CN114093954B - 红外探测器封装组件及具有其的红外探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种红外探测器封装组件及具有其的红外探测器，红外探测器封装组件，包括：壳体组件、芯片及引线环，壳体组件限定出腔室，芯片设于腔室内，引线环框架构成壳体组件的组成部分，芯片与引线环电学连接，以将芯片从腔室内电学引出。其中，壳体组件为低膨胀合金件，壳体组件开设有连通腔室的窗口，窗口通过蓝宝石窗片覆盖。根据本发明的红外探测器封装组件，采用管壳的形式进行封装，结构紧凑。壳体组件采用低膨胀合金件，低温下具有优异的机械强度、导热性和气密性。而且，低膨胀合金件的壳体组件低温下的热胀系数与蓝宝石窗片接近，可有效降低蓝宝石窗片在低温下的应力，另外，蓝宝石窗片抗压强度高且可实现较高的透过率。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测器技术领域，尤其涉及一种红外探测器封装组件及具有其的红外探测器。
背景技术
制冷型红外探测器一般采用微杜瓦封装形式，但是根据制冷方式或者系统耦合平台的需求，管壳封装形式的红外探测器也越来越常见，封装结构也朝着易于生产维护和标准化的方向发展。相对于地面背景的红外探测器，深空背景下的红外探测器所探测的光信号极弱，因此对探测器封装时窗口的透过率要求较高。
此外，为了增强探测灵敏度，结构整体工作在40K的低温下，对结构的热适配要求较高。
应用于40K低温下的红外探测器，需要与用户的平台进行力学、热学以及电学耦合。因此封装结构的机械强度、热适配性、真空度和气密性、电学性能的可靠性等指标非常重要。
深低温以及用户平台的动载荷要求封装结构低温下的机械强度要好。真空度及气密性方面，为了方便后期对真空度的维护，结构中应具有可重复使用的真空接头。电学方面，随着引出管脚数量的增多，为了方便与用户平台进行电学耦合，提升电学可靠性，电学引出方式趋于标准化发展。此外，为了提高结构的透过率，在制作窗片时可选择的材料有限，很可能因为与外壳材料的热胀系数有差异引起热失配，且窗片本身材料的抗压强度较低导致低温下碎裂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何提高红外探测器在低温环境中的性能稳定性，提供一种红外探测器封装组件及具有其的红外探测器。
根据本发明实施例的红外探测器封装组件，包括：
壳体组件，所述壳体组件限定出腔室；
芯片，所述芯片设于所述腔室内；
引线环，所述引线环框架构成所述壳体组件的组成部分，所述芯片与所述引线环电学连接，以将所述芯片从所述腔室内电学引出；
其中，所述壳体组件为低膨胀合金件，所述壳体组件开设有连通所述腔室的窗口，所述窗口通过蓝宝石窗片覆盖。
根据本发明实施例的红外探测器封装组件，采用管壳的形式进行封装，结构紧凑。壳体组件采用低膨胀合金件，低温下具有优异的机械强度、导热性和气密性。而且，低膨胀合金件的壳体组件低温下的热胀系数与蓝宝石窗片接近，可有效降低蓝宝石窗片在低温下的应力，另外，蓝宝石窗片抗压强度高且可实现较高的透过率。
根据本发明的一些实施例，所述壳体组件包括：
底板，所述底板与所述引线环框架的第一固定环焊接；
窗座，所述窗座与所述引线环框架的第二固定环焊接。
在本发明的一些实施例中，所述芯片通过基板粘接于所述底板。
根据本发明的一些实施例，所述芯片与所述基板间引线键合连接，所述基板与所述引线环间引线键合连接。
在本发明的一些实施例中，所述底板和所述引线环框架为可伐合金件，所述窗座为铟伐合金件。
根据本发明的一些实施例，所述蓝宝石窗片与所述壳体组件粘接连接。
在本发明的一些实施例中，所述壳体组件具有连通所述腔室的排气管。
根据本发明的一些实施例，所述排气管为金属管，所述排气管与所述壳体组件焊接。
根据本发明实施例的红外探测器，所述红外探测器包括如上所述的红外探测器封装组件。
根据本发明实施例的红外探测器，通过采用上述所述的红外探测器封装组件，可以提高红外探测器的低温环境下的性能稳定性。
根据本发明的一些实施例，所述红外探测器封装用于最低40K的温度环境。
附图说明
图1为根据本发明实施例的红外探测器封装组件的结构示意图。
附图标记：
红外探测器封装组件100，
底板110，窗座120，腔室S0，
芯片20，基板30，引线环40，第一固定环410，第二固定环420，窗片50，排气管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所示，根据本发明实施例的红外探测器封装组件100，包括：壳体组件、芯片20及引线环40。
其中，壳体组件限定出腔室S0，芯片20设于腔室S0内。引线环40框架构成壳体组件的组成部分，也就是说，引线环40的框架部分构成壳体组件的组成部分，共同限定出腔室S0。芯片20与引线环40电学连接，以将芯片20从腔室S0内电学引出。由此，可以使芯片20通过引线环40与腔室S0外部的部件连接。
其中，壳体组件为低膨胀合金件，壳体组件开设有连通腔室S0的窗口，窗口通过蓝宝石窗片50覆盖。
需要说明的是，这里所述的低膨胀合金件可以理解为低温环境下，热膨胀系数较小的合金件，例如铟伐合金件(4J39)、可伐合金件等。由此，可以使壳体组件的低温膨胀系数与蓝宝石窗片50的低温膨胀系数相适配，从而可以减小蓝宝石窗片50低温所受到的应力，提高了红外探测器封装组件100的低温性能稳定性。
根据本发明实施例的红外探测器封装组件100，采用管壳的形式进行封装，结构紧凑。壳体组件采用低膨胀合金件，低温下具有优异的机械强度、导热性和气密性。而且，低膨胀合金件的壳体组件低温下的热胀系数与蓝宝石窗片50接近，可有效降低蓝宝石窗片50在低温下的应力，另外，蓝宝石窗片50抗压强度高且可实现较高的透过率。
根据本发明的一些实施例，如图1所示，壳体组件包括：底板110和窗座120。底板110与引线环40框架的第一固定环410焊接，窗座120与引线环40框架的第二固定环420焊接。其中，第一固定环410可以理解为引线环40朝向底板110的下金属环，第二固定环420可以理解为引线环40朝向窗座120的上金属环。引线环40通过第一固定环410与底板110焊接，通过第二固定环420与窗座120焊接，提高了引线环40与底板110和窗座120之间连接的可靠性和便利性。
在本发明的一些实施例中，芯片20通过基板30粘接于底板110。如图1所示，底板110可以设有向上凸起的固定部，基板30可以为陶瓷基板30，基板30与固定部粘接，芯片20与基板30粘接。
根据本发明的一些实施例，芯片20与基板30间引线键合连接，基板30与引线环40间引线键合连接。也就是说，芯片20通过基板30与引线环40电学连接，以将芯片20电学引出至腔室S0外。
在本发明的一些实施例中，底板110和引线环40框架为可伐合金件，窗座120为铟伐合金件。由此，可以提高红外器封装组件100的结构强度和低温稳定性。
根据本发明的一些实施例，蓝宝石窗片50与壳体组件间粘接连接。由此，可以提高蓝宝石窗片50的固定的便利性和固定效率。在本发明的另一些实施例中，蓝宝石窗片50具有金属圈，蓝宝石窗片50通过金属圈与壳体组件焊接。由此，可以提高蓝宝石窗片50与壳体组件间固定的牢固性和稳定性。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，壳体组件具有连通腔室S0的排气管60。由此，可以通过排气管60对腔室S0进行抽真空操作，提供真空腔室S0环境，保证红外探测器组件测试以及后续使用时真空度的维护。
根据本发明的一些实施例，排气管60为金属管，排气管60与壳体组件焊接。由此，可以提高排气管60的结构强度。
根据本发明实施例的红外探测器，红外探测器包括如上所述的红外探测器封装组件100。由此，通过采用上述所述的红外探测器封装组件100，可以提高红外探测器的低温环境下的性能稳定性。
根据本发明的一些实施例，红外探测器封装用于最低40K的温度环境。例如，红外探测器可以在40K低温下稳定运行。
下面参照附图以一个具体的实施例详细描述本发明的红外探测器封装组件100。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。
本发明提出了一种应用于40K低温下的红外探测器封装组件100。封装组件100的壳体组件采用金属材料，提高了封装组件100低温下的机械强度和导热性能。
其中，如图1所示，底板110与引线环40的第一固定环410间、引线环40的第二固定环420与窗座120间、窗座120与排气管60间均通过焊接进行固定，窗座120与蓝宝石窗片50间粘接连接。底板110与基板30间、基板30与芯片20间则通过粘接进行固定。
当红外探测器封装组件100封装完成后，通过排气管60对结构进行抽真空处理。本封装组件100采用引线环40进行电学引出。窗片50则采用了从近红外到中波红外透过率较高的蓝宝石材料，窗座120采用了和蓝宝石窗片50热膨胀系数相接近的铟伐材料。
红外探测器封装组件100各部件的材质及装配封装过程如下：
底板110和引线环40的第一固定环410和第二固定环420均为可伐材料，底板110与第一固定环410通过激光焊进行固定，形成模块；
基板30与芯片20进行粘接固化后，与底板110通过粘接固定；
芯片20与基板30间、基板30与引线环40之间进行引线键合，完成芯片20的电学引出；
窗座120与排气管60之间通过钎焊进行固定，然后与蓝宝石窗片50进行高频焊接，随后整体与引线环40的第二固定环420通过激光焊进行固定；
其中窗座120采用铟伐制作，其低温热膨胀系数与蓝宝石窗片50接近，可大幅减小蓝宝石窗片50低温所受到的应力。
综上所述，本发明提出的红外探测器封装组件100，采用管壳的形式进行封装，结构紧凑。其中，底板110、窗座120及排气管60均为金属材料，引线环40的第一固定环410和第二固定环420也为金属材料，所以，底板110与引线环40间、引线环40与窗座120间、窗座120与排气管60间均可采用焊接方式进行固定，低温下具有优异的机械强度，导热性和气密性。
排气管60可对器件进行抽真空处理，保证探测器测试以及后续使用时真空度的维护。引线环40的生产工艺和封装工艺成熟，其低温性能经过了长期的验证，同时也有利于后续电学引出的标准化发展。
壳体组件采用低膨胀合金件，低温下具有优异的机械强度、导热性和气密性。而且，低膨胀合金件的壳体组件低温下的热胀系数与蓝宝石窗片50接近，可有效降低蓝宝石窗片50在低温下的应力，另外，蓝宝石窗片50抗压强度高且可实现较高的透过率。
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 (8)
1.一种红外探测器封装组件，其特征在于，包括：
壳体组件，所述壳体组件限定出腔室；
芯片，所述芯片设于所述腔室内；
引线环，引线环框架构成所述壳体组件的组成部分，所述芯片与所述引线环电学连接，以将所述芯片从所述腔室内电学引出；
其中，所述壳体组件为低膨胀合金件，所述壳体组件开设有连通所述腔室的窗口，所述窗口通过蓝宝石窗片覆盖；
所述壳体组件包括：
底板，所述底板与所述引线环框架的第一固定环焊接；
窗座，所述窗座与所述引线环框架的第二固定环焊接，所述窗座为铟伐合金件；
所述底板和所述引线环框架为可伐合金件。
2.根据权利要求1所述的红外探测器封装组件，其特征在于，所述芯片通过基板粘接于所述底板。
3.根据权利要求2所述的红外探测器封装组件，其特征在于，所述芯片与所述基板间引线键合连接，所述基板与所述引线环间引线键合连接。
4.根据权利要求1所述的红外探测器封装组件，其特征在于，所述蓝宝石窗片与所述壳体组件粘接连接。
5.根据权利要求1所述的红外探测器封装组件，其特征在于，所述壳体组件具有连通所述腔室的排气管。
6.根据权利要求5所述的红外探测器封装组件，其特征在于，所述排气管为金属管，所述排气管与所述壳体组件焊接。
7.一种红外探测器，其特征在于，所述红外探测器包括如权利要求1-6中任一项所述的红外探测器封装组件。
8.根据权利要求7所述的红外探测器，其特征在于，所述红外探测器封装用于最低40K的温度环境。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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