專利名稱：一種超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外焦平面探測(cè)器，特別是指一種由多個(gè)子模塊拼接的超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器。
背景技術(shù)：
紅外探測(cè)技術(shù)在對(duì)大地觀測(cè)、空中偵察、氣象學(xué)、地貌學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源調(diào)查等軍工民用領(lǐng)域有著極其重要的地位，是一項(xiàng)綜合性高技術(shù)。在航空、航天紅外遙感技術(shù)領(lǐng)域，其主要發(fā)展方向一方面是提高紅外探測(cè)器的光電性能，提高探測(cè)靈敏度，以獲取更豐富的目標(biāo)信息；另一方面是擴(kuò)大紅外探測(cè)器的規(guī)模，即增加紅外敏感元數(shù)量，以提高紅外系統(tǒng)空間探測(cè)分辨率。因?yàn)閷?duì)于工作在相同高度的儀器平臺(tái)、相同刈幅的遙感儀器，敏感元數(shù)量越多，則空間分辨率越高，而高空間分辨率的紅外遙感儀器是紅外預(yù)警、搜索、跟蹤系統(tǒng)的首要指標(biāo)。因此，大規(guī)模的紅外焦平面探測(cè)器，是高性能紅外遙感儀器的核心部件。
航空、航天紅外對(duì)地遙感探測(cè)，由于航空航天器自身具有一維對(duì)地運(yùn)動(dòng)，所以采用一種所謂“推掃”的工作模式，即探測(cè)敏感元沿一維方向排列，排列方向與航天器運(yùn)動(dòng)方向垂直，利用飛機(jī)或衛(wèi)星在高空繞地球飛行的一維相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)沿飛行方向?qū)Φ赜^測(cè)的一維掃描(機(jī)械掃描)；而垂直于飛行方向排列的敏感元與讀出電路結(jié)合實(shí)現(xiàn)另一維的掃描(電子掃描)，由此形成二維對(duì)地觀測(cè)圖象。為使地面空間分辨率足夠高，則探測(cè)器敏感元數(shù)量必須足夠多。要實(shí)現(xiàn)高空間分辨率，可以采用大規(guī)模凝視型面陣焦平面探測(cè)器，或采用超長(zhǎng)線列探測(cè)器、以“推掃”工作模式實(shí)現(xiàn)。例如，為實(shí)現(xiàn)全球遙感探測(cè)、一公里左右的空間分辨率，則探測(cè)器敏感元數(shù)目必須達(dá)6000×12000元的規(guī)模。要達(dá)到如此規(guī)模的凝視型探測(cè)，目前的紅外材料制備技術(shù)、器件工藝技術(shù)以及物理特性限制等因素(高靈敏紅外探測(cè)器都在低溫下工作，由于熱應(yīng)力的存在，探測(cè)器的最大尺寸物理上受到限制)，凝視型探測(cè)器是不可能的。而利用“推掃”模式、采用拼接技術(shù)制造超長(zhǎng)線列焦平面探測(cè)器，則可以達(dá)到所要求的目的。
所謂的拼接型超長(zhǎng)線列(2000～6000元)紅外焦平面探測(cè)器，就是在一維方向上，由多個(gè)子模塊拼接形成的一種掃描型紅外焦平面探測(cè)器。目前，國外也有采用直線拼接模式制備的1500元長(zhǎng)線列紅外焦平面，即在一塊基板上通過銦柱倒焊技術(shù)把多個(gè)數(shù)百元的紅外敏感元列陣芯片“緊密”排列。采用這種拼接結(jié)構(gòu)，存在的問題是技術(shù)難度極大，成品率很低，而且隨著子模塊數(shù)的增加，成品率呈指數(shù)下降。所以，要研制6000元長(zhǎng)線列焦平面，用直線拼接模式幾乎不可能。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述已有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是要提出一種工藝簡(jiǎn)單、成品率高的由多個(gè)子模塊“無縫”拼接的超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器，該超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器不受物理?xiàng)l件限制。
本發(fā)明的超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器，包括拼接基板、多個(gè)子模塊、帶有冷濾光片的窗架和外引線帶。
所述的拼接基板是由低熱膨脹系數(shù)的金屬材料如可閥、殷鋼制成，上面鑲嵌有陶瓷過渡板，拼接基板和陶瓷過渡板的表面平行度、平整度要優(yōu)于0.005mm。
所說的子模塊是一種規(guī)模較小的256×1或512×1的線列光敏元芯片通過倒焊基板與讀出電路電學(xué)連接組成的線列紅外焦平面探測(cè)器，該線列紅外焦平面探測(cè)器可以是單波段的，也可以是雙波段的。
所說的單波段子模塊是由單個(gè)線列光敏元芯片通過倒焊基板與單波段讀出電路電學(xué)連接組成的。
所說的雙波段子模塊是由二個(gè)不同波段的分列的線列光敏元芯片通過倒焊基板與雙波段讀出電路電學(xué)連接組成的。
所說的倒焊基板上還設(shè)有用于拼接長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器用的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。
所說的多個(gè)子模塊是通過倒焊基板上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記旋轉(zhuǎn)對(duì)稱交叉拼接固定在陶瓷過渡板上，形成紅外敏感元在垂直于掃描方向上的一維排列結(jié)構(gòu)。所謂旋轉(zhuǎn)對(duì)稱交叉拼接即將多個(gè)子模塊分編成奇數(shù)子模塊和偶數(shù)子模塊，或者以奇數(shù)子模塊旋轉(zhuǎn)180°，或者以偶數(shù)子模塊旋轉(zhuǎn)180°，并使二個(gè)子模塊的光敏元邊邊相切，實(shí)現(xiàn)所謂的沒有“接縫”，即沒有漏元的拼接。
各個(gè)子模塊在電學(xué)上是相互獨(dú)立的，通過薄膜引線帶引入各模塊工作脈沖與信號(hào)輸出。
帶有冷濾光片的窗架通過螺釘固定在拼接基板上，并使冷濾光片位于線列光敏元上方，濾光片的帶通根據(jù)線列光敏元的工作波段而定。
本發(fā)明的器件有如下優(yōu)點(diǎn)1)裝配式設(shè)計(jì)，利于安裝、調(diào)試，使用靈活；2)在一維方向上可以根據(jù)需要，確定超長(zhǎng)線列的敏感元數(shù)量，可以裁減；3)各子模塊是統(tǒng)一規(guī)格的，有利于選擇性能一致的子模塊用于拼接，減少子模塊規(guī)格，有利于降低成本，提高整個(gè)超長(zhǎng)線列器件的響應(yīng)率和均勻性；4)各子模塊電學(xué)上的獨(dú)立性，可以分別對(duì)模塊的工作點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)，以利于超長(zhǎng)線列器件的均勻性；5)由于模塊在機(jī)械上是獨(dú)立的、尺寸較小的小線列器件，所以由于熱脹系數(shù)差異導(dǎo)致的熱應(yīng)力局限于模塊尺寸相同的數(shù)值。因此，不因超長(zhǎng)線列器件線度的大幅度增加而熱應(yīng)力增加。
6)由于是“無縫”拼接，所以在垂直掃描方向上，最終的圖象是沒有“接縫”的。
7)由于是多模塊拼接，技術(shù)上、物理上以現(xiàn)有技術(shù)是可以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)線列焦平面器件的制造。


圖1為本發(fā)明的超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器結(jié)構(gòu)的平面示意圖；圖2為圖1的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為線列子模塊旋轉(zhuǎn)對(duì)稱交叉拼接光敏元位置關(guān)系的平面示意圖；圖4帶有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的子模塊示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面以單波段的256×1的線列焦平面器件為子模塊，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明本發(fā)明的超長(zhǎng)線列焦平面器件由鑲嵌有陶瓷過渡板3的拼接基板1、奇數(shù)子模塊6、偶數(shù)子模塊4、帶濾光片9的冷濾光片窗架8、奇數(shù)模塊外引線帶7、偶數(shù)模塊外引線帶5等部件構(gòu)成。
拼接基板1是由低熱膨脹系數(shù)的金屬材料可閥制成，上面鑲嵌有陶瓷過渡板3，拼接基板和陶瓷過渡板的表面平行度、平整度要優(yōu)于0.005mm。拼接基板上有一系列安裝冷濾光片窗架8、外引線帶5、7等零件所必須的鏍孔2，螺孔分布位置精密定位。
子模塊由線列光敏元芯片16、讀出電路17、倒焊基板18組成。倒焊基板設(shè)有與其探測(cè)信號(hào)輸入端有相對(duì)固定位置關(guān)系的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記19，由于線列光敏元芯片16、讀出電路17與倒焊基板18是通過倒焊互聯(lián)實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電學(xué)連接的，因此倒焊基板18上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記與光敏元也有固定的對(duì)應(yīng)位置關(guān)系。
奇數(shù)子模塊外引線帶7和偶數(shù)子模塊外引線帶5的絕緣層是由聚酰亞胺基耐低溫材料制成的。
器件的安裝首先，將奇、偶子模塊6、4按大致要求位置交叉旋轉(zhuǎn)對(duì)稱排列，用DW3低溫膠固定在拼接基板上1的陶瓷過渡板3上。然后將其放在帶有三維測(cè)量功能的三維影象測(cè)試儀下，測(cè)試精度為0.001mm，在實(shí)時(shí)監(jiān)控下，利用多維微動(dòng)探針，通過倒焊基板18上的位置對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，把奇數(shù)子模塊6、偶數(shù)字模塊4移動(dòng)到精確位置。即奇偶子模塊間，奇數(shù)子模塊6的最后一元光敏元13與偶數(shù)子模塊4的最后一元光敏元14邊邊相切；偶奇模塊間，偶數(shù)模塊第一元光敏元15與奇數(shù)模塊第一元12光敏元邊邊相切，達(dá)到“無縫”拼接，見圖3。然后，分別安裝偶數(shù)子模塊外引線帶5和奇數(shù)子模塊外引線帶7，外引線帶由外引線安裝板10通過螺釘將引線帶5、7固定，利用鍵壓方法把各模塊鍵壓壓點(diǎn)與外引線帶連接。最后，在拼接基板1上，將帶濾光片9的冷濾光片窗架8通過螺釘11安裝在拼接基板1上。由此，組成完整的超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器。
權(quán)利要求
1.一種超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器，包括拼接基板、多個(gè)子模塊、帶有冷濾光片的窗架和外引線帶，其特征在于所說的拼接基板(1)是由低熱膨脹系數(shù)的金屬材料如可閥、殷鋼制成，上面鑲嵌有陶瓷過渡板(3)；所說的子模塊是一種規(guī)模較小的256×1或512×1的線列光敏元芯片通過倒焊基板(18)與讀出電路電學(xué)連接組成的線列紅外焦平面探測(cè)器；所說的倒焊基板(18)上還設(shè)有用于拼接長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器用的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(19)；所說的多個(gè)子模塊是通過倒焊基板(18)上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(19)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱交叉拼接固定在陶瓷過渡板(3)上，形成敏感元一維排列結(jié)構(gòu)；所謂旋轉(zhuǎn)對(duì)稱交叉拼接，即將多個(gè)子模塊分編成奇數(shù)子模塊(6)和偶數(shù)子模塊(4)，或者以奇數(shù)子模塊旋轉(zhuǎn)180°，或者以偶數(shù)子模塊旋轉(zhuǎn)180°，并使相鄰二個(gè)子模塊的光敏元邊邊相切，實(shí)現(xiàn)所謂的沒有“接縫”，即沒有漏元的拼接；各個(gè)子模塊在電學(xué)上是相互獨(dú)立的，通過外引線帶(7、5)引入各模塊工作脈沖與信號(hào)輸出；帶有冷濾光片(9)的窗架(8)通過螺釘固定在拼接基板(1)上，并使冷濾光片位于線列光敏元上方，濾光片的帶通由線列光敏元的工作波段而定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器，其特征在于所說的拼接基板和陶瓷過渡板的表面平行度、平整度要優(yōu)于0.005mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器，其特征在于所說的子模塊可以是單波段的，也可以是雙波段的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器，其特征在于所說的奇數(shù)子模塊外引線帶(7)和偶數(shù)子模塊外引線帶(5)的絕緣層是由聚酰亞胺基耐低溫材料制成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的一種超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器，其特征在于所說的單波段子模塊是由一個(gè)線列光敏元芯片與單波段讀出電路電學(xué)連接組成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的一種超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器，其特征在于所說的雙波段子模塊是由二個(gè)不同波段的分列的線列光敏元芯片分別與雙波段讀出電路的二個(gè)波段輸入端電學(xué)連接組成的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超長(zhǎng)線列紅外焦平面探測(cè)器，該探測(cè)器是由多個(gè)子模塊旋轉(zhuǎn)對(duì)稱交叉固定在拼接基板上，形成沒有漏元的拼接。子模塊是一種規(guī)模較小的256×1或512×1的線列紅外焦平面探測(cè)器，該線列紅外焦平面探測(cè)器可以是單波段的，也可以是雙波段的。本發(fā)明器件的優(yōu)點(diǎn)是裝配式設(shè)計(jì)，利于安裝、調(diào)試，使用靈活。
文檔編號(hào)H01L23/48GK1858906SQ20061002700
公開日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者張勤耀, 何力 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所