤光片安装架上，再把滤光片安装架整体用螺钉安装在拼接基板上。由此，完成双波段长线列焦平面探测器的拼接和组装，形成具有双波段红外探测器的制造。

Claims (4)

1.一种密排拼接的双波段长线列红外焦平面探测器，它包括拼接基板(1-1)、波段1模块(1-5)和波段2模块(1-4)、波段1集成外引线(1-3)、波段2集成外引线(1-2)、分立型滤光片安装架(2-1)，其特征在于：

所述的波段1模块(1-5)按同一方向顺序排列、波段1模块(1-5)按奇偶数错位交叉拼接、奇数模块最后一元与偶数模块第一元边边相切的拼接；

所述的波段2模块(1-4)作与波段1模块(1-5)同样拼接，波段1模块拼接成的长线列探测器与波段2模块拼接成的长线列探测器之间呈旋转对称关系；波段1模块与波段2模块之间是密集排列的拼接结构，即去除了外引线安装空间，从而使二个波段之间的空间距离减小三分之一；

波段1模块(1-5)偶数模块与波段2模块(1-4)偶数模块是通过过渡引线板(1-6)与集成外引线连接的；波段1长线列与波段2长线列通过集成外引线(1-2、1-3)分别引出的，且集成外引线采用安装在拼接基板正面的安装方式；

波段1滤光片(2-4)与波段2滤光片(2-3)是分立型滤光片，二种滤光片一起粘贴在同一个滤光片安装架(2-1)上，分别位于相应模块的上方，滤光片安装架(2-1)整体用螺钉固定在拼接基板上，并与拼接基板具有良好的热接触，起到冷滤光片的作用；该滤光片安装架同时安装有二个波段的滤光片，为双波段分立型滤光片安装架；

所述的波段1集成外引线(1-3)与波段2集成外引线(1-2)是长线列焦平面探测器脉冲、电源的输入和信号的输出总线；集成外引线是一种聚酰亚胺基薄膜引线、双层结构，实现模块公共线的内部合并；长线列探测器波段1和波段2分二边分别引出，集成外引线一端与模块连接，另一端与长线列封装杜瓦穿 真空引出端连接，达到引线引出真空杜瓦外的目的；

在拼接基板(1-1)的背面有热传导冷链，实现多点热传导，保证长线列探测器横向温度的均匀性。

2.根据权利要求1所述的一种密排拼接的双波段长线列红外焦平面探测器，其特征在于：所述的拼接基板(1-1)由可阀或殷钢低热膨胀系数的金属材料制成，拼接基板(1-1)的平面度PV值要求小于0.01mm，基板上的滤光片安装架螺孔位置精度要求≤±0.05mm；为避免室温下安装后的到低温下形变导致的平面度变化，在拼接基板的结构设计上采取加强筋结构；同时对于安装固定结构上采取切向滑动结构，从而满足低温下拼接基板对平面度的技术要求。

3.根据权利要求1所述的一种密排拼接的双波段长线列红外焦平面探测器，其特征在于：所述的波段1模块(1-5)和波段2模块(1-4)是规模较小的线列焦平面探测器，它们的几何结构、引线排列结构相同，各模块在电学上是互相独立的；波段1模块与波段2模块的几何结构、引线排列结构等是相同的设计，且引线键压端集中在模块中间二分之一模块尺寸内的设计，以使密集排列无缝拼接成为可能。

4.根据权利要求1所述的一种密排拼接的双波段长线列红外焦平面探测器，其特征在于：所述的模块过渡引线板(1-6)是一种由淀积在陶瓷板上的金属薄膜、光刻方法制备的与模块键压点相对应的过渡引线板，用于长线列偶数模块与集成外引线之间键压的过渡引线板。