專利名稱：一種紅外焦平面陣列探測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體光電子領域，具體來說是一種紅外焦平面陣列探測器。
背景技術：
紅外成像技術越來越廣泛地應用于工業(yè)傳感、圖象監(jiān)測、汽車工業(yè)、消防搜救、甚 至軍事上的導航與夜視等領域。紅外焦平面探測器制作技術是熱成像實現(xiàn)技術的核心，而 紅外焦平面陣列探測器芯片密封封裝技術是實現(xiàn)紅外探測器成像的關鍵環(huán)節(jié)，紅外焦平面 陣列探測器芯片需要在高真空下的密封環(huán)境中工作，否則無法發(fā)揮其測輻射熱計的成像功 倉泛。
一般而言，紅外焦平面陣列探測器高真空封裝技術采用金屬殼體作為密封腔，其 典型結構如圖1所示，圖2為該典型結構的爆炸結構示意圖。殼體2為一個開口的長方體 腔體，其側壁上制作了陶瓷結構件3，陶瓷結構件3與殼體2之間經(jīng)過金屬陶瓷共燒工藝進 行了密封焊接，陶瓷結構件3上制作了金屬焊盤3-1，金屬焊盤3-1與殼體2側壁外附著在 陶瓷結構件3上的金屬引線3-2是電連通的，這樣，紅外焦平面探測器芯片I經(jīng)過金絲4與 外部形成電連通，實現(xiàn)信號通信與控制，紅外焦平面探測器芯片I貼裝在熱電制冷器(TEC) 5上，熱電制冷器(TEC)5貼裝在殼體2底板上，與外部形成熱通路，光學窗口 6與殼體2之 間密封焊接，這樣，紅外焦平面探測器芯片I就被密封在一個密閉環(huán)境中，外部光學信號通 過光學窗口 6入射到紅外焦平面探測器芯片I，光學窗口 6與殼體2形成的密封腔體需要保 持高真空狀態(tài)，在產(chǎn)品使用過程中，為了保證高真空長期壽命，需要在腔體內(nèi)安裝電激活吸 氣劑7來吸附腔體內(nèi)壁以及內(nèi)部元件釋放出來的氣體。
這種封裝結構內(nèi)部元件較多，比如需要集成體積比芯片大得多的熱電制冷器5，因 此殼體2的腔體較大，腔體內(nèi)部的放氣率也較高，需要體積較大的電激活吸氣劑7，同時殼 體2開口面積也較大,也需要較大的光學窗口 6與之匹配,而光學窗口 6的成本跟其面積密 切相關，光學窗口 6越大，成本越高，并且這種大面積的光學窗口，在不同工作溫度下，其形 變也大，難以保證封裝結構的長期壽命，總之，這種封裝結構使得封裝成本高昂、體積大、制 作工藝困難和可靠性難以保證。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種紅外焦平面陣列探測器。
本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下一種紅外焦平面陣列探測器。
—種紅外焦平面陣列探測器，它包括封裝殼體、紅外光學窗口和緩沖環(huán)，所述封裝 殼體、所述紅外光學窗口和所述緩沖環(huán)形成一個封閉的真空腔，所述緩沖環(huán)位于所述封裝 殼體和所述紅外光學窗口之間，用于連接所述封裝殼體和所述紅外光學窗口，所述真空腔 內(nèi)設置有電激活吸氣劑和紅外焦平面探測器芯片，所述封裝殼體包括一個底面，所述紅外 焦平面探測器芯片安裝在所述底面朝向所述真空腔的一面上，所述底面朝向所述真空腔的 一面的側邊設置有焊盤，所述底面朝向所述真空腔外部的另一面設置有金屬針腳，所述焊盤與所述金屬針腳電連通，所述電激活吸氣劑與所述金屬針腳電連通，所述紅外焦平面探測器芯片上與所述焊盤相對應的設置有金屬焊盤，所述金屬焊盤與所述焊盤通過金絲連接，所述紅外焦平面探測器芯片的中間部分為像元陣列結構。
本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有的紅外焦平面陣列探測器比較而言，本發(fā)明不包括熱電制冷器，簡化了紅外焦平面陣列探測器芯片的封裝結構，降低了整個封裝結構的高度， 設置緩沖環(huán)還可以減小紅外光學窗口，使紅外光學窗口的尺寸與紅外焦平面探測器芯片上的像元陣列結構匹配，從而縮小了紅外焦平面探測器的體積，縮小了紅外光學窗口的尺寸， 降低紅外焦平面陣列探測器封裝成本。
在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。
進一步，所述底面朝向所述真空腔部分的邊沿設有臺階形焊接區(qū)域，所述緩沖環(huán)通過密封粘接材料或合金焊料焊接在所述臺階形焊接區(qū)域上。
采用上述進一步方案的有益效果是，設置專門用于連接的臺階形焊接區(qū)域更有利于所述真空腔的密封。
進一步，所述封裝殼體朝向所述真空腔內(nèi)的面上設有兩個金屬臺，所述電激活吸氣劑的兩端焊接在所述的金屬臺上，所述金屬臺與所述金屬針腳電連通。
采用上述進一步方案的有益效果是，通過外部的金屬針腳，就可以通電激活電激活吸氣劑，以保持對真空腔內(nèi)部殘余氣體的吸附作用，保證密封真空腔環(huán)境長期穩(wěn)定，尤其是真空環(huán)境時的真空度保持。
進一步，所述緩沖環(huán)為Ω截面緩沖環(huán)或者平面緩沖環(huán)，所述Ω截面緩沖環(huán)為橫截面為Ω形狀的緩沖環(huán)。
采用上述進一步方案的有益效果是，Ω截面緩沖環(huán)相比于平面緩沖環(huán)有更好吸收形變的能力，即使在不同的溫度環(huán)境下使用，Ω截面緩沖環(huán)有較好的型變量，也可以保護真空腔的的真空的環(huán)境，進而延長此封裝結構的壽命，但是平面緩沖環(huán)結構更加簡單，成本更低，廠家可以根據(jù)需要選擇不同的緩沖環(huán)。
進一步，所述Ω截面緩沖環(huán)凸起的一面為上面，所述Ω截面緩沖環(huán)凹陷的一面為下面，所述紅外光學窗口通過 密封粘接材料或合金焊料焊接在所述Ω截面緩沖環(huán)的上面， 所述Ω截面緩沖環(huán)的下面通過密封粘接材料或合金焊料焊接在所述臺階形焊接區(qū)域上。
采用上述進一步方案的有益效果是，采用Ω截面緩沖環(huán)可以增強密封結構抗形變應力，縮小光學窗口，凸面朝外是為了節(jié)省內(nèi)部空間，同時，在工藝制造過程中，對光學窗有預定位作用。
圖1為現(xiàn)有的紅外焦平面探測器典型結構示意圖2為現(xiàn)有的紅外焦平面探測器典型結構的爆炸示意；
圖3為本發(fā)明使用Ω截面緩沖環(huán)的封裝結構示意圖4為本發(fā)明使用Ω截面緩沖環(huán)的爆炸結構示意圖5為本發(fā)明使用平面緩沖環(huán)的封裝結構示意圖6為本發(fā)明使用平面緩沖環(huán)的爆炸結構示意圖7為本發(fā)明封裝殼體的結構示意圖8為本發(fā)明Ω截面緩沖環(huán)的截面圖9為本發(fā)明平面緩沖環(huán)的結構示意圖。
附圖中，以數(shù)字打頭的標號為現(xiàn)有紅外焦平面探測器的各個部件，以字母打頭的標號為本發(fā)明的各個部件，各標號所代表的部件列表如下
1、紅外焦平面探測器芯片，2、殼體，3、陶瓷結構件，4、金絲，5、熱電制冷器(ETC)， 6、光學窗口，7、電激活吸氣劑,3-1、金屬焊盤,3-2、金屬引線；
A、封裝殼體，B、Ω截面緩沖環(huán)，C、紅外光學窗口，D、紅外焦平面探測器芯片，E、金絲，F(xiàn)、電激活吸氣劑，G、平面緩沖環(huán)，Al、底面，A2、金屬臺，A3、焊盤，A4、臺階形焊接區(qū)域， A5、金屬針腳，D1、金屬焊盤，D2、像元陣列結構。
具體實施方式
以下結合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
一般而言，紅外焦平面陣列探測器高真空封裝技術采用金屬殼體作為密封腔，其典型結構如圖1所示，圖2為該典型結構的爆炸結構示意圖。殼體2為一個開口的長方體腔體，其側壁上制作了陶瓷結構件3，陶瓷結構件3與殼體2之間經(jīng)過金屬陶瓷共燒工藝進行了密封焊接，陶瓷結構件3上制作了金屬焊盤3-1，金屬焊盤3-1與殼體2側壁外附著在陶瓷結構件3上的金屬引線3-2是電連通的，這樣，紅外焦平面探測器芯片I經(jīng)過金絲4與外部形成電連通，實現(xiàn)信號通信與控制，紅外焦平面探測器芯片I貼裝在熱電制冷器(TEC) 5上，熱電制冷器(TEC) 5貼裝在殼體2底板上，與外部形成熱通路，光學窗口 6與殼體2之間密封焊接，這樣，紅外焦平面探測器芯片I就被密封在一個密閉環(huán)境中，外部光學信號通過光學窗口 6入射到紅外焦平面探測器芯片I，光學窗口 6與殼體2形成的密封腔體需要保持高真空狀態(tài)，在產(chǎn)品使用過程中，為了保證高真空長期壽命，需要在腔體內(nèi)安裝電激活吸氣劑7來吸附腔 體內(nèi)壁以及內(nèi)部元件釋放出來的氣體。
這種封裝結構內(nèi)部元件較多，比如需要集成體積比芯片大得多的熱電制冷器5，因此殼體2的腔體較大，腔體內(nèi)部的放氣率也較高，需要體積較大的電激活吸氣劑7，同時殼體2開口面積也較大,也需要較大的光學窗口 6與之匹配,而光學窗口 6的成本跟其面積密切相關，光學窗口 6越大，成本越高，并且這種大面積的光學窗口，在不同工作溫度下，其形變也大，難以保證封裝結構的長期壽命。
本發(fā)明提供了一種紅外焦平面陣列探測器，如圖3所示，它包括封裝殼體A、紅外光學窗口 C和緩沖環(huán)，所述封裝殼體A、所述紅外光學窗口 C和所述緩沖環(huán)形成一個封閉的真空腔，如圖8和圖9所示，所述緩沖環(huán)的形狀為中間空心的環(huán)，如圖4所示，所述緩沖環(huán)位于所述封裝殼體和所述紅外光學窗口之間，用于連接所述封裝殼體A和所述紅外光學窗口 C，所述真空腔內(nèi)設置有電激活吸氣劑F和紅外焦平面探測器芯片D，所述封裝殼體A包括一個底面，所述紅外焦平面探測器芯片D安裝在所述底面朝向所述真空腔的一面上，所述紅外焦平面探測器芯片D與所述底面可以通過低放氣率的膠或者合金焊料來粘接，這樣紅外焦平面探測器芯片D與封裝殼體A的底板以及外界形成一個良好的熱通路，所述底面朝向所述真空腔的一面的側邊設置有焊盤A3，如圖7所示，所述底面朝向所述真空腔外部的另一面設置有金屬針腳A5，所述焊盤A3與所述金屬針腳A5電連通，所述電激活吸氣劑F與所述金屬針腳A5電連通，所述紅外焦平面探測器芯片D上與所述焊盤A3相對應的設置有金屬焊盤Dl，如圖4所示，所述金屬焊盤Dl與所述焊盤A3通過金絲E連接，所述紅外焦平面探測器芯片D的中間部分為像元陣列結構，可以通過紅外光學窗口 C，接收外部的場景的輻射，從而獲得外部熱圖象。
如圖4所示，所述封裝殼體A的底面朝向所述真空腔部分的邊沿設有臺階形焊接區(qū)域，所述緩沖環(huán)通過密封粘接材料或合金焊料焊接在所述臺階形焊接區(qū)域上。
如圖4和圖6所示，所述封裝殼體A朝向所述真空腔內(nèi)的面上設有兩個金屬臺A2， 所述電激活吸氣劑F的兩端焊接在所述的金屬臺A2上，所述金屬臺A2與所述金屬針腳電 A5電連通。
所述緩沖環(huán)為Ω截面緩沖環(huán)或者平面緩沖環(huán)，如圖8所示，所述Ω截面緩沖環(huán)為橫截面為Ω形狀的緩沖環(huán)。
所述Ω截面緩沖環(huán)凸起的一面為上面，所述Ω截面緩沖環(huán)凹陷的一面為下面，如圖4所示，所述紅外光學窗口通過密封粘接材料或合金焊料焊接在所述Ω截面緩沖環(huán)的上面，所述Ω截面緩沖環(huán)的下面通過密封粘接材料或合金焊料焊接在所述臺階形焊接區(qū)域上。
本發(fā)明顯著簡化了紅外焦平面陣列探測器芯片的封裝結構，降低了整個封裝結構的高度，縮小了紅外焦平面探測器的體積，縮小了紅外光學窗口的尺寸，降低紅外焦平面陣列探測器封裝成本。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種紅外焦平面陣列探測器，它包括封裝殼體、紅外光學窗口，所述封裝殼體與所述紅外光學窗口形成一個封閉的真空腔，所述真空腔內(nèi)設置有電激活吸氣劑和紅外焦平面探測器芯片，其特征在于，還包括緩沖環(huán)，所述緩沖環(huán)位于所述封裝殼體和所述紅外光學窗口之間，用于連接所述封裝殼體和所述紅外光學窗口，所述封裝殼體包括一個底面，所述紅外焦平面探測器芯片安裝在所述底面朝向所述真空腔的一面上，所述底面朝向所述真空腔的一面的側邊設置有焊盤，所述底面朝向所述真空腔外部的另一面設置有金屬針腳，所述焊盤與所述金屬針腳電連通，所述電激活吸氣劑與所述金屬針腳電連通，所述紅外焦平面探測器芯片上與所述焊盤相對應的設置有金屬焊盤，所述金屬焊盤與所述焊盤通過金絲連接，所述紅外焦平面探測器芯片的中間部分為像元陣列結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種紅外焦平面陣列探測器，其特征在于，所述底面朝向所述真空腔部分的邊沿設有臺階形焊接區(qū)域，所述緩沖環(huán)通過密封粘接材料或合金焊料焊接在所述臺階形焊接區(qū)域上。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種紅外焦平面陣列探測器，其特征在于，所述封裝殼體朝向所述真空腔內(nèi)的面上設有兩個金屬臺，所述電激活吸氣劑的兩端焊接在所述的金屬臺上，所述金屬臺與所述金屬針腳電連通。
4.根據(jù)權利要求1至3任一所述的一種紅外焦平面陣列探測器，其特征在于，所述緩沖環(huán)為Q截面緩沖環(huán)或者平面緩沖環(huán)，所述Q截面緩沖環(huán)為橫截面為Q形狀的緩沖環(huán)。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種紅外焦平面陣列探測器，其特征在于，所述Q截面緩沖環(huán)凸起的一面為上面，所述Q截面緩沖環(huán)凹陷的一面為下面，所述紅外光學窗口通過密封粘接材料或合金焊料焊接在所述Q截面緩沖環(huán)的上面，所述Q截面緩沖環(huán)的下面通過密封粘接材料或合金焊料焊接在所述臺階形焊接區(qū)域上。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體光電子領域，具體來說是一種紅外焦平面陣列探測器。它包括封裝殼體、紅外光學窗口和緩沖環(huán)，這三者形成一個封閉的真空腔，所述緩沖環(huán)位于封裝殼體和紅外光學窗口之間，所述真空腔內(nèi)設置有電激活吸氣劑和紅外焦平面探測器芯片，所述封裝殼體包括一個底面，紅外焦平面探測器芯片安裝在底面上，底面?zhèn)冗呍O置有焊盤，所述底面的外面設置有金屬針腳，所述焊盤與金屬針腳電連通，所述電激活吸氣劑與金屬針腳電連通，所述紅外焦平面探測器芯片上設置有金屬焊盤，金屬焊盤與焊盤通過金絲連接。本發(fā)明簡化了紅外焦平面陣列探測器芯片的封裝結構，縮小了紅外焦平面探測器的體積，降低紅外焦平面陣列探測器封裝成本。
文檔編號G01J5/02GK102997999SQ20121048865
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2012年11月26日
發(fā)明者熊筆鋒, 陳文祥, 楊秀武 申請人:煙臺睿創(chuàng)微納技術有限公司