CN116884883B - 一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法，属于红外探测器技术领域。一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法，包括以下步骤：S1、准备工作，S2、仿真和模拟，S3、气体预处理，S4、自动化填充，S5、去除气泡，S6、检查结果。该方法中，在填充之前，通过仿真技术模拟填充过程并分析气泡体生成的原因，并根据模拟结果，优化填充参数和工艺，有效减少真正填充中气泡体的产生，且在填充过程中结合微流控技术和传感技术，通过微型通道和阀门，精确控制底部填充胶的流速、流量和方向，通过分析压力信号，获取实时信息，并根据压力传感器的反馈信号，及时调整填充参数，从而实现更精确的填充。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测器技术领域，更具体地说，涉及一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法。
背景技术
红外探测器是一种同时实现红外信息的获取和进行信息处理的成像传感器，其在军用民用等领域都有着广泛的应用。红外探测器是一种低温工作器件，工作温度为77K，但是在日常通常是在室温下储存，因而红外探测器会不断经受温度冲击，且读出电路和焦平面所用材料不同，热膨胀系数差异大，在温度循环过程中器件芯片容易产生横向拉力而造成疲劳，严重影响红外探测器的可靠性，所以需要底部填充胶来缓冲这种拉力，而在填充胶的过程往往由于流速不均匀，中间部分流速小于边缘部分流速，在芯片内部形成一个包围的趋势,当空白区域被灌胶材料完全包围后，空气无法有效排出，在芯片内部形成一个高气压区域，阻止灌胶材料进一步向该区域扩散，最终形成气泡。
目前在对红外探测器底部填充胶体时，为了减少了红外探测器底部填充胶中的含泡率，通常会在填充后立即使用振动方法、真空方法或轻轻敲击红外探测器的方式帮助去除红外探测器底部填充中的气泡，但是这些方式都是为了在填充后减少并去除气泡，在红外探测器的材质方面并没有过多要求，且缺少对于气泡产生的分析和控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法，以解决上述背景技术中提出的问题：目前在对红外探测器底部填充胶体时，为了减少了红外探测器底部填充胶中的含泡率，通常会在填充后立即使用振动方法、真空方法或轻轻敲击红外探测器的方式帮助去除红外探测器底部填充中的气泡，但是这些方式都是为了在填充后减少并去除气泡，在红外探测器的材质方面并没有过多要求，且缺少对于气泡产生的分析和控制。
一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法，包括以下步骤：
S1、准备工作：确保工作区域干净整洁，准备好所需的材料和工具，并确定填充方式，选择钝化层为氧化铝的红外探测器，将红外探测器放置在稳定的平台上，并确保底部是清洁的，且选择自动化填充，包括微流控技术；
S2、仿真和模拟：利用计算机仿真和建模技术，模拟填充过程并分析气泡体生成的原因，并根据模拟结果，优化填充参数和工艺，根据填充过程中可能导致所述气泡体生成的原因，包括材料挤出、气体溶解度变化以及流动剪切，建立所述气泡体生成的数学模型和经验模型，针对材料挤出情况，使用Navier-Stokes方程，通过求解流体的速度场和压力分布，预测挤出过程中的气泡体形成，且建立气体溶解度变化模建立气体溶解度变化的模型基于Henry's Law经验关系，并考虑溶解气体的溶解度与温度、压力的关系，从而预测所述气泡体的生成情况，以减少气泡体的产生；
S3、气体预处理：在填充之前，对气体进行预处理，去除其中的气泡和杂质；
S4、自动化填充：在微流控技术基础上结合压力传感器，实时监控填充过程，并根据反馈信号进行调整，利用微小的流道和微阀门来控制液体的流动，通过微流控芯片中的微型通道和阀门，精确控制所述底部填充胶的流速、流量和方向，精确地控制底部填充胶的注入过程，减少气泡体的形成，从而进一步提高填充的准确性和可靠性；
S5、去除气泡：一旦底部填充胶注入到底部，将芯片置于真空烘箱中进行固化；
S6、检查结果：检查红外探测器底部芯片是否有气泡体存在，如果仍然存在气泡体，重复上述步骤，直到获得满意的结果。
优选地，S1还包括如下步骤：
S1-1、填充材料选择：选择适合的底部填充胶，包括硅胶、玻璃和聚合物材料，从而确保该材料具有低气泡体生成的特性。
优选地，S2还包括如下步骤：
S2-1、建立几何模型：根据红外探测器的几何形状和底部填充区域的尺寸，使用CAD软件创建一个三维几何模型；
S2-2、网格划分：将创建好的三维几何模型离散化为网格，将填充区域细分为小的单元；
S2-3、物理参数定义：根据填充过程的物理特性，定义模型中的材料属性和边界条件，这些参数包括底部填充胶的粘度、密度、表面张力、填充速度、压力和温度；
S2-4、确立控制参数：结合仿真结果，确定精确的过程控制参数，包括温度、压力和填充速度参数的控制，以优化填充过程。
优选地，S2还包括如下步骤：
建立剪切流动模型：在建模时，利用K-Birdi-Kosior-Zatloukal剪切流动模型，描述在剪切流动下气泡体的产生和演化；
建立界面破裂模型：使用表面张力模型和断裂力学模型，分析材料接触和破裂的力学行为。
优选地，S3还包括如下步骤：
S3-1、气体过滤：使用气体过滤器去除气体中的微小颗粒和固体杂质，过滤器可以有效净化气体，并防止杂质进入底部填充胶中；
S3-2、去湿：利用去湿机，将湿气从气体中除去，确保气体的干燥程度。
优选地，S4还包括如下步骤：
S4-1、压力传感器监测：通过分析压力信号，获得填充过程中的实时信息，包括填充速度和充实度，如果检测到异常的压力波动或压力下降，意味着气泡体的产生或填充不均匀，根据压力传感器的反馈信号，及时调整填充参数，包括流速、以及阀门控制，以实现更精确的填充。
优选地，S5还包括如下步骤：
S5-1、准备真空烘箱：确保真空烘箱干净，并检查密封系统的状态，主要是确保真空烘箱内没有杂质和污染物，以避免对芯片产生负面影响；
S5-2、设置温度和真空参数：将真空烘箱设置为所需的温度，即65℃，然后设置真空度为10-2Pa，确保真空泵和其他真空系统正常运行，并确保真空度达到所需水平；
S5-3、芯片放置：将芯片放置在固定载具中，确保芯片安全固定，并避免芯片与其他部件或表面接触；
S5-4、入炉和抽真空：将装有芯片的固定载具放入真空烘箱中，关闭真空烘箱的门，并启动真空泵，开始抽真空，监控真空度，确保其稳定在10-2Pa的水平；
S5-5、固化过程：当真空度稳定在10-2Pa的水平后，启动真空烘箱的加热系统，将真空烘箱的温度升至65℃，保持芯片在固化温度下一段适当的时间，以完成固化过程；
S5-6、结束和恢复：在固化完成后，关闭加热系统，并逐步恢复大气压力，打开真空烘箱门，小心取出固定载具，并取下芯片，有效地减少了红外探测器底部填充胶中的含泡率，减少了由于底部填充中的气泡体造成的故障。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明中，在底部填充胶对芯片填充之前，通过仿真技术模拟填充过程并分析气泡体生成的原因，并根据模拟结果，优化填充参数和工艺，有效减少真正填充中气泡体的产生。
(2)本发明中，在填充过程中采用微流控技术，通过微型通道和阀门，精确控制底部填充胶的流速、流量和方向，且在微流控芯片中加入压力传感器，通过分析压力信号，获取填充过程中的实时信息，并根据压力传感器的反馈信号，及时调整填充参数，从而实现更精确的填充。
(3)本发明中，在填充之前，对气体进行预处理，确保底部填充胶中的气体质量较高，且选择钝化层为氧化铝的红外探测器，促进填充胶在其表面的均匀分布和流动，有效提高填充胶的渗透性。
附图说明
图1为本发明的整体方法流程图；
图2为用于红外探测器的底部填充的示意图；
图3为点胶时底部填充胶流动时速度分布示意图；
图4为点胶后的底部填充中的气泡体形成示意图。
附图标记：
1：芯片；2：电路端；3：铟柱；4：金属连接层；5：底部填充胶；6：气泡体。
具体实施方式
实施例：
请参阅图1，一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法，包括以下步骤：
S1、准备工作：确保工作区域干净整洁，准备好所需的材料和工具，并确定填充方式；
在本实施例中，S1还包括如下步骤：
S1-1、准备红外探测器：选择钝化层为氧化铝的红外探测器，将红外探测器放置在稳定的平台上，并确保底部是清洁的，钝化层的主要作用是保护底部填充胶5和探测器内部的敏感元件免受外部环境的影响，同时提供良好的光学性能，氧化铝钝化层的表面具有润湿性，促进填充胶在其表面的均匀分布和流动，有效提高填充胶的渗透性，并减少气泡体6在探测器中的产生，氧化铝钝化层提高底部填充胶5的流动性，而流动性变好会更加有利于抵制气泡体6的产生；
S1-2、填充材料选择：选择适合的底部填充胶5，包括硅胶、玻璃和聚合物材料，其中硅胶具有良好的抗气泡性能和导热性能，硅胶可以提供可靠的密封，并在一定程度上抑制气泡体6的形成；玻璃是一种透明且稳定的底部填充胶5，可以提供良好的光学特性和密封性能，玻璃适用于高温环境和特殊要求的应用；而聚合物材料中可以选择环氧树脂和聚氨酯作为底部填充胶5，它们具有较好的密封性能和耐化学性能，适用于各种环境条件，从而确保该材料具有低气泡体6生成的特性；
S1-3、填充方式选择：选择自动化填充，包括微流控技术，实现高精度和可重复性的填充过程，减少气泡体6的形成。
S2、仿真和模拟：利用计算机仿真和建模技术，模拟填充过程并分析气泡体6生成的原因，并根据模拟结果，优化填充参数和工艺，以减少气泡体6的产生；
在本实施例中，S2还包括如下步骤：
S2-1、建立几何模型：提前测量红外探测器和其底部填充区域的尺寸，根据红外探测器的几何形状和底部填充区域的尺寸，使用CAD软件创建一个三维几何模型；
S2-2、网格划分：将创建好的三维几何模型离散化为网格，将填充区域细分为小的单元，这里网格划分的精细度将影响仿真结果的准确性，因此需要根据具体三维几何模型尺寸进行适当的网格优化；
S2-3、物理参数定义：根据填充过程的物理特性，定义模型中的材料属性和边界条件，这些参数包括底部填充胶5的粘度、密度、表面张力、填充速度、压力和温度；
S2-4、气泡生成模型：根据填充过程中可能导致气泡体6生成的原因，包括材料挤出、气体溶解度变化以及流动剪切，建立气泡体6生成的数学模型和经验模型；
S2-5、确立控制参数：结合仿真结果，确定精确的过程控制参数，包括温度、压力和填充速度参数的控制，以优化填充过程。
在本实施例中，S2-4还包括如下步骤：
建立流体力学模型：当底部填充胶5从注射器或喷嘴中挤出时，由于流体的速度梯度和变形，可能会引起气泡体6生成，针对材料挤出情况，使用Navier-Stokes方程，通过求解流体的速度场和压力分布，预测挤出过程中的气泡体6形成；
建立气体溶解度变化模型：底部填充胶5中的溶解气体在温度、压力变化时可能释放出气泡体6，建立气体溶解度变化的模型基于Henry's Law经验关系，并考虑溶解气体的溶解度与温度、压力的关系，从而预测气泡体6的生成情况；
建立剪切流动模型：填充过程中的流体流动会引起剪切力，可能导致气泡体6的形成，在建模时，利用K-Birdi-Kosior-Zatloukal剪切流动模型，描述在剪切流动下气泡体6的产生和演化；
建立界面破裂模型：底部填充胶5与底部表面的界面可能存在不均匀或不完全的接触，底部填充胶5注入时，界面破裂会导致气泡体6的形成，使用表面张力模型和断裂力学模型，分析材料接触和破裂的力学行为。
具体的，首先在材料选择上选择选择钝化层为氧化铝的红外探测器，在红外探测器底部设置有芯片1与电路端2，芯片1与电路端2之间设置有铟柱3，铟柱3上下端为金属连接层4，且铟柱3之间通过底部填充胶5来填充，而底部填充胶5可以在硅胶、玻璃和聚合物材料硅胶、玻璃和聚合物材料中选择，而为了可以在填充前更好的减少气泡体6产生的概率，根据红外探测器的几何形状和底部填充区域的尺寸，使用CAD软件创建一个三维几何模型，之后将创建好的三维几何模型离散化为网格，将填充区域细分为小的单元，并建立气泡体6生成模型，通过模型预测分析并结合仿真结果，确定精确的过程控制参数，包括温度、压力和填充速度参数的控制，从而优化底部填充胶5的填充过程。
S3、气体预处理：在填充之前，对气体进行预处理，去除其中的气泡和杂质；
在本实施例中，S3还包括如下步骤：
S3-1、气体过滤：使用气体过滤器去除气体中的微小颗粒和固体杂质，过滤器通常采用不同级别的滤网或滤芯，可以根据需求选择合适的过滤等级，过滤器可以有效净化气体，并防止杂质进入底部填充胶5中；
S3-2、去湿：气体中的湿气含量对填充过程中气泡体6的形成有一定影响，去湿机可以去除气体中的湿气，减少填充过程中气泡体6的生成，利用去湿机，将湿气从气体中除去，确保气体的干燥程度。
S4、自动化填充：在微流控技术基础上结合压力传感器，实时监控填充过程，并根据反馈信号进行调整，精确地控制底部填充胶5的注入过程，减少气泡体6的形成，从而进一步提高填充的准确性和可靠性；
在本实施例中，S4还包括如下步骤：
S4-1、微流控技术：利用微小的流道和微阀门来控制液体的流动，通过微流控芯片中的微型通道和阀门，精确控制底部填充胶5的流速、流量和方向；
S4-2、压力传感器监测：通过在微流控芯片中加入压力传感器，可以实时监测填充过程中的压力变化，底部填充胶5的压力变化与流体的流速和流量密切相关，通过分析压力信号，获得填充过程中的实时信息，包括填充速度和充实度，如果检测到异常的压力波动或压力下降，意味着气泡体6的产生或填充不均匀，根据压力传感器的反馈信号，及时调整填充参数，包括流速、以及阀门控制，以实现更精确的填充。
具体的，使用气体过滤器去除气体中的微小颗粒和固体杂质，防止杂质进入底部填充胶5中，再利用去湿机，将湿气从气体中除去，确保气体的干燥程度，之后结合仿真分析和参数调整结果，利用微小的流道和微阀门来控制液体的流动，通过微流控芯片中的微型通道和阀门，精确控制底部填充胶5的流速、流量和方向，且在微流控芯片中加入压力传感器，通过分析压力信号，获取填充过程中的实时信息，并根据压力传感器的反馈信号，及时调整填充参数，包括流速、以及阀门控制，以实现更精确的填充。
S5、去除气泡：一旦底部填充胶5注入到底部，将芯片置于真空烘箱中进行固化；
在本实施例中，S5还包括如下步骤：
S5-1、准备真空烘箱：确保真空烘箱干净，并检查密封系统的状态，主要是确保真空烘箱内没有杂质和污染物，以避免对芯片产生负面影响；
S5-2、设置温度和真空参数：将真空烘箱设置为所需的温度，即65℃，然后设置真空度为10-2Pa，确保真空泵和其他真空系统正常运行，并确保真空度达到所需水平；
S5-3、芯片放置：将芯片放置在固定载具中，以防止与真空烘箱直接接触，确保芯片安全固定，并避免芯片与其他部件或表面接触；
S5-4、入炉和抽真空：将装有芯片的固定载具放入真空烘箱中，关闭真空烘箱的门，并启动真空泵，开始抽真空，监控真空度，确保其稳定在10-2Pa的水平；
S5-5、固化过程：当真空度稳定在10-2Pa的水平后，启动真空烘箱的加热系统，将真空烘箱的温度升至65℃，保持芯片在固化温度下一段适当的时间，以完成固化过程；
S5-6、结束和恢复：在固化完成后，关闭加热系统，并逐步恢复大气压力，打开真空烘箱门，小心取出固定载具，并取下芯片，有效地减少了红外探测器底部填充胶5中的含泡率，减少了由于底部填充中的气泡体6造成的故障。
S6、检查结果：检查红外探测器底部芯片是否有气泡体6存在，如果仍然存在气泡体6，重复上述步骤，直到获得满意的结果。
具体的，将真空烘箱设置为65℃，且真空度设置为10-2Pa，将装有芯片的固定载具放入真空烘箱中，关闭真空烘箱的门，并启动真空泵，开始抽真空，监控真空度，确保其稳定在10-2Pa的水平，当真空度稳定在10-2Pa的水平后，启动真空烘箱的加热系统，将真空烘箱的温度升至65℃，保持芯片在固化温度下一段适当的时间，以完成固化过程，在固化完成后，关闭加热系统，并逐步恢复大气压力，打开真空烘箱门，小心取出固定载具，并取下芯片，最后检查芯片1是否有气泡体6存在，如果仍然存在气泡体6，重复上述步骤，直到获得满意的结果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法，其特征在于：一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法，包括以下步骤：
S1、准备工作：确保工作区域干净整洁，准备好所需的材料和工具，并确定填充方式，选择钝化层为氧化铝的红外探测器，将红外探测器放置在稳定的平台上，并确保底部是清洁的，且选择自动化填充，包括微流控技术；
S2、仿真和模拟：利用计算机仿真和建模技术，模拟填充过程并分析气泡体(6)生成的原因，并根据模拟结果，优化填充参数和工艺，根据填充过程中可能导致所述气泡体(6)生成的原因，包括材料挤出、气体溶解度变化以及流动剪切，建立所述气泡体(6)生成的数学模型和经验模型，针对材料挤出情况，使用Navier-Stokes方程，通过求解流体的速度场和压力分布，预测挤出过程中的气泡体(6)形成，且建立气体溶解度变化模建立气体溶解度变化的模型基于Henry's Law经验关系，并考虑溶解气体的溶解度与温度、压力的关系，从而预测所述气泡体(6)的生成情况；
S3、气体预处理：在填充之前，对气体进行预处理，去除其中的气泡和杂质；
S4、自动化填充：在微流控技术基础上结合压力传感器，实时监控填充过程，并根据反馈信号进行调整，利用微小的流道和微阀门来控制液体的流动，通过微流控芯片中的微型通道和阀门，精确控制所述底部填充胶(5)的流速、流量和方向；
S5、去除气泡：一旦底部填充胶(5)注入到底部，将红外探测器底部芯片(1)置于真空烘箱中进行固化；
S6、检查结果：检查红外探测器底部芯片(1)是否有所述气泡体(6)存在，如果仍然存在所述气泡体(6)，重复上述步骤，直到获得满意的结果。
2.根据权利要求1的一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法，其特征在于，S1还包括如下步骤：
S1-1、填充材料选择：选择适合的所述底部填充胶(5)，包括硅胶、玻璃和聚合物材料。
3.根据权利要求1的一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法，其特征在于，S2还包括如下步骤：
S2-1、建立几何模型：根据红外探测器的几何形状和底部填充区域的尺寸，使用CAD软件创建一个三维几何模型；
S2-2、网格划分：将创建好的三维几何模型离散化为网格，将填充区域细分为小的单元；
S2-3、物理参数定义：根据填充过程的物理特性，定义模型中的材料属性和边界条件，这些参数包括所述底部填充胶(5)的粘度、密度、表面张力、填充速度、压力和温度；
S2-4、确立控制参数：结合仿真结果，确定精确的过程控制参数，包括温度、压力和填充速度参数的控制。
4.根据权利要求1的一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法，其特征在于，S2还包括如下步骤：
建立剪切流动模型在建模时，利用K-Birdi-Kosior-Zatloukal剪切流动模型，描述在剪切流动下所述气泡体(6)的产生和演化；
建立界面破裂模型：使用表面张力模型和断裂力学模型，分析材料接触和破裂的力学行为。
5.根据权利要求1的一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法，其特征在于，S3还包括如下步骤：
S3-1、气体过滤：使用气体过滤器去除气体中的微小颗粒和固体杂质；
S3-2、去湿：利用去湿机，将湿气从气体中除去，确保气体的干燥程度。
6.根据权利要求1的一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法，其特征在于，S4还包括如下步骤：
S4-1、压力传感器监测：通过分析压力信号，获得填充过程中的实时信息，包括填充速度和充实度，如果检测到异常的压力波动或压力下降，意味着气泡体(6)的产生或填充不均匀，根据压力传感器的反馈信号，及时调整填充参数，包括流速、以及阀门控制。
7.根据权利要求1的一种用于减少红外探测器底部填充中气泡的方法，其特征在于，S5还包括如下步骤：
S5-1、准备真空烘箱：确保真空烘箱干净，并检查密封系统的状态；
S5-2、设置温度和真空参数：将真空烘箱设置为所需的温度，即65℃，然后设置真空度为10-2pa，确保真空泵和其他真空系统正常运行，并确保真空度达到所需水平；
S5-3、芯片放置：将芯片放置在固定载具中，确保芯片安全固定，并避免芯片与其他部件或表面接触；
S5-4、入炉和抽真空：将装有芯片的固定载具放入真空烘箱中，关闭真空烘箱的门，并启动真空泵，开始抽真空，监控真空度，确保其稳定在10-2Pa的水平；
S5-5、固化过程：当真空度稳定在10-2Pa的水平后，启动真空烘箱的加热系统，将真空烘箱的温度升至65℃，保持芯片在固化温度下一段适当的时间，以完成固化过程；
S5-6、结束和恢复：在固化完成后，关闭加热系统，并逐步恢复大气压力，打开真空烘箱门，小心取出固定载具，并取下芯片。
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