CN115326204A - 一种多芯片模块封装的杜瓦组件及红外探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多芯片模块封装的杜瓦组件及红外探测器，包括：冷台模块，冷台模块的侧面包括多个第一芯片模块安装面，多个第一芯片模块安装面直接或间接地合围形成环状结构，每两相邻的第一芯片模块安装面之间具有夹角；冷台模块的上表面包括第二芯片模块安装面；第一芯片模块安装面和/或第二芯片模块安装面上设有芯片模块，芯片模块包括基板、设于基板上的芯片组、以及罩设芯片组的冷屏。本发明采用多方向多芯片集成的方式，经后期校正，拼接成大视场、高分辨率的全景图像，同时通过多芯片共用一个制冷源，达到结构紧凑、轻量化和低功耗目的。

Description

一种多芯片模块封装的杜瓦组件及红外探测器

技术领域

本发明涉及红外探测器的技术领域，尤其涉及一种多芯片模块封装的杜瓦组件及包括该多芯片模块封装的杜瓦组件的红外探测器。

背景技术

制冷红外探测器具有响应速度更快、画面细节更细腻、灵敏度更高、探测距离更远及性能更稳定等诸多优点，已经越来越多地应用在目标搜索、目标识别、目标跟踪和目标定位等军民领域。

视场代表红外探测器能够观察到的最大范围，通常以角度来表示，视场角的大小决定了红外探测器的视野范围，视场角越大，视野就越大。通俗地说，目标物体超过这个角就不会被收在镜头里。

在现代军事侦查及太空应用中，目标快速检测、实时追踪和精确测量已成为红外光学系统发展的主要焦点。在红外全景技术实现上，有采用短焦距“鱼眼”镜头及旋转相机，前者导致画面中心以外区域出现桶形畸变，后者多数采用机械旋转的方式在某一平面上实现360°全景，为保证扫描速率，每个像素仅停留几十毫秒，降低了信噪比，导致目标检测与判断之间的延迟。

现有技术中，在多方向同时成像时，需要多个红外探测器，从而使得成像设备体积及质量增大。

发明内容

有鉴于此，主要为了解决针对多个方向成像的问题，本发明的目的在于提供一种多芯片模块封装的杜瓦组件及包括该多芯片模块封装的杜瓦组件的红外探测器。

需要特别说明的是，本发明并非局限于360°全景，其他单个红外探测器无法覆盖的尺寸的画面，例如180°等也使用本发明的技术方案。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，包括：冷台模块，所述冷台模块的侧面包括多个第一芯片模块安装面，多个所述第一芯片模块安装面直接或间接地合围形成环状结构，每两相邻的所述第一芯片模块安装面之间具有夹角；

所述冷台模块的上表面包括第二芯片模块安装面；

所述第一芯片模块安装面和/或所述第二芯片模块安装面上设有芯片模块，所述芯片模块包括基板、设于所述基板上的芯片组、以及罩设所述芯片组的冷屏。

一种多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，包括：冷台模块，所述冷台模块的侧面包括多个第一芯片模块安装面，多个所述第一芯片模块安装面直接或间接地合围形成环状结构，每两相邻的所述第一芯片模块安装面之间具有第一夹角；

所述冷台模块的上表面包括第二芯片模块安装面，所述第一芯片模块安装面与所述第二芯片模块安装面之间具有第二夹角；

所述第一芯片模块安装面和/或所述第二芯片模块安装面上设有芯片模块，所述芯片模块包括基板、设于所述基板上的芯片组、以及罩设所述芯片组的冷屏。

上述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，两相邻的所述第一芯片模块安装面之间的第一夹角相同或不同。

上述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，多个所述第一芯片模块安装面与所述第二芯片模块安装面之间的第二夹角相同或不同。

上述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，第一夹角与第二夹角相同或不同。

上述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，还包括：

冷指部件，所述冷指部件包括冷指基座和与所述冷指基座相连接的冷指气缸，所述冷指气缸的上端提供一用于安装所述冷台模块的冷台模块安装面；

连接部件，所述连接部件套设于所述冷指气缸的外部，所述连接部件的上端提供一用于安装连接盘的连接盘安装面；

所述连接盘，安装于所述连接盘安装面，其具备一供冷指气缸贯穿的孔。

上述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，还包括红外窗口，所述红外窗口包括：

与所述连接盘相连接的窗框；

设于所述窗框上的、与所述芯片模块相对应的红外窗片。

上述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，所述连接部件为筒状结构，所述连接部件的高度小于所述冷指气缸的高度，所述连接盘位于所述冷台模块的下方。

上述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，所述基板上设有第一信号转接插座，所述连接盘上设有第二信号转接插座，所述第一信号转接插座与所述第二信号转接插座相匹配。

上述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，所述冷台模块包括：

多个侧面板，多个所述侧面板相互连接形成环状结构，每一所述侧面板均提供一所述第一芯片模块安装面；

一个上面板，多个所述侧面板的上端均与所述上面板相连接，所述上面板提供所述第二芯片模块安装面；

其中，多个所述侧面板的下端均与冷指气缸相连接；

其中，所述冷台模块的下端开放设置。

上述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，两相邻的所述第一芯片模块安装面之间的夹角满足：

其中，ω为所述两相邻的所述第一芯片模块安装面之间的夹角；h为所述冷屏的高度；l为点M’与点N之间的距离；

其中，点M’为点M在所述基板上的投影，点M为所述冷屏的肩部内端点；点N为芯片组近端点。

上述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，所述第一芯片模块安装面和所述第二芯片模块安装面之间的夹角满足：

其中，ω为所述第一芯片模块安装面和所述第二芯片模块安装面之间的夹角；h为所述冷屏的高度；l为点M’与点N之间的距离；

其中，点M’为点M在所述基板上的投影，点M为所述冷屏的肩部内端点；点N为芯片组近端点。

上述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，所述第一芯片模块安装面相对于所述冷指气缸的轴线倾斜设置，所述冷台模块呈棱台结构；

或，所述第一芯片模块安装面相对于所述冷指气缸的轴线平行设置，所述冷台模块呈棱柱结构。

上述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其中，所述红外窗片平行于所述第一芯片模块安装面和/或所述第二芯片模块安装面设置。

一种红外探测器，其特征在于，包括上述任意一项所述的多芯片模块封装的杜瓦组件。

本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

(1)本发明采用多方向多芯片集成的方式，经后期校正，拼接成大视场、高分辨率的全景图像，同时通过多芯片共用一个制冷源，达到结构紧凑、轻量化和低功耗目的。

附图说明

图1是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的立体示意图。

图2是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的剖视示意图。

图3是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的芯片模块的示意图。

图4是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的红外窗口的示意图。

图5是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的连接盘的示意图。

图6是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的连接部件的示意图。

图7是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的连接盘的装配示意图。

图8是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的冷屏模块的示意图。

图8a是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的冷屏模块的剖视示意图。

图9是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的公式参数的参考图。

图10是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的公式参数的参考图。

图11是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的第一实施例的装配示意图。

图12是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的第一实施例的温度场仿真分析示意图。

图13是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的第二实施例的装配示意图。

图14是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的第二实施例的结构示意图。

图15是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的第二实施例的冷台模块的示意图。

图15a是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的第二实施例的冷台模块的剖视示意图。

图16是本发明的多芯片模块封装的杜瓦组件的第二实施例的温度场仿真分析示意图。

附图中：1、冷台模块；11、侧面板；12、上面板；2、芯片模块；21、基板；22、芯片组；23、冷屏；24、第一信号转接插座；25、滤光片；3、冷指部件；31、冷指基座；32、冷指气缸；4、连接部件；5、连接盘；51、第二信号转接插座；6、红外窗口；61、窗框；62、红外窗片。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”、“横向”、“竖向”等术语所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

需要特别说明的是，本发明中的“水平”、“垂直”均用于说明大致位置关系，而并非严格的“水平面”或“竖直面”。

需要特别说明的是，本发明在未作出明确说明的情况下，既可以以附图中所示出的角度使用，也可以以附图以外的角度使用。

请参见图1至图2所示，示出一种较佳实施例的多芯片模块封装的杜瓦组件，包括：冷台模块1，冷台模块1的侧面包括多个第一芯片模块安装面，多个第一芯片模块安装面直接或间接地合围形成环状结构，每两相邻的第一芯片模块安装面之间具有夹角。

在一种较佳的实施例中，两相邻的第一芯片模块安装面之间的夹角相同。

在另一种较佳的实施例中，两相邻的第一芯片模块安装面之间的夹角不同。

进一步，作为一种较佳的实施例，冷台模块1的上表面包括第二芯片模块安装面。

进一步，作为一种较佳的实施例，第一芯片模块安装面和/或第二芯片模块安装面上设有芯片模块2，芯片模块2包括基板21、设于基板21上的芯片组22、以及罩设芯片组22的冷屏23。

优选的，芯片模块2还包括设有冷屏23的滤光片25。

优选的，每个第一芯片模块安装面上均设有一个芯片模块2。

优选的，可以根据使用环境选择不同型号、不同波段探测器芯片。

优选的，可以根据光学接口要求选择不同F数冷屏。

优选的，芯片模块2通过环氧胶粘接在第一芯片模块安装面和/或第二芯片模块安装面上。

需要特别说明的是，第一芯片模块安装面之间可以直接的连接，例如两块平面板连接等；也可以间接的连接，例如通过转角、弧面等结构连接等。

此外，并非要求每一芯片模块安装面上都安装有芯片模块2，芯片模块2的安装数量可以根据实际需要选择。

尽管本发明优选地提供了一种360°全景的解决方案，但应当值的注意到的是，在一些不需要全景的情况中，例如仅需要一侧150°、180°的环境下，通过调整第一芯片模块安装面的数量、或通过调整芯片模块2的安装数量也可以实现其需求。

显然，除开上述提及的角度，其他的适应的角度也能够被推及。

进一步，作为一种较佳的实施例，还包括：冷指部件3，冷指部件3包括冷指基座31和与冷指基座31相连接的冷指气缸32，冷指气缸32的上端提供一用于安装冷台模块1的冷台模块安装面。

优选的，冷指气缸32位于真空环境中，冷指气缸32的下端耦合制冷机，冷指气缸32的上端与冷台模块1钎焊连接。

进一步，作为一种较佳的实施例，还包括：连接部件4，连接部件4套设于冷指气缸32的外部，连接部件4的上端提供一用于安装连接盘5的连接盘安装面。

进一步，作为一种较佳的实施例，还包括：连接盘5，安装于连接盘安装面，其具备一供冷指气缸32贯穿的孔。

优选的，连接部件4通过激光焊分别连接冷指基座31和连接盘5。

进一步，作为一种较佳的实施例，还包括红外窗口6，红外窗口6包括：与连接盘5相连接的窗框61；设于窗框61上的、与芯片模块2相对应的红外窗片62。

优选的，红外窗片62的数量与芯片模块2的数量一致，且红外窗片62与冷屏23进行光学匹配。

优选的，红外窗口6与连接盘5均具有侧边，且其侧边数量与冷台模块1的侧边数量一致。

优选的，红外窗口6与连接盘5高能束焊接连接。

进一步，作为一种较佳的实施例，连接部件4为筒状结构，连接部件4的高度小于冷指气缸32的高度，连接盘5位于冷台模块1的下方。

进一步，作为一种较佳的实施例，基板21上设有第一信号转接插座24，连接盘5上设有第二信号转接插座51，第一信号转接插座24与第二信号转接插座51相匹配。

优选的，通过柔性转接线实现芯片模块2的电信号引出，第一信号转接插座24和第二信号转接插座51的数量与芯片模块2的数量一致。

更进一步地，基板21与连接盘5上也设有对应的转接线插槽，通过转接线实现各个芯片模块2的电信号引出。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。

本发明在上述基础上还具有如下实施方式：

本发明的进一步实施例中，冷台模块1包括：多个侧面板11，多个侧面板11相互连接形成环状结构，每一侧面板11均提供一第一芯片模块安装面。

本发明的进一步实施例中，冷台模块1包括：一个上面板12，多个侧面板11的上端均与上面板12相连接，上面板12提供第二芯片模块安装面。

本发明的进一步实施例中，多个侧面板11的下端均与冷指气缸32相连接。

本发明的进一步实施例中，冷台模块1的下端开放设置。

本发明的进一步实施例中，两相邻的第一芯片模块安装面之间的夹角、两相邻的第一芯片模块安装面与第二芯片模块安装面之间的夹角均满足：

其中，ω为夹角；h为冷屏23的高度；l为点M’与点N之间的距离；

其中，点M’为点M在基板21上的投影，点M为冷屏23的肩部内端点；点N为芯片组22近端点。

具体地来说，芯片模块2中，冷屏23的高度为h，冷屏23的肩部内端点M在基板21上的投影为M’，M’距芯片组22近侧端点N距离为l，则MN与基板21的夹角θ为：

芯片模块2粘接在冷台模块1的芯片模块安装面上(即第一芯片模块安装面或第二芯片模块安装面)，两相邻的芯片模块2的最大视场边界夹角为β，为保证探测画面无盲区，则：

β>0

即可得：

本发明的进一步实施例中，提供了第一种实施例的冷台模块1，其中，第一芯片模块安装面相对于冷指气缸32的轴线倾斜设置，冷台模块1呈棱台结构。

在本实施例中，冷台模块1具有多个侧面板11，侧面板11的具体数量不限，其可根据实际需要选择。侧面板11一般为平面。冷台模块1的侧面板11与上面板12合围形成上述的棱台结构，即侧面板11倾斜设置，冷台模块1的下端的直径大于其上端的直径。

优选的，冷台模块1为四棱台结构。

请参见图8a所示，图8a表明经温度场仿真分析，四棱台结构的探测器芯片温度均在80k左右，满足使用要求，且六个探测器芯片温差在0.3k内，均匀性良好。

本发明的进一步实施例中，提供了第二种实施例的冷台模块1，其中，第一芯片模块安装面相对于冷指气缸32的轴线平行设置，冷台模块1呈棱柱结构。

在本实施例中，冷台模块1具有多个侧面板11，侧面板11的具体数量不限，其可根据实际需要选择。侧面板11一般为平面。冷台模块1的侧面板11与上面板12合围形成上述的棱柱结构，即侧面板11平行设置，冷台模块1的下端的直径等于其上端的直径。

优选的，冷台模块1为正棱柱结构。当然，在其他实施例中，冷台模块1显然也可以是非正棱柱的结构，即冷台模块1的侧面板11之间的夹角不同。

优选的，冷台模块1为正五棱柱结构。

请参见图15a所示，图15a表明经温度场仿真分析，正五棱柱结构的探测器芯片温度均在80k左右，满足使用要求，且六个探测器芯片温差在0.36k内，均匀性良好。

本发明的进一步实施例中，红外窗片62平行于第一芯片模块安装面和/或第二芯片模块安装面设置。

本发明的进一步实施例中，还提供了一种红外探测器，包括多芯片模块封装的杜瓦组件。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种多芯片模块封装的杜瓦组件，其特征在于，包括：冷台模块，所述冷台模块的侧面包括多个第一芯片模块安装面，多个所述第一芯片模块安装面直接或间接地合围形成环状结构，每两相邻的所述第一芯片模块安装面之间具有夹角；

所述冷台模块的上表面包括第二芯片模块安装面；

所述第一芯片模块安装面和/或所述第二芯片模块安装面上设有芯片模块，所述芯片模块包括基板、设于所述基板上的芯片组、以及罩设所述芯片组的冷屏。

2.根据权利要求1所述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其特征在于，还包括：

冷指部件，所述冷指部件包括冷指基座和与所述冷指基座相连接的冷指气缸，所述冷指气缸的上端提供一用于安装所述冷台模块的冷台模块安装面；

连接部件，所述连接部件套设于所述冷指气缸的外部，所述连接部件的上端提供一用于安装连接盘的连接盘安装面；

所述连接盘，安装于所述连接盘安装面，其具备一供冷指气缸贯穿的孔。

3.根据权利要求2所述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其特征在于，还包括红外窗口，所述红外窗口包括：

与所述连接盘相连接的窗框；

设于所述窗框上的、与所述芯片模块相对应的红外窗片。

4.根据权利要求2所述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其特征在于，所述连接部件为筒状结构，所述连接部件的高度小于所述冷指气缸的高度，所述连接盘位于所述冷台模块的下方。

5.根据权利要求2所述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其特征在于，所述基板上设有第一信号转接插座，所述连接盘上设有第二信号转接插座，所述第一信号转接插座与所述第二信号转接插座相匹配。

6.根据权利要求1所述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其特征在于，所述冷台模块包括：

多个侧面板，多个所述侧面板相互连接形成环状结构，每一所述侧面板均提供一所述第一芯片模块安装面；

一个上面板，多个所述侧面板的上端均与所述上面板相连接，所述上面板提供所述第二芯片模块安装面；

其中，多个所述侧面板的下端均与冷指气缸相连接；

其中，所述冷台模块的下端开放设置。

7.根据权利要求1所述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其特征在于，两相邻的所述第一芯片模块安装面之间的夹角满足：

其中，ω为所述两相邻的所述第一芯片模块安装面之间的夹角；h为所述冷屏的高度；l为点M’与点N之间的距离；

其中，点M’为点M在所述基板上的投影，点M为所述冷屏的肩部内端点；点N为芯片组近端点。

8.根据权利要求1所述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其特征在于，所述第一芯片模块安装面和所述第二芯片模块安装面之间的夹角满足：

其中，ω为所述第一芯片模块安装面和所述第二芯片模块安装面之间的夹角；h为所述冷屏的高度；l为点M’与点N之间的距离；

其中，点M’为点M在所述基板上的投影，点M为所述冷屏的肩部内端点；点N为芯片组近端点。

9.根据权利要求1所述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其特征在于，所述第一芯片模块安装面相对于所述冷指气缸的轴线倾斜设置，所述冷台模块呈棱台结构；

或，所述第一芯片模块安装面相对于所述冷指气缸的轴线平行设置，所述冷台模块呈棱柱结构。

10.根据权利要求3所述的多芯片模块封装的杜瓦组件，其特征在于，所述红外窗片平行于所述第一芯片模块安装面和/或所述第二芯片模块安装面设置。

11.一种红外探测器，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的多芯片模块封装的杜瓦组件。

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