CN211347102U - 一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，包括真空绝热套为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口，在光学窗口相对端设置有开口；芯柱为柱状；芯柱一端通过真空绝热套的开口伸入真空绝热套内部空间，另一端与真空绝热套外壳密封贴合；红外探测器芯片粘贴于芯柱伸入绝热套内部空间的一端端部。真空绝热套为双层内真空结构，保证了杜瓦真空度在长时间内保持稳定。红外探测器组件工作在惰性气体环境下，红外探测器芯片粘接到芯柱上面的冷板上所采用的胶的放气不会对杜瓦的真空度产生影响。上述两种因素保证了杜瓦真空度在长时间内保持稳定，使得此种红外探测器组件，相较于传统真空杜瓦封装的红外探测器组件使用和存储寿命都能明显增加。
Description
技术领域
本实用新型涉及红外探测器领域，具体涉及一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构。
背景技术
金属微杜瓦主要应用于制冷型半导体红外探测器。制冷型半导体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传感器，其在军事和民事领域都有广泛的应用。
制冷型半导体红外探测器芯片根据种类的不同其工作温度一般在77K-150K之间，制冷方式采用J-T制冷器或是斯特林制冷机，这两种制冷方式在规定的体积重量的条件下输出功率为确定值并且普遍较小，所以制冷型半导体红外探测器芯片如果要持续工作，就必须封装在微型杜瓦中，然后对芯片进行制冷。微杜瓦的作用是为半导体芯片提供封装和隔热环境。
图1示出了现有的一种金属微杜瓦结构，其主要包括芯柱105、外壳102和光学窗口101。芯柱105采用隔热性较好的材料，外壳102和芯柱105一般采用焊接的方式连接一起。外壳102、芯柱105、光学窗口101三者之间形成真空室。
现有真空金属微杜瓦的主要问题是：(1)红外探测器芯片无法耐受高温，所以杜瓦在抽真空排气时一般仅能给组件加温到100℃以下，导致杜瓦内部材料内有大量的气体分子，在使用和存储过程中会逐渐放气，使得杜瓦的真空度下降，红外探测器组件的热功耗增加；(2)红外探测器芯片和冷屏需要用胶粘接到芯柱105上面的冷板上，这些胶在真空环境下也会放气，也会导致杜瓦的真空度下降。
上述两种因素共同作用下，杜瓦在长时间使用后会出现探测器组件功耗增加，无法被制冷到工作温度，从而红外探测器组件失效。此外，杜瓦在抽真空排气的过程中，对整个组件进行烘烤加温的时间长达360小时以上，将会导致芯片性能劣化，降低探测器芯片封装成品率，并且影响探测器的使用和存储寿命。
实用新型内容
本实用新型提供一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，以解决现有技术中存在无法改善金属微杜瓦封装的成品率和红外探测器组件的使用和存储寿命问题。
本实用新型提供一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，其特征在于，包括：真空绝热套，芯柱、红外探测器芯片；
其中，所述真空绝热套为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口，在所述光学窗口相对端设置有开口；
所述芯柱为柱状；所述芯柱一端通过所述真空绝热套的开口伸入所述真空绝热套内部空间，另一端与所述真空绝热套外壳密封贴合；
所述红外探测器芯片粘贴于所述芯柱伸入所述绝热套内部空间的一端端部。
可选的，所述真空绝热套为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口，具体为真空绝热套的双内层真空结构的外侧一层设置有光学窗口，内侧一层设置有光学窗口。
可选的，所述芯柱伸入所述绝热套内部空间的一端端部从上至下依次叠放滤光片，冷屏，所述红外探测器芯片。
可选的，所述真空绝热套为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口，具体为真空绝热套的双内层真空结构的外侧一层设置有光学窗口，内侧一层设置有滤光片。
可选的，所述红外探测器芯片粘贴于所述芯柱伸入所述绝热套内部空间的一端端部具体为，在所述芯柱的另一端设置有引线，所述引线沿所述芯柱的伸入的方向延伸，并与所述芯柱上的所述红外探测器芯片固定连接。
可选的，所述真空绝热套的一侧设置有排气孔，所述排气孔连接专用的排气设备，用于对所述真空绝热套排气。
可选的，所述真空绝热套充有惰性气体，由所述芯柱底部设置的通气孔充入，其中，所述惰性气体包括：氮气，氩气。
可选的，所述真空绝热套充有惰性气体，用于避免红外探测器芯片出现表面结霜。
可选的，所述芯柱底部设置通气孔，用于制备所述真空绝热套的双内层真空结构时冲入惰性气体。
可选的，所述芯柱一端通过所述真空绝热套的开口伸入所述真空绝热套内部空间，另一端与所述真空绝热套外壳密封贴合具体为，所述芯柱的另一端采用胶与所述真空绝热套进行密封贴合。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：本申请提供一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，包括真空绝热套为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口，在光学窗口相对端设置有开口；芯柱为柱状；芯柱一端通过真空绝热套的开口伸入真空绝热套内部空间，另一端与真空绝热套外壳密封贴合；红外探测器芯片粘贴于芯柱伸入绝热套内部空间的一端端部。
真空绝热套为双层内真空结构，在绝热套排气完成后再和含有探测器器件的芯柱进行组装，所以杜瓦在抽真空排气时可以加温到300℃，有效的将真空绝热套双内层真空结构中内表面的气体分子排除，减少红外探测器组件在使用和存储过程中放气，从而保证了杜瓦真空度在长时间内保持稳定。红外探测器组件工作在惰性气体环境下，红外探测器芯片粘接到芯柱上面的冷板上所采用的胶的放气不会对杜瓦的真空度产生影响，也就不会影响杜瓦的功耗。上述的两种特征因素保证了杜瓦真空度在长时间内保持稳定，使得此种红外探测器组件，相较于传统真空杜瓦封装的红外探测器组件使用和存储寿命都能明显的增加。
附图说明
图1是现有技术中的一种金属微杜瓦结构的纵向截面示意图；
其中，光学窗口101，外壳102，陶瓷引线环103，排气孔104，芯柱105，定位螺孔106；
图2是本申请第一实施例提供的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构中的真空绝热套结构图的纵向截面示意图；
图3是本申请第一实施例提供的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构的纵向截面示意图；
其中，光学窗口(1)301，光学窗口(2)302，真空绝热套303，排气孔304，芯柱305，红外探测器芯片306，滤光片307，冷屏308；在附图2和附图3中，相同的附图标记表示相同的附图元件；
图4是本申请第二实施例提供的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构的纵向截面示意图；
其中，光学窗口401，滤光片402，真空绝热套403，排气孔404，芯柱405，红外探测器芯片406。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
本申请实施例提供一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，图2是本申请第一实施例提供的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构中的真空绝热套结构图的纵向截面示意图。图3是本申请第一实施例提供的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构的纵向截面示意图。
结合图3所示，本申请第一实施例提供的红外探测器的金属微杜瓦真空结构包括：真空绝热套303，芯柱305，红外探测器芯片306。
其中，真空绝热套303为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口301，在所述光学窗口301相对端设置有开口；在本实施例中，真空绝热套303在其一端设置有光学窗口301设置为两种结构；以下第一实施例解释说明第一种结构。
具体的，如图3所示，真空绝热套303为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口，具体为真空绝热套303的双内层真空结构的外侧一层设置有光学窗口(1)301，内侧一层设置有光学窗口(2)302，光学窗口(1)301和光学窗口(2)302采用扩散焊的方式与真空绝热套303外壳焊接到一起。
此外，滤光片307放置于芯柱305上方的冷屏308上，如图3所示。芯柱305一端通过真空绝热套303的开口伸入真空绝热套303内部空间，另一端与真空绝热套303外壳密封贴合；其中，芯柱305和真空绝热套303采用胶进行密封贴合，所采用的胶根据制冷方式的不同采用不同的环氧胶。芯柱305伸入真空绝热套303内部空间的一端端部从上至下依次叠放滤光片307，冷屏308，红外探测器芯片306。
其中，红外探测器芯片306粘贴于芯柱305伸入真空绝热套303内部空间的一端端部。一方面，红外探测器芯片306采用胶粘贴于芯柱305伸入真空绝热套303内部空间的一端端部，其中，所采用的胶根据制冷方式的不同采用不同的环氧胶。另一方面，在芯柱305的另一端设置有引线，引线沿芯柱305的伸入方向延伸，并与芯柱305上的红外探测器芯片306固定连接，具体为红外探测器芯片306由延伸至芯柱305底部的引线固定于芯柱305另一端的冷板(未示出)上。
而现有技术中，红外探测器芯片固定于芯柱的方式大多采用如图1的方式，两个陶瓷引线环103分别用引线一端连接红外探测器芯片，一端固定于外壳102两侧。此种方式下，引线会将外壳的热量直接传导到冷板上，从而导致杜瓦的热耗增加，并且由于引线处于悬空状态在组件受到振动和外界冲击时容易断开从而导致组件失效。因此，本申请第一实施例中的红外探测器芯片306固定于芯柱305上，引线固定在芯柱上，引线比较长，导热性就比较差，所以这种引线的导出方式相较传统杜瓦可靠性更高，杜瓦热耗增加的更少。
特别的，在制备红外探测器的金属微杜瓦真空结构的过程中，芯柱305与真空绝热套303外壳采用胶粘接在一起，其中所采用的胶根据制冷方式的不同采用不同的环氧胶。另外，为了更好的对真空绝热套303进行充分排气，便于后续给杜瓦内充入惰性气体，真空绝热套303的一侧设置有排气孔304，排气孔304连接专用的排气设备。其中，真空绝热套303为双层内真空结构，所以杜瓦在抽真空排气的同时可以进行加热，加热温度可以控制在300℃左右，排气时间不少于240小时，当杜瓦的真空度优于10E-11Pa，杜瓦内结束排气，采用冷封钳将排气孔封闭。因此，杜瓦在抽真空排气时进行高温加热，有效的将真空绝热套303双内层真空结构中内表面的气体分子排除，减少红外探测器组件在使用和存储过程中放气，从而保证了杜瓦真空度在长时间内保持稳定。
进一步，芯柱305底部设有通气孔，用于芯柱305与真空绝热套303之间充气使用。通过芯柱305底部的通气孔向杜瓦内充入惰性气体，其主要作用是减少杜瓦内的水蒸气，红外探测器芯片306被制冷后不会出现表面结霜。其中，惰性气体包括，氮气，氩气。在杜瓦制作过程中，待由芯柱305底部的通气孔向杜瓦内充完氮气后，便会封闭通气孔。
以上即为真空绝热套303为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口301的第一种结构。本实施例中真空绝热套303为双层内真空结构，所以杜瓦在抽真空排气时可以加温到300℃，有效的将真空绝热套303双内层真空结构中内表面的气体分子排除，减少红外探测器组件在使用和存储过程中放气，从而保证了杜瓦真空度在长时间内保持稳定。红外探测器组件工作在惰性气体环境下，红外探测器芯片306粘接到芯柱305上面的冷板(未示出)上所采用的胶的放气不会对杜瓦的真空度产生影响，也就不会影响杜瓦的功耗。上述的两种特征因素保证了杜瓦真空度在长时间内保持稳定，使得此种红外探测器组件，相较于传统真空杜瓦封装的红外探测器组件使用和存储寿命都能明显的增加。
以下则是真空绝热套403为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口401的第二种结构，其主要区别于第一种结构的是光学窗口401和滤光片402均采用焊接的方式分别固定于真空绝热套403的外侧和内侧。图4是本申请第二实施例提供的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构的纵向截面示意图。
结合图4所示，本申请第二实施例提供的红外探测器的金属微杜瓦真空结构包括：真空绝热套403，芯柱405，红外探测器芯片406。
其中，真空绝热套403为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口401，在所述光学窗口401相对端设置有开口；在本实施例中，真空绝热套403在其一端设置有光学窗口401设置为两种结构；以下第二实施例解释说明第二种结构。
具体的，如图4所示，真空绝热套403为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口401，具体为真空绝热套403的双内层真空结构的外侧一层设置有光学窗口401，内侧一层设置有滤光片402，光学窗口401和滤光片402采用扩散焊的方式与真空绝热套403外壳焊接到一起。
此外，如图4所示，芯柱405一端通过真空绝热套403的开口伸入真空绝热套403内部空间，另一端与真空绝热套403外壳密封贴合；其中，芯柱405和真空绝热套403采用胶进行密封贴合，所采用的胶根据制冷方式的不同采用不同的环氧胶。芯柱405伸入真空绝热套403内部空间的一端端部从上至下依次叠放冷屏(未示出)，红外探测器芯片406。
其中，红外探测器芯片406粘贴于芯柱405伸入真空绝热套403内部空间的一端端部。一方面，红外探测器芯片406采用胶粘贴于芯柱405伸入真空绝热套403内部空间的一端端部，其中，所采用的胶根据制冷方式的不同采用不同的环氧胶。另一方面，在芯柱405的另一端设置有引线，引线沿芯柱405的伸入的方向延伸，并与芯柱405上的红外探测器芯片406固定连接，具体为红外探测器芯片406由延伸至芯柱405底部的引线固定于芯柱405另一端的冷板(未示出)上。
而现有技术中，红外探测器芯片固定于芯柱的方式大多采用如图1的方式，两个陶瓷引线环103分别用引线一端连接红外探测器芯片，一端固定于外壳102两侧。此种方式下，引线会将外壳的热量直接传导到冷板上，从而导致杜瓦的热耗增加，并且由于引线处于悬空状态在组件受到振动和外界冲击时容易断开从而导致组件失效。因此，本申请第一实施例中的红外探测器芯片406固定于芯柱405上引线固定在芯柱上，引线比较长，导热性就比较差，所以这种引线的导出方式相较传统杜瓦可靠性更高，杜瓦热耗增加的更少。
特别的，在制备红外探测器的金属微杜瓦真空结构的过程中，芯柱405与真空绝热套403外壳采用胶粘接在一起，其中所采用的胶根据制冷方式的不同采用不同的环氧胶。另外，为了更好的对真空绝热套403进行充分排气，便于后续给杜瓦内充入惰性气体，真空绝热套403的一侧设置有排气孔404，排气孔404连接专用的排气设备。其中，真空绝热套403为双层内真空结构，所以杜瓦在抽真空排气的同时可以进行加热，加热温度可以控制在300℃左右，排气时间不少于240小时，当杜瓦的真空度优于10E-11Pa，杜瓦内结束排气，采用冷封钳将排气孔封闭。因此，杜瓦在抽真空排气时进行高温加热，有效的将真空绝热套403双内层真空结构中内表面的气体分子排除，减少红外探测器组件在使用和存储过程中放气，从而保证了杜瓦真空度在长时间内保持稳定。
进一步，芯柱405底部设有通气孔，用于芯柱405与真空绝热套403之间充气使用。通过芯柱405底部的通气孔向杜瓦内充入惰性气体，其主要作用是减少杜瓦内的水蒸气，在红外探测器芯片406被制冷后不会出现表面结霜。其中，惰性气体包括，氮气，氩气。在杜瓦制作过程中，待由芯柱405底部的通气孔向杜瓦内充完氮气后，便会封闭通气孔。
以上即为真空绝热套403为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口401的第二种结构。本实施例中真空绝热套403为双层内真空结构，所以杜瓦在抽真空排气时可以加温到300℃，有效的将真空绝热套403双内层真空结构中内表面的气体分子排除，减少红外探测器组件在使用和存储过程中放气，从而保证了杜瓦真空度在长时间内保持稳定。红外探测器组件工作在惰性气体环境下，红外探测器芯片406粘接到芯柱405上面的冷板(未示出)上所采用的胶的放气不会对杜瓦的真空度产生影响，也就不会影响杜瓦的功耗。上述的两种特征因素保证了杜瓦真空度在长时间内保持稳定，使得此种红外探测器组件，相较于传统真空杜瓦封装的红外探测器组件使用和存储寿命都能明显的增加。
本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，其特征在于，包括：真空绝热套，芯柱、红外探测器芯片；
其中，所述真空绝热套为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口，在所述光学窗口相对端设置有开口；
所述芯柱为柱状；所述芯柱一端通过所述真空绝热套的开口伸入所述真空绝热套内部空间，另一端与所述真空绝热套外壳密封贴合；
所述红外探测器芯片粘贴于所述芯柱伸入所述绝热套内部空间的一端端部。
2.根据权利要求1所述的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，其特征在于，所述真空绝热套为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口，具体为真空绝热套的双内层真空结构的外侧一层设置有光学窗口，内侧一层设置有光学窗口。
3.根据权利要求1或2所述的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，其特征在于，所述芯柱伸入所述真空绝热套内部空间的一端端部从上至下依次叠放滤光片，冷屏，所述红外探测器芯片。
4.根据权利要求1所述的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，其特征在于，所述真空绝热套为双层内真空结构，在其一端设置有光学窗口，具体为真空绝热套的双内层真空结构的外侧一层设置有光学窗口，内侧一层设置有滤光片。
5.根据权利要求1所述的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，其特征在于，所述红外探测器芯片粘贴于所述芯柱伸入所述绝热套内部空间的一端端部具体为，在所述芯柱的另一端设置有引线，所述引线沿所述芯柱的伸入的方向延伸，并与所述芯柱上的所述红外探测器芯片固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，其特征在于，所述真空绝热套的一侧设置有排气孔，所述排气孔连接专用的排气设备，用于对所述真空绝热套排气。
7.根据权利要求1所述的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，其特征在于，所述真空绝热套充有惰性气体，由所述芯柱底部设置的通气孔充入，其中，所述惰性气体包括：氮气，氩气。
8.根据权利要求1所述的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，其特征在于，所述真空绝热套充有惰性气体，用于避免红外探测器芯片出现表面结霜。
9.根据权利要求1或7所述的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，其特征在于，所述芯柱底部设置通气孔，用于制备所述真空绝热套的双内层真空结构时充入惰性气体。
10.根据权利要求1所述的一种红外探测器的金属微杜瓦真空结构，其特征在于，所述芯柱一端通过所述真空绝热套的开口伸入所述真空绝热套内部空间，另一端与所述真空绝热套外壳密封贴合具体为，所述芯柱的另一端采用胶与所述真空绝热套进行密封贴合。
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Cited By (2)
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| CN114235161A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-25 | 武汉高芯科技有限公司 | 排气槽、冷屏、冷屏组件、冷头部件、杜瓦及红外探测器 |
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Effective date of registration: 20210107 Address after: 100102 room 515, East 202b, 2 / F, building 1, yard 1, Lize Zhongyi Road, Chaoyang District, Beijing Patentee after: Beijing EF Light Technology Co.,Ltd. Address before: 100176 room 401-2, building 3, a 5, Rongchang East Street, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing Patentee before: BEIJING HONGXIN TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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