本專利涉及紅外探測器封裝技術，具體指一種用于雜光抑制和光通量均勻化的線列探測器封裝結構，它適用于拼接式線列探測器芯片的封裝。它也適用于推掃型寬視場光學系統(tǒng)用雜光抑制的多模塊拼接面陣探測器組件封裝。

背景技術：

紅外遙感儀器的兩個重要性能指標為視場和分辨率。在研制高分辨大視場光學系統(tǒng)中，為了克服視場和分辨率存在矛盾，解決的途徑之一為采用高分辨率、超大規(guī)模紅外焦平面探測器。紅外探測器受制備工藝、填充系數(shù)、靈敏度、成品率、成本等因素的限制，其規(guī)模是一定的。為了得到超大規(guī)模紅外探測器件，一般采用多個小規(guī)模的探測器通過“無縫”拼接而成。“無縫”拼接并不是指真正意義上的焦平面無縫拼接，而是通過一定的視場拼接方法，對整個視場進行無縫覆蓋。典型的方法有“品”字形拼接，通過兩次或多次成像覆蓋，采用圖像拼接的方法完成視場的無縫拼接。

拼接型線列紅外探測器，就是在一維方向上由多個子模塊拼接而成(見中國專利200610027004.4和中國專利200610118767.X)。傳統(tǒng)的長線列紅外探測器封裝采用的方案是在探測器前安裝一個共用冷屏和共用光學窗口。其工程應用時存在各光敏元光通量差異大的問題，即中間光敏元和兩邊的光敏元對應的光通量不一致。此問題在探測器光敏元2000元以下，在兩反一透光學系統(tǒng)應用還可以通過光學系統(tǒng)的設計較好解決。隨著遙感探測空間分辨率的提高，多利用三反光學系統(tǒng)和采用拼接型超長線列紅外探測器，例如實現(xiàn)一公里的分辨率，則需要12000元規(guī)模的超長線列紅外探測器來進行“推掃”成像，在此應用場合下中間光敏元和兩邊的光敏元對應的光通量不一致，就顯得更加突出，同時還會使得雜散光抑制問題和超大光窗的研制困難也更加突出，必須探索一種新方法來解決這一問題。

技術實現(xiàn)要素：

本專利的目的是提供一種用于雜光抑制和光通量均勻化的線列探測器封裝結構，解決拼接式6000-30000元線列探測器芯片封裝中的中間光敏元和兩邊光敏元對應的光通量不一致問題，解決拼接式6000-30000元線列探測器組件超大光窗研制困難的問題，使得拼接式6000-30000元線列探測器組件在工程應用時較好地實現(xiàn)雜散光抑制和探測器光通量均勻化。

本專利的一種用于雜光抑制和光通量均勻化的線列探測器封裝結構如附圖1所示，它主要包括拼接式線列探測器1、探測器拼接基板2、探測器過渡基板3、濾光片及“田”字型冷屏組件4、輻射屏5、“Z”字型內(nèi)含6個分立通光孔的子光窗拼接形成的光窗組件6、線列杜瓦底板7。拼接式線列探測器1按“品”字形拼接并膠接固化在探測器拼接基板2上。探測器拼接基板2與探測器過渡基板3通過探測器拼接基板安裝孔204將二者螺接固定。濾光片及“田”字型冷屏組件4與探測器拼接基板2通過濾光片支架安裝孔205螺接固定。輻射屏5與探測器過渡基板3通過輻射屏與探測器過渡基板安裝孔301進行螺接固定?！癦”字型內(nèi)含多個分立通光孔的子光窗拼接成的光窗組件6與線列杜瓦底板7由激光焊接進行密封連接。

探測器拼接基板2選用可伐或因瓦材料。在機加工精磨前使用液氮對金屬金相固化和應力釋放處理。在探測器拼接基板2的探測器子模塊膠接位置外的部分進行噴砂后鍍黑鎳，探測器拼接基板其余表面鍍金。

如附圖3(b)所示，濾光片及“田”字型冷屏線列拼接組件408由5個濾光片及“田”字型冷屏組件4首尾拼接組成。如附圖3(a)所示，濾光片及“田”字型冷屏組件4由濾光片401、濾光片支架402、冷屏405組成。濾光片支架402設計成多支腳橋式接構，支腳中心預留有濾光片支架與拼接基板安裝孔404；濾光片支架402上的橋上面四周圍墻結構作為濾光片支架與冷屏焊接區(qū)403。濾光片支架402與冷屏405除焊接區(qū)403外鍍黑鎳處理。冷屏405制作為“田”字槽。濾光片401膠接在濾光片支架402上，濾光片支架402與冷屏405裝配后在冷屏焊接區(qū)403進行激光焊接形成一體。

輻射屏5如圖4所示，輻射屏5上面開有30個矩形孔。矩形孔長和寬的尺寸要求比子模塊光窗601上的通光包絡矩形的長寬都大1-2mm。輻射屏5距離冷屏405上表面的距離為2-3mm。輻射屏5的上表面與子模塊光窗601下表面的距離為3-5mm。輻射屏5上表面矩形通光孔501，通過局部鍍黑鎳形成比輻射屏5上矩形孔長寬單邊都大2-3mm的矩形黑鎳環(huán)502。輻射屏5其它部位拋光和鍍金處理。

由5個“Z”字型內(nèi)含6個分立通光孔的子模塊光窗601拼接成的光窗組件6，如圖5所示，由子模塊光窗601、子模塊光窗架603和光窗架主體604組成。子模塊光窗601加工成“Z”型板式結構。在子模塊光窗601，形成與探測器子模塊數(shù)對應的6個通光區(qū)域602，不透光區(qū)域通過金層擋光，實現(xiàn)紅外探測器各子模塊光學窗口的物理隔離。子模塊光窗架603和光窗架主體604選用可伐材料，子模塊光窗601和子模塊光窗架603通過共晶或銦焊氣密焊接后，再通過激光焊實現(xiàn)5個子模塊光窗架603和光窗架主體604的連接成的光窗組件6。

本專利的裝配步驟如下：

1)拼接式線列探測器1由多個小規(guī)模探測器通過拼接并膠接固化在探測器拼接基板2上；

2)將探測器拼接基板2與探測器過渡基板3進行高精度對中組裝，并將32個M2的的螺釘貫穿探測器拼接基板上預留的安裝孔204與探測器過渡基板3螺接固定；

3)將濾光片401采用兩端膠接方式固化在濾光片支架402上，濾光片支架402與冷屏405完成裝配后，通過濾光片支架焊接區(qū)403進行高強度的激光焊接形成一體化組件；

4)將5個濾光片及“田”字型冷屏組件4首尾線列拼接組裝形成濾光片及“田”字型冷屏線列拼接組件408。并通過32個M2的螺釘貫穿濾光片支架與拼接基板安裝孔404與探測器拼接基板2螺接固定；

5)將輻射屏5與探測器拼接基板2進行高精度對中裝配，并與探測器過渡基板3通過輻射屏與探測器過渡基板安裝孔301進行螺接固定；

6)將“Z”字型內(nèi)含6個分立通光孔的子模塊光窗601拼接成的光窗組件6與線列杜瓦底板7進行對中裝配，并通過激光焊實現(xiàn)高氣密焊接。

以上完成了本專利用于雜光抑制和光通量均勻化的線列探測器封裝結構。

本專利的工作原理(附圖6(a)及圖6(b))如下：濾光片及“田”字型冷屏線列拼接組件408是由5個濾光片及“田”字型冷屏組件首尾拼接組成。每個濾光片及“田”字型冷屏組件4內(nèi)有6個“田”字型隔離的冷屏通光孔。安裝在由30個小規(guī)模探測器拼接而成的30000元線列探測器的上方。30個小規(guī)模探測器上方安裝獨立30個濾光片。光窗組件6由5個“Z”字型內(nèi)含6個分立通光孔的子光窗拼接得到30個獨立的光窗通光孔，這樣的封裝結構實現(xiàn)了拼接式線列探測器1的30個小規(guī)模探測器對應安裝獨立的30個濾光片、30個冷屏通光孔和30個光窗的通光孔。冷屏405制作為“田”字槽，防止紅外探測器子模塊接受到相鄰子模塊冷屏的通光孔的光線。冷屏405靠近子模塊光窗601的上表面通光孔為細腰型，通過細腰型的幾何尺寸來調(diào)整子模塊探測器光通量。在輻射屏5上面開有30個矩形孔、30個矩形鍍鎳環(huán)和濾光片及“田”字型冷屏4組件內(nèi)部的打毛黑化處理來實現(xiàn)雜光抑制。

本專利有如下優(yōu)點是：

本專利有如下優(yōu)點是：

1)結構簡單，操作方便，維修性和互換性好；

2)本專利的濾光片及支架組件中的冷屏為“田”字槽，實現(xiàn)拼接式線列方向和垂直于線列方向相鄰子模塊探測器的光線串擾物理隔離；冷屏靠近窗口的上表面的通光孔可以加工為細腰型，實現(xiàn)紅外探測器光通量的均勻化，有效提高線列探測器的性能的均勻性和提高了組件應用雜光抑制能力；

3)本專利的大尺寸光窗由多個“Z”型子模塊光窗拼接而成，減小光窗的光學加工難度；

4)本專利通過多個子模塊光窗與子模塊光窗架氣密焊后，再在光窗架主體上通過激光氣密焊接拼接方式形成大尺寸光窗組件，簡化了大尺寸光窗組件的制備難度，同時提高了大尺寸光窗組件的成品率。

附圖說明

圖1為用于雜光抑制和光通量均勻化的線列探測器封裝接構示意圖。

圖中：

1—拼接式線列探測器；

2—探測器拼接基板；

3—探測器過渡基板；

301—輻射屏安裝孔；

4—濾光片及“田”字型冷屏組件；

5—輻射屏；

6—由多個“Z”字型內(nèi)含多個分立通光孔的子光窗拼接成的光窗組件；

7—線列杜瓦底板。

圖2為探測器拼接基板示意圖。

圖中：

2—探測器拼接基板；

201—探測器子模塊膠接位置；

202—探測器子模塊膠接位置外的部分；

203—探測器拼接基板其余表面；

204—探測器拼接基板安裝孔；

205—濾光片支架安裝孔。

圖3為濾光片及“田”字型冷屏組件示意圖。

圖中：圖(a)為濾光片及“田”字型冷屏組件示意圖。

圖(b)為濾光片及“田”字型冷屏組件線性拼接示意圖。

4—濾光片及“田”字型冷屏組件；

401—濾光片；

402—濾光片支架；

403—濾光片支架與冷屏焊接區(qū)；

404—濾光片支架與探測器拼接基板安裝孔；

405—冷屏；

406—冷屏通光孔；

407—冷屏“田”字槽；

408—濾光片及“田”字型冷屏線列拼接組件。

圖4為輻射屏示意圖；

圖中：

5—輻射屏；

501—輻射屏通光孔；

502—黑鎳環(huán)；

503—輻射屏與探測器過渡板安裝孔。

圖5為由5個“Z”字型內(nèi)含6個分立通光孔的子光窗拼接成的光窗組件示意圖。

圖中：

6—“Z”字型內(nèi)含6個分立通光孔的子光窗拼接成的光窗組件；

601—子模塊光窗；

602—子模塊光窗通光孔；

603—子模塊光窗架；

604—光窗主體。

圖6為工作原理示意圖。

圖中：圖(a)為線列探測器杜瓦線列方向剖面示意圖。

圖(b)為線列探測器杜瓦垂直線列方向剖面示意圖。

具體實施方式

下面接合附圖于實施例對本專利的具體實施方式作進一步的詳細說明：

本實施例為30000用于雜光抑制和光通量均勻化的線列探測器封裝結構，如附圖1所示，它的主要實施方法如下：

1)拼接式線列探測器1由30個小規(guī)模紅外探測器通過“品”字形拼接并膠接固化在探測器拼接基板2上。探測器拼接基板2為長方型板狀結構，選用可伐材料，在機加工成形過程中通過10次液氮沖擊，降溫速率4℃/秒進行金屬金相預處理和應力釋放，然后通過二次加工修配使得探測器拼接基板2上下表面的平面度和平行度達到裝配精度的要求。如圖2所示，在探測器拼接基板2上表面對應拼接式線列探測器1各個模塊的膠接位置201通過機械掩膜保護后噴砂打毛，使得粗糙度達到Ra3.2，然后對探測器拼接基板2上表面除探測器子模塊膠接位置201外的部分202進行定向鍍黑鎳處理，然后對除上表面外的探測器拼接基板其余表面203進行鍍金。

2)探測器過渡基板3為長方型板狀結構，選用TC4材料，探測器過渡基板3和探測器拼接基板2采用兩基板螺接結構，并由40個鈦合金螺釘通過探測器拼接基板安裝孔204將兩個基板進行螺接固定，確保線列紅外探測器在低溫下只承受一維約束，避免了橋式支撐結構在力學和降溫過程的附加應力，避免封裝結構對探測器性能的影響；

3)如圖3(b)所示，濾光片及“田”字型冷屏線列拼接組件408由5個濾光片及“田”字型冷屏組件4首尾拼接組裝實現(xiàn)。如圖3(a)所示，濾光片及“田”字型冷屏組件4由濾光片401、濾光片支架402、冷屏405組成。濾光片支架402材料為可伐材料，設計成多支腳橋式接構，支腳中心預留有濾光片支架與拼接基板安裝孔404；濾光片支架402上的橋上面四周圍墻接構作為濾光片支架與冷屏焊接區(qū)403。濾光片支架402機加工后噴砂打毛、對濾光片支架與冷屏焊接區(qū)403進行保護后鍍黑鎳處理。冷屏405材料為可伐材料，通過機加工制作為冷屏“田”字槽407，壁厚為0.3mm,實現(xiàn)拼接式線列方向和垂直于線列方向相鄰子模塊探測器的光線串擾物理隔離。冷屏405靠近窗口的上表面的冷屏通光孔406加工為細腰型，通過細腰型的幾何尺寸來調(diào)整探測器光通量實現(xiàn)光通量均勻化。冷屏405的外四周外表面局部保護鍍黑鎳后，再對黑鎳表面和焊接區(qū)403進行保護后鍍金。濾光片401通過兩端膠接固化在濾光片支架402上，濾光片支架402與冷屏405通裝配后在濾光片支架與冷屏焊接區(qū)403進行激光焊接形成一體；

4)輻射屏5材料為可伐材料，加工成如圖4所示形狀，在輻射屏5上表面對應冷屏406的腰型通光孔位置處開有30個的矩形孔501。矩形孔長和寬尺寸要求比子模塊光窗601上的通光矩形的長寬都大1.5mm，以確保通過子模塊窗口601通光矩形的光不會照射到輻射屏5的上表面。輻射屏5距離冷屏405上表面的距離控制在3mm。輻射屏5的上表面離子模塊光窗601下表面的距離控制在3.5mm。輻射屏5上表面矩形孔的位置，通過局部鍍黑鎳形成比輻射屏5上矩形孔長寬單邊都大2mm的矩形黑鎳環(huán)502。輻射屏5其它部位拋光和鍍金處理。將輻射屏通孔501與拼接式線列紅外探測器1的光敏芯片進行對中裝配，通過四側的輻射屏與探測器過度板安裝孔503由M2螺絲與探測器過渡基板2進行螺接固定；

5)如圖5所示，由6個“Z”字型內(nèi)含5個分立通光孔的子模塊光窗601拼接成的光窗組件6由子模塊光窗601、子模塊光窗架603和光窗架604組成。子模塊光窗601材料為寶石片，通過光學加工成“Z”型板式結構，在子模塊光窗601轉(zhuǎn)角處進行倒圓角處理R2。在子模塊光窗601的上下表面形成與探測器子模塊數(shù)對應的若干通光區(qū)域602，不透光區(qū)域通過光刻和離子濺射或磁控濺射形成的金層擋光，實現(xiàn)紅外探測器各子模塊光學窗口的物理隔離。子模塊光窗架603和光窗架主體604選用可伐材料，子模塊光窗架603表面采用鍍黑鎳處理。光窗架主體604采用拋光鍍金處理。子模塊光窗601和子模塊光窗架603通過共晶或銦焊實現(xiàn)氣密焊接后合格后，再將6個子模塊光窗601與子模塊光窗架603的組合體與光窗架主體604激光焊接形成由5個“Z”字型內(nèi)含6個分立通光孔的子光窗拼接成的光窗組件6。

6)將由5個“Z”字型內(nèi)含6個分立通光孔的子光窗拼接形成的光窗組件6與線列杜瓦底板7進行對中裝配，并通過激光焊實現(xiàn)高氣密焊接。

以上就完成了用于雜光抑制和光通量均勻化的30000元長線列探測器封裝結構。