CN107275415A - 集成多级热电制冷器的焦平面红外探测器组件封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成多级热电制冷器的焦平面红外探测器组件封装结构，包括组件外壳、多级热电制冷器、电极板、焦平面模块、光阑、消气剂、盖板、窗口等。组件内集成金字塔形多级热电制冷器，外壳、多级热电制冷器、电极板之间采用高导热银浆填充固定，焦平面模块与电极板之间用低温环氧胶固定，焦平面模块的电学引出通过柔性带线实现。组件内集成视场光阑和防辐射光阑，其中视场光阑固定在电极板上，防辐射光阑固定在金字塔形多级热电制冷器的中间一级上。所有部件组装完成后通过激光焊密封并高真空排气。该类型组件可以实现大规模焦平面模块的制冷封装，结构简单、制冷温度低，适合延伸波长铟镓砷和中短波碲镉焦平面模块的封装。
Description
技术领域
本发明涉及一种光电探测器的封装方法，具体是应用于180K～250K工作的红外焦平面探测器低温真空封装的场合。
背景技术
延伸波长铟镓砷焦平面探测器(1.7～2.5μm)在航空航天、矿物勘察、精确武器制导、红外报警与识别、侦察与监视等领域有广泛的应用。受灵敏度限制，红外探测器一般需在低温下工作，通常将探测器封装在金属杜瓦内并利用制冷机制冷。由于铟镓砷外延材料具有较好的均匀性和稳定性，使其在180K～250K的工作温度下具有较高的探测率，在这一温度区间工作可以通过热电制冷器制冷并采用管壳进行密封，会大大简化封装结构，降低封装成本。徐勤飞等人报道了一种热电制冷的超长线列InGaAs探测器封装结构，申请号：201310469740.5，采用一级热电制冷充氮气保护的方式实现常规波长铟镓砷焦平面探测器的封装，该结构制冷温度较高(250K以上)，不适用于180K～250K 温区延伸波长铟镓砷探测器的封装。
发明内容
本发明目的在于提供适用于延伸波长铟镓砷焦平面探测器低温封装的结构和封装方法，焦平面探测器工作温区180K～250K。同样适用于向高温扩展的中短波碲镉汞和锑化铟焦平面探测器的封装。
一种集成多级热电制冷器的焦平面红外探测器组件的封装结构，包括组件外壳1、多级热电制冷器2、电极板3、焦平面模块4、视场光阑5、防辐射光阑6、盖板7、窗口8、防辐射屏9、消气剂10、消气剂压板11、排气管12、柔性带线13。多级热电制冷器2的底面通过高导热银浆固定在组件外壳1腔体内的底面上，电极板3通过高导热银浆固定在多级热电制冷器2的上表面，焦平面模块4通过低温环氧胶固定在电极板3上。柔性带线13一端通过锡焊固定于组件外壳1针脚，另一端通过环氧低温胶固定于电极板3，利用超声键合工艺完成焦平面模块4的电学引出。组件内集成视场光阑5和防辐射光阑6，其中视场光阑5通过环氧低温胶固定在电极板3上，防辐射光阑6通过环氧低温胶固定在多级热电制冷器2的中间一级上。消气剂10安装在组件外壳1腔体内的底面上，通过消气剂压板11进行固定，消气剂压板11采用镙丝与组件外壳1进行连接。防辐射屏9安装于消气剂10和多级热电制冷器2之间，通过镙丝或者电阻焊固定。窗口8先通过共晶焊与盖板7完成密封性焊接，再将盖板7与组件外壳1进行密封性焊接。组件外壳1上集成排气管12，用于高真空排气。
所述的多级热电制冷器2为金字塔形结构，冷端面积小，中间级的面积大，可以方便安装防辐射光阑6。
所述的视场光阑5和防辐射光阑6的内腔体有黑色涂层或镀层，外表面为抛光处理层或镀金层。
所述的组件外壳1、盖板7、防辐射屏9、表面均有镀金层，柔性带线13 表面有磁控溅射处理的金层。
本发明的集成多级热电制冷器的焦平面探测器组件的封装结构有以下三个特点：一是采用管壳封装形式，集成金字塔形多级热电制冷器，采用二级光阑结构，可以有效抑制杂散光和降低热电制冷器冷端热负载；二是焦平面模块的电学接口通过柔性带线引出，传统管壳针脚与电极板的引线互连通过超声键压解决，但由于金字塔形多级热电制冷器的安装会导致电极板与管壳针脚间距较大而导致引线可靠性降低，柔性带线可以有效解决这一问题，而且更有利于组装集成，操作效率高、可靠性好。三是组件采用真空封装，内部集成消气剂，组件真空寿命长。
附图说明
图1组件剖面示意图。
图2金字塔形多级热电制冷器俯视图。
图3组件封装完成后的俯视图。
图中：1组件外壳、2多级热电制冷器、3电极板、4焦平面模块、5视场光阑、6防辐射光阑、7盖板、8窗口、9防辐射屏、10消气剂、11消气剂压板、12排气管、13柔性带线。
具体实施方式：
本发明提供的一种集成多级热电制冷器的焦平面探测器组件封装结构，如图1。包括组件外壳1、多级热电制冷器2、电极板3、焦平面模块4、视场光阑5、防辐射光阑6、盖板7、窗口8、防辐射屏9、消气剂10、消气剂压板11、排气管12、柔性带线13。组件外壳1选用可伐材料，侧面烧结玻璃珠引线针。多级热电制冷器2选用四级金字塔形结构，如图2，其底面通过高导热银浆固定在组件外壳1腔体内的底面上，其正负供电电极通过锡焊连接于组件外壳1的针脚。电极板3通过高导热银浆固定在多级热电制冷器2的上表面，焦平面模块4通过低温环氧胶固定在电极板3上。柔性带线13采用聚酰亚胺材料，内部为金属电极，表面进行磁控溅射金层处理，柔性带线13的一端通过锡焊固定于组件外壳1针脚，另一端通过环氧低温胶固定于电极板3，再利用超声键合工艺完成焦平面模块4的电学引出。组件内集成视场光阑5和防辐射光阑6，其中视场光阑5通过环氧低温胶固定在电极板3上，其开孔尺寸按照光学设计确定，防辐射光阑6通过环氧低温胶固定在多级热电制冷器2的第二级上。消气剂10安装在组件外壳1腔体内的底面上，通过消气剂压板11进行固定，气剂压板11采用镙丝与组件外壳1进行连接。防辐射屏9安装于消气剂10和多级热电制冷器2之间，通过电阻焊固定于组件外壳1上。窗口8先通过共晶焊与盖板7完成密封性焊接，再将盖板7与组件外壳1进行激光焊接。组件外壳1上集成排气管12，用于整个组件密封完成以后的超高真空排气，密封完成后的组件如图3。
Claims (5)
1.一种集成多级热电制冷器的焦平面红外探测器组件封装结构，包括组件外壳(1)、多级热电制冷器(2)、电极板(3)、焦平面模块(4)、视场光阑(5)、防辐射光阑(6)、盖板(7)、窗口(8)、防辐射屏(9)、消气剂(10)、消气剂压板(11)、排气管(12)、柔性带线(13)；其特征在于：
所述的多级热电制冷器(2)的底面通过高导热银浆固定在组件外壳(1)腔体内的底面上，电极板(3)通过高导热银浆固定在多级热电制冷器(2)的上表面，焦平面模块(4)通过低温环氧胶固定在电极板(3)上；柔性带线(13)一端通过锡焊固定于组件外壳(1)针脚，另一端通过环氧低温胶固定于电极板(3)，利用超声键合工艺完成焦平面模块(4)的电学引出；组件内集成视场光阑(5)和防辐射光阑(6)，其中视场光阑(5)通过环氧低温胶固定在电极板(3)上，防辐射光阑(6)通过环氧低温胶固定在多级热电制冷器(2)的中间一级上；消气剂(10)安装在组件外壳(1)腔体内的底面上，通过消气剂压板(11)进行固定，消气剂压板(11)采用镙丝与组件外壳(1)进行连接；防辐射屏(9)安装于消气剂(10)和多级热电制冷器(2)之间，通过镙丝或者电阻焊固定；窗口(8)先通过共晶焊与盖板(7)完成密封性焊接，再将盖板(7)与组件外壳(1)进行密封性焊接；组件外壳(1)上集成用于高真空排气的排气管(12)。
2.根据权利要求1所述的一种集成多级热电制冷器的焦平面红外探测器组件封装结构，其特征在于：所述的多级热电制冷器(2)为可以方便安装防辐射光阑(6)的金字塔形结构，冷端面积小，中间级的面积大。
3.根据权利要求1所述的一种集成多级热电制冷器的焦平面红外探测器组件封装结构，其特征在于：所述的视场光阑(5)和防辐射光阑(6)的内腔体有黑色涂层或镀层，外表面为抛光处理层或镀金层。
4.根据权利要求1所述的一种集成多级热电制冷器的焦平面红外探测器组件封装结构，其特征在于：所述的组件外壳(1)、盖板(7)、防辐射屏(9)、表面均有镀金层。
5.根据权利要求1所述的一种集成多级热电制冷器的焦平面红外探测器组件封装结构，其特征在于：所述的柔性带线(13)表面有磁控溅射处理的金层。
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