CN105157853A - 一种非制冷红外焦平面阵列探测器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种非制冷红外焦平面阵列探测器及其制造方法，其包括：外壳；基板，连接在外壳上；探测芯片，安装在基板上；微型真空计探头，安装在基板上；光窗，安装在外壳的开口端上，并与外壳围成密闭空间；吸气剂，该吸气剂形成在光窗面向密闭空间的一侧上。本发明的实施例中的非制冷红外焦平面阵列探测器及其制造方法，不需要传统的排气嘴和热电制冷器，极大地缩短了排气周期，减小了器件体积，提高了可靠性，其成本低，体积小，效率高，制造过程简便。

Description

一种非制冷红外焦平面阵列探测器及其制造方法

技术领域

本发明涉及非制冷红外探测器技术领域，尤其是涉及一种非制冷红外焦平面阵列探测器及其制造方法。

背景技术

现常用的红外探测器封装主要是金属整体封装，这类型封装造价昂贵且不易塑性，壳体采用无氧铜抽气管道抽气，效率低下，使得探测器生产周期延长，而管道夹断后磕碰容易受损。

非制冷红外探测器核心部分是芯片，封装的目的是为芯片提供保持其稳定工作的真空环境。陶瓷基板起着电学连通和热传导的作用，吸气剂为抽真空密封后保持腔内真空度，而外壳既能保持芯片真空密封不受损。

而此类型陶瓷封装排气孔大，效率高，无抽气管道；无热电制冷器和温敏小电阻，大大缩小壳内体积；腔内采用厚膜型吸气剂，占地空间小，最大化吸气面积；最重要的是可以实时观测腔内真空度变化。因此获得更多的关注，成为新型封装的研究方向。

现有的一种非制冷红外探测器中，采用了去排气嘴型金属封装，其主要特点是提出在真空环境下封装，金属的外壳热导效率高、气密性好。为了使缩小外界电路，器件的芯片高度集成。但是，该方案没有考虑加强散热。另外器件芯片通过键合直接与引脚相接的引线过长，容易发生线之间接触而短路。

现有的另一种非制冷红外探测器中，设有带排气嘴的陶瓷封装，这类型封装也可达到低成本、批量制造。但因为使用管道抽气且管道口较小，根据在近超高真空下的气体流导理论可知随着真空度提高，抽气效率越来越慢，从而使得探测器生产周期延长。

因此，存在对体积更小、性能更高、封装效率高、封装工艺简便、封装成本低的非制冷红外探测器封装的需求。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种不需要排气嘴、排气周期短、成本低、体积、效率高的非制冷红外焦平面阵列探测器及其制造方法。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于，包括：外壳，所述外壳包括底壁和从所述底壁周缘向上延伸的侧壁，所述底壁和所述侧壁围成一端开口的空间；基板，所述基板包括第一端面和与第一端面相反的第二端面，所述第一端面连接到所述底壁上；探测芯片，所述探测芯片安装在所述基板的所述第二端面上；微型真空计探头，所述微型真空计探头安装在所述基板上；光窗，所述光窗安装在所述外壳的开口端上，并与所述外壳围成密闭空间，并且所述基板、所述探测芯片和所述微型真空计探头位于所述密闭空间内；吸气剂，所述吸气剂涂敷在所述光窗面向所述密闭空间的一侧上。

本发明的一个实施例中，所述基板的所述第一端面上设有第一金属镀层，所述第二端面上设有第二金属镀层，所述第一金属镀层通过银浆连接到所述外壳的所述底壁，所述探测芯片粘接在所述第二金属镀层上。

本发明的一个实施例中，所述第一金属镀层和所述第二金属镀层为金镀层。

本发明的一个实施例中，所述第二金属镀层的面积大于所述第一金属镀层的面积。

本发明的一个实施例中，所述第二金属镀层的面积大于所述探测芯片的面积。

本发明的一个实施例中，所述光窗通过焊接连接到所述外壳的开口端。

本发明的一个实施例中，所述吸气剂成闭合环形，所述闭合环形的面积大于所述探测芯片的面积。

本发明的一个实施例中，所述探测芯片的红外响应区位于所述密闭空间的正中央。

本发明还提供了一种制造非制冷红外焦平面阵列探测器的方法，其特征在于，包括：清洗外壳，所述外壳包括底壁和从所述底壁周缘向上延伸的侧壁，所述底壁和所述侧壁围成一端开口的空间；用银浆将基板的第一端面粘接在所述外壳的所述底壁上，并烘烤使所述银浆固化；将探测芯片安装于所述基板的与所述第一端面相反的第二端面上；将微型真空计探头安装在所述基板上；将焊接剂涂敷到所述外壳的开口端处；在光窗的一侧上涂敷吸气剂；将涂敷了吸气剂的光窗和安装了基板、探测芯片和微型真空计探头并涂敷了焊接剂的所述外壳置于真空抽气室中进行加热并抽气；所述真空抽气室中达到预定真空度后，加热所述光窗激活所述吸气剂，并将所述光窗焊接到所述外壳的开口端上，与所述外壳围成密闭空间。

本发明的实施例中的非制冷红外焦平面阵列探测器及其制造方法，不需要传统的排气嘴和热电制冷器，极大地缩短了排气周期，减小了器件体积，提高了可靠性，其成本低，体积小，效率高，制造过程简便。

附图说明

图1是本发明一个实施例的非制冷红外焦平面阵列探测器的立体示意图。

图2是本发明一个实施例的非制冷红外焦平面阵列探测器的立体爆炸示意图。

图3是本发明一个实施例的光窗和吸气剂的示意图。

图4是本发明一个实施例的制造非制冷红外焦平面阵列探测器的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明本发明的实施例的非制冷红外焦平面阵列探测器的结构及其制造方法的具体步骤。

如图1至3所示，本发明的一个实施例中，一种非制冷红外焦平面阵列探测器包括外壳1、基板2、探测芯片3、微型真空计探头4、光窗6和吸气剂7。

外壳1可以为陶瓷外壳，包括底壁和从底部周缘向上延伸的侧壁。底壁和侧壁围成了一端开口的空间10。

基板2可以为陶瓷基板，包括第一端面和与第一端面相反的第二端面。第一端面上设有第一金属镀层（图中未显示出），第二端面上设有第二金属镀层21（如图2所示）。第一端面通过银浆连接到外壳1的底壁上。探测芯片3粘接在第二金属镀层21上。

本发明的实施例中，第一金属镀层和第二金属镀层21可以是任何适合的金属镀层。例如，一些实施例中，第一金属镀层和第二金属镀层21可以是金镀层。

本发明的一些实施例中，第二金属镀层21的面积可以大于第一金属镀层的面积。本发明的一些实施例中，第二金属镀层21的面积大于探测芯片3的面积，以便于该探测芯片3在该第二金属镀层21上的连接。

本发明的实施例中，包括微型真空计探头4，该微型真空计探头4安装在基板2上。该微型真空计探头4可以实时监测该非制冷红外焦平面阵列探测器形成的密闭空间（下文详述）内的真空度的变化，用于判断真空是否满足使用需求，或判断吸气剂是否正常运行。

吸气剂7涂敷在光窗6的一侧上，即与光窗6形成为一体。吸气剂7可以在光窗6的这一侧上形成为闭合环形，并且该闭合环形的面积大于探测芯片的面积。

涂敷了吸气剂7的光窗6安装在外壳1的开口端上，从而与该外壳（即，与该外壳的底壁和侧壁）围成一个密闭空间（即，将前述的空间10的开口的一端密封闭合，使得空间10称为密闭空间），使得前述的基板2、探测芯片3和微型真空计探头4均位于该密闭空间内。并且吸气剂7在该光窗7的面向该密闭空间的一侧上，即吸气剂7也在该光窗6与外壳1围成的密闭空间内。

本发明的实施例中，吸气剂7集成在光窗6上，与光窗6为一体。这样，既减少了吸气剂7的占用空间，也极大地扩大了吸气面积。

本发明的一些实施例中，光窗6可以通过焊接连接的方式焊接到外壳1的开口端上。例如，通过外壳1的侧壁内侧上设置焊接剂5（例如，金锡焊接剂），光窗6通过该焊接剂5粘合到外壳1上，然后加热使焊接剂熔化，从而将光窗6与外壳1密封连接，然后冷却，即可使光窗6连接到外壳1上。

如图4所示，本发明的一些实施例中，还提供了一种制造非制冷红外焦平面阵列探测器的方法。

在步骤10，清洗外壳1。例如，一个实施例中，可以使用丙酮、无水乙醇超声清洗外壳1，然后用氮气吹干，再进行高温（一般为150℃±5℃）烘干（一般10min~15min）。

在步骤20，可以将基板2、探测芯片3和微型真空计探头4安装到外壳1中。

例如，一个实施例中，可以在外壳1的底壁上涂敷银浆，然后将基板2的第一端面（其上设有第一金属镀层）粘接在银浆上，然后烘烤使银浆固化，从而将基板2安装在外壳的底壁上。

例如，一个实施例中，可以将陶瓷基板安置在底壁上并与外壳的引脚一一对应，然后高温（一般150℃±5℃）烘烤（一般15min±2min）使导电环氧树脂固化。

然后，可以将探测芯片3安装于基板2的第二端面上，例如安装在第二端面的第二金属镀层21上。

例如，一个实施例中，可以将探测芯片3粘接在第二金属镀层21上，并采用金属线（例如，金线）通过引线键合实现基板2与探测芯片3和外壳1之间的电学连接。

在步骤20中，还可以将微型真空计探头安装在基板2上的适当位置处。

此外，在步骤20中，还可以将焊接剂5（例如，金锡焊接剂）涂敷在外壳1的开口端处，例如涂敷在外壳1的开口端处的侧壁内侧（如图2所示）。

本发明的一些实施例中，在步骤30中，可以在光窗6的一侧上形成吸气剂7。

本发明的实施例中，步骤30与步骤10和步骤20之间的顺序没有要求，可以先执行步骤30，再执行步骤10和步骤20；也可以先执行步骤10和步骤20，再执行步骤30；或者同时进行。

然后在步骤40和步骤50中，可以将形成了吸气剂7的光窗6和安装了基板2、探测芯片3和微型真空计探头4并且涂敷了焊接剂5的外壳1置于真空抽气室中进行加热并抽气，当真空抽气室中达到预定真空度后，加热光窗6激活吸气剂7，并将该光窗6通过焊接剂5焊接到外壳1的开口端上，从而与外壳1围成密闭空间。这样，前述的基板2、探测芯片3和微型真空计探头4均被密封在该密闭空间内，并且该密闭空间内为具有预定真空度的真空环境。

例如，一个实施例中，可以将前述的光窗6与外壳1一起送进真空抽气室进行加热、抽气（此时两者分开放置），当达到预定真空度后，加热光窗6和吸气剂7（例如，320℃±5℃）一定时间（例如，15min±1min），激活吸气剂，将光窗6正对外壳1的开口端并与焊接剂5接触，加热融化焊接剂达到密封。然后冷却整个腔室，取出器件，完成整体封装。

本发明的实施例中的非制冷红外焦平面阵列探测器及其制造方法，不需要传统的排气嘴和热电制冷器，极大地缩短了排气周期，减小了器件体积，提高了可靠性，其成本低，体积小，效率高，制造过程简便。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。此外，以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例，当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。

Claims (9)

1.一种非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于，包括：

外壳，所述外壳包括底壁和从所述底壁周缘向上延伸的侧壁，所述底壁和所述侧壁围成一端开口的空间；

基板，所述基板包括第一端面和与第一端面相反的第二端面，所述第一端面连接到所述底壁上；

探测芯片，所述探测芯片安装在所述基板的所述第二端面上；

微型真空计探头，所述微型真空计探头安装在所述基板上；

光窗，所述光窗安装在所述外壳的开口端上，并与所述外壳围成密闭空间，并且所述基板、所述探测芯片和所述微型真空计探头位于所述密闭空间内；

吸气剂，所述吸气剂涂敷在所述光窗面向所述密闭空间的一侧上。

2.如权利要求1所述的非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于：所述基板的所述第一端面上设有第一金属镀层，所述第二端面上设有第二金属镀层，所述第一金属镀层通过银浆连接到所述外壳的所述底壁，所述探测芯片粘接在所述第二金属镀层上。

3.如权利要求2所述的非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于：所述第一金属镀层和所述第二金属镀层为金镀层。

4.如权利要求2所述的非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于：所述第二金属镀层的面积大于所述第一金属镀层的面积。

5.如权利要求2所述的非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于：所述第二金属镀层的面积大于所述探测芯片的面积。

6.如权利要求1所述的非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于：所述光窗通过焊接连接到所述外壳的开口端。

7.如权利要求1所述的非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于：所述吸气剂成闭合环形，所述闭合环形的面积大于所述探测芯片的面积。

8.如权利要求1所述的非制冷红外焦平面阵列探测器，其特征在于：所述探测芯片的红外响应区位于所述密闭空间的正中央。

9.一种制造非制冷红外焦平面阵列探测器的方法，其特征在于，包括：

清洗外壳，所述外壳包括底壁和从所述底壁周缘向上延伸的侧壁，所述底壁和所述侧壁围成一端开口的空间；

用银浆将基板的第一端面粘接在所述外壳的所述底壁上，并烘烤使所述银浆固化；

将探测芯片安装于所述基板的与所述第一端面相反的第二端面上；

将微型真空计探头安装在所述基板上；

将焊接剂涂敷到所述外壳的开口端处；

在光窗的一侧上涂敷吸气剂；

将涂敷了吸气剂的光窗和安装了基板、探测芯片和微型真空计探头并涂敷了焊接剂的所述外壳置于真空抽气室中进行加热并抽气；

所述真空抽气室中达到预定真空度后，加热所述光窗激活所述吸气剂，并将所述光窗焊接到所述外壳的开口端上，与所述外壳围成密闭空间。