CN113270514A - 非真空制冷型红外探测器及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种红外探测器及其封装方法红外探测器，包括：壳体、引线环，引出框架、芯片。引线环设于壳体内，引线环具有多个沿周向方向间隔设置的。引出框架位于壳体内，引出框架设有容纳槽，引出框架设有多个第二pin脚，多个第一pin脚与多个第二pin脚一一对应且电连接，芯片设于容纳槽内并与引出框架电连接。根据本发明的红外探测器，芯片设置于引出框架的容纳槽内，并采用引线环实现芯片电学信号的集成输出，可以有效提升探测器的电学可靠性，此外，还可以减小红外探测器的整体体积和重量，便于红外探测器的小型化、轻量化及集成化设计。

Description

非真空制冷型红外探测器及其封装方法

技术领域

本发明涉及红外探测器技术领域，尤其涉及一种非真空制冷型红外探测器及其封装方法。

背景技术

红外焦平面探测器是红外探测技术的核心部件，目前它已经广泛应用于安防系统、地球气象环境监测、天文学观察研究、辅助智能驾驶、火灾预警、生产线安全生产监控等多个民用领域，成为先进光电探测系统的重要组成部分。红外探测器经历了从单元、多元迅速发展到一维线列和二维面阵的过程，随着红外探测技术的不断成熟发展，人们对探测器轻型化、小型化和高度集成化的配置需求越来越高。

原有的单元和线列红外探测器已经不能满足当前的应用需求，目前小面阵的红外探测器开始被尝试用于便携安防测温等装备上，但是由于其芯片尺寸较大，电学引出管脚多，且现有传统的封装结构形式会导致组件尺寸较大，很难满足民用便携小型化需求。为将小面阵红外探测器进一步普及推广到民用领域，实现便民服务(如疫情防控)，加强社会治安(如安防系统)等应用需求，非真空制冷型红外探测器整机小型化设计刻不容缓。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何封装制备小型非真空制冷型红外探测器，本发明提出一种非真空制冷型红外探测器及其封装方法。

根据本发明实施例的非真空制冷型红外探测器，包括：

壳体；

引线环，所述引线环设于所述壳体内，所述引线环具有多个沿周向方向间隔设置的；

引出框架，所述引出框架位于所述壳体内，所述引出框架设有容纳槽，所述引出框架设有多个第二pin脚，多个所述第一pin脚与多个所述第二pin脚一一对应且电连接；

芯片，所述芯片设于所述容纳槽内并与所述引出框架电连接。

根据本发明实施例的非真空制冷型红外探测器，芯片设置于引出框架的容纳槽内，并采用引线环实现芯片电学信号的集成输出，可以有效提升探测器的电学可靠性，此外，还可以减小红外探测器的整体体积和重量，便于红外探测器的小型化、轻量化及集成化设计。

根据本发明的一些实施例，所述红外探测器还包括：

冷头部件，装配有所述芯片的所述引出框架与所述冷头部件连接，所述冷头部件伸入所述壳体内并与所述壳体连接。

在本发明的一些实施例中，所述冷头部件的底座设有供多个所述第一pin脚伸出的通孔。

根据本发明的一些实施例，所述第一pin脚与对应的所述第二pin脚通过引线键合连接。

在本发明的一些实施例中，所述壳体内设有承载台阶，所述引出框架与所述承载台阶粘接。

根据本发明的一些实施例，所述引线环包括：环形的陶瓷座体，多个所述第一pin脚沿所述陶瓷座体的周向方向均匀间隔设置。

在本发明的一些实施例中，所述壳体的端部设有窗座，所述窗座的直径小于所述壳体的直径。

根据本发明的一些实施例，所述芯片的像元数目为：128×128，或320×256，或4×288。

根据本发明实施例的红外探测器的封装方法，所述封装方法用于封装如上述所述的非真空制冷型红外探测器，所述方法包括：

将所述壳体与所述引线环粘接形成第一组件；

将装配有所述芯片的所述引出框架与冷头部件粘接形成第二组件；

将所述第一组件与所述第二组件粘接；

通过引线键合所述第一pin脚和对应的所述第二pin脚；

在所述壳体的端部焊接窗座，完成所述红外探测器的封装。

根据本发明实施例的红外探测器的封装方法，结合焦平面杜瓦组件封装特点与非真空探测器组件相结合，可以进一步缩小非真空制冷型红外探测器组件的尺寸，同时提高电学引出可靠性，满足人们对红外探测器组件轻量化和小型化的需求，实现小面阵非真空制冷型红外探测器组件的小型化封装，推动小型化封装技术的进步，满足日益增长的市场需求，增强企业市场竞争力。

附图说明

图1为根据本发明实施例的非真空制冷型红外探测器的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的非真空制冷型红外探测器的局部结构爆炸图；

图3为根据本发明实施例的非真空制冷型红外探测器的封装方法流程图；

图4为根据本发明实施例的非真空制冷型红外探测器的实物图。

附图标记：

红外探测器100，

壳体10，

引线环20，陶瓷座体210，第一pin脚211，

引出框架30，第二pin脚310，

芯片40，

冷头部件50，底座510，通孔511，

窗座60。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的非真空制冷型红外探测器100，包括：壳体10、引线环20、引出框架30和芯片40。

具体而言，引线环20设于壳体10内，如图2所示，引线环20具有多个沿周向方向间隔设置的第一pin脚211。通过将多个第一pin脚211沿引线环20的周向方向间隔设置，可以减小引线环20的占用体积，有利于红外探测器100的集成化设计。

引出框架30位于壳体10内，如图2所示，引出框架30设有容纳槽，引出框架30设有多个第二pin脚310，多个第一pin脚211与多个第二pin脚310一一对应且电连接。由此，可以通过第一pin脚211和多个第一pin脚211实现引出框架30与引线环20间的连接。

如图2所示，芯片40设于容纳槽内并与引出框架30电连接。通过将芯片40设于容纳槽内，使引出框架30与芯片40集成化设置，可以减小芯片40的占据空间和红外探测器100的整体重量。

根据本发明实施例的非真空制冷型红外探测器100，芯片40设置于引出框架30的容纳槽内，并采用引线环20实现芯片40电学信号的集成输出，可以有效提升红外探测器100的电学可靠性，此外，还可以减小红外探测器100的整体体积和重量，便于红外探测器100的小型化、轻量化及集成化设计。

根据本发明的一些实施例，如图1所示，红外探测器100还包括：冷头部件50，装配有芯片40的引出框架30与冷头部件50连接，冷头部件50伸入壳体10内并与壳体10连接。需要说明的是，通过设置冷头部件50，可以通过冷头部件50固定引出框架30和芯片40，而且，可以通过冷头部件50对引出框架30和芯片40进行降温、冷却，使芯片40处于安全的工作温度环境，从而提供了红外探测器100运行的稳定性和可靠性。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，冷头部件50的底座510设有供多个第一pin脚211伸出的通孔511。也就是说，在冷头部件50的底座510上，对应多个第一pin脚211的位置设有多个通孔511。由此，多个第一pin脚211可以从对应的通孔511中伸出。从而便于红外探测器100与其他部件之间的连接，而且，有利于红外探测器100的集成化和小型化设计。

根据本发明的一些实施例，结合图2所示，第一pin脚211与对应的第二pin脚310通过引线键合连接。需要说明的是，通过引线连接对应的第一pin脚211和第二pin脚310，可以提高第一pin脚211与第二pin脚310之间连接的稳定性和可靠性，而且，可以充分利用壳体10内部空间，使红外探测器100的结构更加紧凑、合理。

在本发明的一些实施例中，壳体10内设有承载台阶，引出框架30与承载台阶粘接。可以理解的是，通过在壳体10内设置承载台阶，便于引出框架30的固定连接。引出框架30和承载台阶之间采用粘接的方式可以提高引出框架30固定的便利性和固定效率。

根据本发明的一些实施例，如图2所示，引线环20包括：环形的陶瓷座体210，多个第一pin脚211沿陶瓷座体210的周向方向均匀间隔设置。通过将陶瓷座体210设置为环形，将多个第一pin脚211均匀间隔设置于陶瓷座体210，可以使陶瓷座体210外套于冷头组件，缩小陶瓷座体210的占据空间，减轻红外探测器100的整体重量。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，壳体10的端部设有窗座60，窗座60的直径小于壳体10的直径。需要说明的是，通过在壳体10的端部设置窗座60，可以通过窗座60密封壳体10，而且，光线可以通过窗座60穿入壳体10内芯片40上，实现红外探测器100的成像检测功能。

根据本发明的一些实施例，芯片40的像元数目为：128×128，或320×256，或4×288。也就是说，芯片40的像元数目可以为128×128，也可以为320×256，还可以为4×288。当然，还可以根据需要设置为其他像元数目。

根据本发明实施例的红外探测器100的封装方法，封装方法用于封装如上述的非真空制冷型红外探测器100，如图3所示，方法包括：

S110，将壳体与引线环粘接形成第一组件；

S120，将装配有芯片的引出框架与冷头部件粘接形成第二组件；

S130，将第一组件与第二组件粘接；

S140，通过引线键合第一pin脚和对应的第二pin脚；

S150，在壳体的端部焊接窗座，完成红外探测器的封装。

根据本发明实施例的红外探测器100的封装方法，结合焦平面杜瓦组件封装特点与非真空探测器组件相结合，可以进一步缩小非真空制冷型红外探测器组件的尺寸，同时提高电学引出可靠性，满足人们对红外探测器组件轻量化和小型化的需求，实现小面阵非真空制冷型红外探测器组件的小型化封装，推动小型化封装技术的进步，满足日益增长的市场需求，增强企业市场竞争力。

下面参照附图以一个具体的实施例详细描述根据本发明的非真空制冷型红外探测器100及其封装方法。值得理解的是，下述描述仅是示例性描述，而不应理解为对本发明的具体限制。

随着红外探测技术的发展，用户对于非真空制冷型红外探测器体积小和重量轻的要求越来越高，目前主流产品的结构设计外形及封装方式已不满足当前的需求，因此，开展红外探测器的小型化设计的需求迫切。本发明针对现有非真空制冷型红外探测器组件尺寸和重量较大的问题，综合焦平面杜瓦组件结构设计思路进行了创新优化，设计开发了一种小型化、轻量化的封装结构方案，并成功制备搭载128×128(15μm)锑化铟芯片的探测器组件。

本发明提出的非真空制冷型红外探测器100及其封装方法，结合焦平面杜瓦组件封装特点与非真空探测器组件相结合，可以进一步缩小非真空制冷型红外探测器100组件的尺寸，同时提高电学引出可靠性，满足人们对红外探测器100组件轻量化和小型化的需求，实现小面阵非真空制冷型红外探测器100组件的小型化封装，推动小型化封装技术的进步，满足日益增长的市场需求，增强企业市场竞争力。

如图1所示，红外探测器100主要包括：128×128元(15μm中心间距)的芯片40、电学引出框架30、24pin陶瓷引线环20、探测器冷头部件50(内含特殊隔热材料用于降低使用过程中的漏热)、探测器金属壳体10及探测器窗座60等。

结合图1-3所示，红外探测器100的封装方法流程是：

S1，将组件装配所需的零部件进行尺寸表面状态进行复验，合格零件进行清洗、除气、烘干等预处理，对电学光学零件进行相关的设计指标(光谱透过率、电学导通性等)测试；

S2，将探测器金属壳体与陶瓷引线环通过定向粘接互配成为整体并烘烤至胶完全固化，清理多余物并检查粘接强度；

S3，探测器冷头部件准备完成后，将红外探测器芯片与陶瓷框架按照设计方向装配到探测器冷头部件上端面并烘烤至完全固化，清理多余物，检查芯片封装方向等是否正确；

S4，将已携带芯片的冷头部件与已粘接外壳的陶瓷引线环进行精密定向装配粘接，装配过程注意安装定位标记位置，并烘烤至完全固化，检查装配是否满足封装要求；

S5，上述步骤完成后的部件利用专用工装在金丝球焊机下进行芯片的内外引线键合，键合完成后检查引线质量；

S6，装配窗座并利用激光焊接将其与探测器金属壳体进行焊接完成组件封装，实物如图4所示。

S7，完成组装的红外组件耦合J-T制冷器采用专用测试线缆和测试系统进行光电性能的测试。

由此，通过利用特殊降低漏热的结构设计结合芯片-框架-引线环的电学信号引出方式的设计思路，可以实现非真空制冷型红外探测器100的小型化封装，同时相较于现有产品利用高级程度的电学引出方式实现工艺简单化并提高电学可靠性，进而提高该类型红外探测器100生产效率和成品率，满足市场对小型化高科可靠型非真空制冷型红外探测器100的大量需求。

本发明提出的非真空制冷型红外探测器100及其封装方法具有以下优势：

可以搭载工作在90K温度下的128×128(15μm)锑化铟芯片；可以实现组件总质量约5g，质量仅为现有同类组件的四分之一；包络尺寸≤φ19.2×14.5,仅为同类型现有组件的一半，极大地推动了非真空制冷型红外探测器小型化封装技术的进步。

另外，值得强调的是，本发明提出的红外探测器100及其封装方法，可封装的芯片不仅限于128×128(15μm)规格，后续1×128、320×256、4×288等像元数目，单个像元尺寸5μm、10μm、30μm、50μm等的均有可能由该设计思路设计成的探测器结构进行搭载；尺寸不限于≤φ19.2×14.5，重量不限于5g，可能会随着芯片规格及电学引出管脚数目进行或大或小的调整。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (9)

1.一种非真空制冷型红外探测器，其特征在于，包括：

壳体；

引线环，所述引线环设于所述壳体内，所述引线环具有多个沿周向方向间隔设置的第一pin脚；

引出框架，所述引出框架位于所述壳体内，所述引出框架设有容纳槽，所述引出框架设有多个第二pin脚，多个所述第一pin脚与多个所述第二pin脚一一对应且电连接；

芯片，所述芯片设于所述容纳槽内并与所述引出框架电连接。

2.根据权利要求1所述的非真空制冷型红外探测器，其特征在于，所述红外探测器还包括：

冷头部件，装配有所述芯片的所述引出框架与所述冷头部件连接，所述冷头部件伸入所述壳体内并与所述壳体连接。

3.根据权利要求2所述的非真空制冷型红外探测器，其特征在于，所述冷头部件的底座设有供多个所述第一pin脚伸出的通孔。

4.根据权利要求1所述的非真空制冷型红外探测器，其特征在于，所述第一pin脚与对应的所述第二pin脚通过引线键合连接。

5.根据权利要求1所述的非真空制冷型红外探测器，其特征在于，所述壳体内设有承载台阶，所述引出框架与所述承载台阶粘接。

6.根据权利要求1所述的非真空制冷型红外探测器，其特征在于，所述引线环包括：环形的陶瓷座体，多个所述第一pin脚沿所述陶瓷座体的周向方向均匀间隔设置。

7.根据权利要求1所述的非真空制冷型红外探测器，其特征在于，所述壳体的端部设有窗座，所述窗座的直径小于所述壳体的直径。

8.根据权利要求7所述的非真空制冷型红外探测器，其特征在于，所述芯片的像元数目为：128×128，或320×256，或4×288。

9.一种红外探测器的封装方法，其特征在于，所述封装方法用于封装如权利要求1-8中任一项所述的非真空制冷型红外探测器，所述方法包括：

将所述壳体与所述引线环粘接形成第一组件；

将装配有所述芯片的所述引出框架与冷头部件粘接形成第二组件；

将所述第一组件与所述第二组件粘接；

通过引线键合所述第一pin脚和对应的所述第二pin脚；

在所述壳体的端部焊接窗座，完成所述红外探测器的封装。

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