一種密排拼接的雙波段長線列紅外焦平面探測器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本專利公開了一種密排拼接的雙波段長線列紅外焦平面探測器，探測器采用模塊順序排列、模塊間交叉拼接、雙波段密集排列的長線列拼接結(jié)構(gòu)，模塊化安裝設(shè)計的集成外引線及模塊公共線合并方法、及整體式分立濾光片安裝架等結(jié)構(gòu)設(shè)計和組成方法。二個波段密集排列的拼接結(jié)構(gòu)，使二個探測波段模塊的間距減小三分之一；集成外引線內(nèi)部的模塊公共線合并，可使外引線數(shù)量減少三分之二；模塊化設(shè)計、安裝，有利于高可靠雙波段長線列探測器的產(chǎn)品化。該專利很好的解決了制造長線列雙波段探測器的困難和問題，而且可以更好的滿足應(yīng)用要求。
【專利說明】一種密排拼接的雙波段長線列紅外焦平面探測器結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及一種長線列紅外焦平面探測器，特別是指一種橫向排列數(shù)千元、雙波段探測、多模塊拼接的長線列探測器。

【背景技術(shù)】
[0002]在航空、航天紅外遙感【技術(shù)領(lǐng)域】，其主要發(fā)展方向，一是提高紅外探測器的光電性能，提高探測靈敏度，以獲取更多信息；二是增加紅外敏感元數(shù)量，提高紅外系統(tǒng)空間探測分辨率，即在相同高度、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。三是發(fā)展多波段探測，即在同時或準同時獲取不同波段的紅外信息，可以有效提高紅外系統(tǒng)對目標的識別和探測，在空間紅外預(yù)警、搜索、跟蹤等【技術(shù)領(lǐng)域】具有特別重要的應(yīng)用。紅外探測系統(tǒng)的核心部件和性能指標，集中體現(xiàn)在紅外探測器技術(shù)指標和制造技術(shù)。所以，解決新型紅外探測器的研制技術(shù)，滿足高性能紅外遙感系統(tǒng)的應(yīng)用需求，對加強國防建設(shè)等應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。
[0003]長線列紅外焦平面探測器，就是在一維方向上排列有數(shù)千元紅外敏感元的一種掃描型紅外焦平面探測器，通過一維掃描(垂直于光敏元排列方向)形成二維圖像的一種成像器件。而雙波段長線列紅外焦平面探測器，就是通過多個模塊拼接，在垂直于掃描方向上形成二個探測波段、各有數(shù)千個紅外敏感元排列的一種掃描型紅外探測器，實現(xiàn)一次掃描，對目標進行二個紅外波段的雙波段成像。
[0004]由于紅外焦平面探測器必須在低溫工作的特點，以及材料和工藝技術(shù)的問題，單個探測器無法達到數(shù)千元的規(guī)模。所以一般長線列紅外焦平面探測器的制造，都采用多個子模塊拼接的方法實現(xiàn)。子模塊一般為300?500光敏元規(guī)模的紅外線列探測器，以小規(guī)模探測器作為模塊，以拼接方式來實現(xiàn)一維方向數(shù)千個光敏元的排列。例如以512子模塊為例，用12個模塊拼接形成6000元長線列探測器。另外，對于有許多模塊拼接形成的長線列探測器，由于模塊在電學(xué)上是獨立的，采用公共線合并的方法，可以減少外引線數(shù)量，以提高外引線的可靠性和降低傳導(dǎo)冷損。
[0005]在單波段長線列焦平面探測器的制造中(見中國專利ZL200610027004.4)，模塊拼接采用“旋轉(zhuǎn)對稱、交叉拼接”的方式實現(xiàn)沒有“接縫”的拼接。所謂旋轉(zhuǎn)對稱、交叉拼接，即將奇數(shù)模塊與偶數(shù)模塊方向上旋轉(zhuǎn)180ο，奇、偶模塊空間上錯位交叉，光敏元邊邊相切，在垂直于掃描方向上沒有漏元的一種拼接方法。對于雙波段長線列探測器的制造，由于要實現(xiàn)二個波段光敏元排列在一個平面內(nèi)，而且要求二個波段的光敏元空間間隔盡可能小，以提高掃描效率。按照原有單波段長線列的拼接方法，把二個長線列探測器并排排列，功能上可以實現(xiàn)雙波段探測的雙波段長線列，而外引線則必須采用薄膜帶線穿過拼接基板，并從底部穿過拼接基板的引出的方法實現(xiàn)長線列外引線的引出才能實現(xiàn)(中國專利(申請?zhí)?201210273991.1)。這種外引線方法存在的主要問題是，(I)由于引線安裝需占據(jù)空間，導(dǎo)致二個波段探測器模塊間的間距較大，對雙波段探測不利；(2)由于薄膜引線須從拼接基板底部穿出，長線列器件整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝技術(shù)難度高。(3)由于拼接基板底部穿過外引線占用大量面積，對雙波段長線列探測器橫向溫度均勻性的多點熱傳導(dǎo)冷鏈的設(shè)計、安裝帶來巨大困難，甚至難以達到設(shè)計技術(shù)要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述雙波段長線列探測器制造存在的問題，本專利提出了一種新的長線列焦平面探測器的拼接方案。該方案可以概述為:模塊順序排列、模塊間交叉拼接、雙波段密集排列、外引線分別二邊引出結(jié)構(gòu)；長線列探測器波段I與波段2之間呈旋轉(zhuǎn)對稱關(guān)系。二個波段密集排列的拼接結(jié)構(gòu)，使二個探測波段模塊的間距減小三分之一；集成外引線內(nèi)部的模塊公共線合并，可使外引線數(shù)量減少三分之二；模塊化設(shè)計、安裝，有利于高可靠雙波段長線列探測器的產(chǎn)品化。該專利很好的解決了制造長線列雙波段探測器的困難和問題，而且可以更好的滿足應(yīng)用要求。
[0007]本專利所述的雙波段長線列紅外焦平面探測器，包括拼接基板、波段I模塊、波段2模塊、波段I集成外引線、波段2集成外引線、模塊過渡引線板、集成濾光片架等部件。
[0008]所述的波段I模塊1-5按同一方向順序排列、波段I模塊1-5按奇偶數(shù)錯位交叉、奇數(shù)模塊最后一元與偶數(shù)模塊第一元邊邊相切的拼接；
[0009]所述的波段2模塊1-4作與波段I模塊1-5同樣拼接，波段I模塊拼接成的長線列與波段2模塊拼接成的長線列之間呈旋轉(zhuǎn)對稱關(guān)系；波段I模塊與波段2模塊之間是密集排列的；
[0010]波段I模塊1-5和波段2模塊1-4的偶數(shù)模塊通過過渡引線板1-6與集成外引線連接；波段I長線列與波段2長線列通過集成外引線分別引出的，且集成外引線采用安裝在拼接基板正面的安裝方式；
[0011]分立型濾光片粘貼在濾光片安裝架2-1上，且位于相應(yīng)模塊的上方，濾光片安裝架2-1整體用螺釘固定在拼接基板上，并與拼接基板具有良好的熱接觸，起到冷濾光片的作用；
[0012]所述的波段I集成外引線1-3與波段2集成外引線1-2是長線列焦平面探測器脈沖、電源的輸入和信號的輸出總線；集成外引線是一種聚酰亞胺基薄膜引線、雙層結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)模塊公共線的內(nèi)部合并；長線列探測器波段I和波段2分二邊分別引出，集成外引線一端與模塊連接，另一端與長線列封裝杜瓦穿真空引出端連接，達到引線引出真空杜瓦外的目的；
[0013]在拼接基板1-1的背面有熱傳導(dǎo)冷鏈，實現(xiàn)多點熱傳導(dǎo)，保證長線列探測器橫向溫度的均勻性。
[0014]所述的拼接基板1-1由可閥或殷鋼低熱膨脹系數(shù)的金屬材料制成，拼接基板1-1的平面度PV值要求小于0.01mm，基板上的濾光片安裝架螺孔位置精度要求彡±0.05mm。
[0015]所述的波段I模塊1-5和波段2模塊1-4是規(guī)模較小的線列焦平面探測器，它們的幾何結(jié)構(gòu)、弓I線排列結(jié)構(gòu)相同，各模塊在電學(xué)上是互相獨立的。
[0016]所述的模塊過渡引線板1-6是一種由淀積在陶瓷板上的金屬薄膜、光刻方法制備的與模塊鍵壓點相對應(yīng)的過渡引線板，用于長線列偶數(shù)模塊與集成外引線之間鍵壓的過渡引線板，以避免鍵壓線過長而影響引線的可靠性。
[0017]本專利提出的雙波段長線列紅外焦平面探測器密排拼接結(jié)構(gòu)與方法有如下優(yōu)占-
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[0018]I)波段I模塊、波段2模塊密排拼接結(jié)構(gòu)，使得二個探測波段之間的間距減小三分之一，可以更好滿足應(yīng)用系統(tǒng)對長線列探測器的要求，大大縮小二個波段對目標探測的時間差;
[0019]2)利用模塊公共引線合并的集成外引線結(jié)構(gòu)，可以減少外引線數(shù)量三分之二，降低引線傳導(dǎo)冷損，提高外引線可靠性；
[0020]3) 二個探測波段信號通過集成外弓丨線分波段弓I出的方法，有利于后續(xù)電子學(xué)信號處理；
[0021]4)每個波段的模塊規(guī)格一致設(shè)計，有利于篩選性能一致的模塊用于拼接，有利于提高長線列雙波段探測器性能均勻性，并有利于降低生產(chǎn)成本；
[0022]5)分立型濾光片采用濾光片安裝架安裝方式置于探測器各個模塊入射光路的方法，解決了長線列探測器濾光片的困難；
[0023]6)全部的模塊、濾光片安裝架、集成外引線等都集中安裝在拼接基板的正面，而拼接基板背面可用于多點熱傳導(dǎo)冷鏈的安裝，解決了多點冷鏈的安裝的困難；
[0024]7)拼接基板、拼接模塊、集成外引線、濾光片安裝架等主要部件均為模塊化裝配設(shè)計，可以分別制造、分別進行可靠性篩選，可以大大增加維修性，有利于高可靠長線列雙波段探測器的生產(chǎn)與制造。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為雙波段密排結(jié)構(gòu)長線列探測器(未加裝濾光片及安裝架)示意圖。其中:
[0026]1-1一拼接基板；1-2—波段2集成外引線；
[0027]1-3一波段I集成外引線；1-4一波段2模塊；
[0028]1-5—波段I模塊；1-6—偶數(shù)模塊過渡引線板；
[0029]圖2為雙波段密排結(jié)構(gòu)長線列探測器(未加裝濾光片及安裝架)示意圖。其中:
[0030]2-1—雙波段濾光片安裝架；2_2—雙波段濾光片安裝架安裝螺孔；
[0031]2-3—波段2濾光片安裝位置；2-4—波段I濾光片安裝位置；
[0032]2-5—熱傳導(dǎo)冷鏈與拼接基板連接端；
[0033]圖3為圖的2A-A剖面圖

【具體實施方式】
[0034]下面對雙波段長線列紅外焦平面探測器密排拼接結(jié)構(gòu)及實施方法，結(jié)合附圖對本專利的具體實施作詳細說明。
[0035]本專利的主要部件由拼接基板1-1、波段I集成外引線1-3、波段2集成外引線1-2、波段I模塊1-5、波段2模塊1-4、濾光片安裝架2-1、偶數(shù)模塊過渡引線板1_6等組成。
[0036]所述的拼接基板1-1是由低熱膨脹系數(shù)的金屬材料(例如，可閥covar，殷鋼invar等)制成的機械構(gòu)件，是雙波段長線列探測器的主要部件之一。拼接基板主要提供一個平面，用于貼裝探測器模塊、濾光片架安裝、外引線安裝等用途，上面設(shè)計有安裝螺孔等結(jié)構(gòu)。對于雙波段長線列探測器的整體平面度要求，很大程度上取決于拼接基板的平面度，所以對拼接基板的幾何參數(shù)，如基板的平行度、平整度、安裝螺孔位置精度等都有嚴格要求。
[0037]所述的波段I模塊1-5，是一種規(guī)模較小(例如512元)的線列焦平面探測器，該線列紅外焦平面探測器的探測波段定義為波段I (例如:1?3um探測波段)；同樣，所述的波段2模塊1-4，是探測波段定義為波段2 (例如:3?5um探測波段)的線列紅外焦平面探測器。各模塊在電學(xué)上是互相獨立的，一般情況下，波段I模塊與波段2模塊的幾何結(jié)構(gòu)、引線排列結(jié)構(gòu)等是相同的設(shè)計。
[0038]所述的波段I集成外引線1-3與波段2集成外引線1-2分別是長線列焦平面探測器脈沖、電源的輸入和信號的輸出總線，其中集成了模塊公共線的合并等功能。集成外引線是一種聚酰亞胺基薄膜引線、雙層結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)模塊之間的公共引線的內(nèi)部合并。長線列探測器波段I和波段2分二邊分別引出。集成外引線一端與模塊連接，另一端與長線列封裝杜瓦穿真空引出端連接，達到引線引出真空杜瓦外的目的。由于采用了模塊公共線合并的方法，使引出的外引線總數(shù)量減少了三分之二。
[0039]所述的模塊過渡引線板1-6，是一種由淀積在陶瓷板上的金屬薄膜、光刻方法制備的與模塊鍵壓點相對應(yīng)的過渡引線板，用于長線列偶數(shù)模塊與集成外引線之間鍵壓的過渡引線板，以避免鍵壓線過長而影響引線的可靠性。
[0040]所述的濾光片安裝架2-1是一種金屬構(gòu)件,在濾光片安裝架對應(yīng)波段I模塊1-5和波段2模塊1-4的上方開有矩形通槽孔，作為貼裝波段I濾光片位置2-4和貼裝波段2濾光片位置2-3 ;濾光片安裝架上設(shè)計有安裝螺孔2-2。作為一個完整部件，在長線列組裝前，已經(jīng)完成了分立濾光片的貼裝。
[0041]具體實施過程如下:把拼接基板1-1用機械方法固定在具有三維實時檢測功能的拼接臺上，把波段I模塊1-5和波段2模塊1-4按照設(shè)計位置座標，用DW3低溫膠初步固定在拼接基板1-1 ;在0評3低溫膠未完全固化前，利用拼接臺的三維實時檢測功能(測試精度±0.0Olmm)，對各模塊進行精密調(diào)整。操作中，采用絕對坐標測試方法，避免多次累積誤差，最后模塊之間位置誤差小于< ±5um。其中，波段I模塊與波段2模塊在排列方式上的特點在于，交叉拼接、順序排列、雙波段密集布排的拼接結(jié)構(gòu)。具體而言，如波段I的拼接，波段I模塊按同一方向順序排列、波段I模塊按奇偶數(shù)錯位交叉、奇數(shù)模塊最后一元與偶數(shù)模塊第一元邊邊相切，形成長線列探測器。對波段2模塊作同樣拼接。然而對波段I長線列與波段2長線列，二者之間呈旋轉(zhuǎn)對稱關(guān)系。另一特點在于，波段I模塊與波段2模塊之間是密集排列的，使二個波段之間的空間距離減小三分之一。完成拼接后，利用拼接基板上的螺孔安裝集成外引線1_2、1-3，利用鍵壓工藝把各模塊鍵壓壓點與集成外引線一端連接。再后，把分立濾光片粘貼在濾光片安裝架上，再把濾光片安裝架整體用螺釘安裝在拼接基板上。由此，完成雙波段長線列焦平面探測器的拼接和組裝，形成具有雙波段紅外探測器的制造。
【權(quán)利要求】
1.一種密排拼接的雙波段長線列紅外焦平面探測器，它包括拼接基板(1-1)、波段I模塊(1-5)和波段2模塊(1-4)、波段I集成外引線(1-3)、波段2集成外引線(1_2)、分立型濾光片安裝架(2-1)，其特征在于: 所述的波段I模塊(1-5)按同一方向順序排列、波段I模塊(1-5)按奇偶數(shù)錯位交叉、奇數(shù)模塊最后一元與偶數(shù)模塊第一元邊邊相切的拼接； 所述的波段2模塊(1-4)作與波段I模塊(1-5)同樣拼接，波段I模塊拼接成的長線列與波段2模塊拼接成的長線列之間呈旋轉(zhuǎn)對稱關(guān)系；波段I模塊與波段2模塊之間是密集排列的； 波段I模塊(1-5)和波段2模塊(1-4)的偶數(shù)模塊通過過渡引線板(1-6)與集成外引線連接；波段I長線列與波段2長線列通過集成外引線分別引出的，且集成外引線采用安裝在拼接基板正面的安裝方式； 分立型濾光片粘貼在濾光片安裝架(2-1)上，且位于相應(yīng)模塊的上方，濾光片安裝架(2-1)整體用螺釘固定在拼接基板上，并與拼接基板具有良好的熱接觸，起到冷濾光片的作用； 所述的波段I集成外引線(1-3)與波段2集成外引線(1-2)是長線列焦平面探測器脈沖、電源的輸入和信號的輸出總線；集成外引線是一種聚酰亞胺基薄膜引線、雙層結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)模塊公共線的內(nèi)部合并；長線列探測器波段I和波段2分二邊分別引出，集成外引線一端與模塊連接，另一端與長線列封裝杜瓦穿真空引出端連接，達到引線引出真空杜瓦外的目的； 在拼接基板(1-1)的背面有熱傳導(dǎo)冷鏈，實現(xiàn)多點熱傳導(dǎo)，保證長線列探測器橫向溫度的均勻性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密排拼接的雙波段長線列紅外焦平面探測器，其特征在于:所述的拼接基板(1-1)由可閥或殷鋼低熱膨脹系數(shù)的金屬材料)制成，拼接基板(1-1)的平面度PV值要求小于0.01mm，基板上的濾光片安裝架螺孔位置精度要求彡±0.05mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密排拼接的雙波段長線列紅外焦平面探測器，其特征在于:所述的波段I模塊(1-5)和波段2模塊(1-4)是規(guī)模較小的線列焦平面探測器，它們的幾何結(jié)構(gòu)、弓I線排列結(jié)構(gòu)相同，各模塊在電學(xué)上是互相獨立的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密排拼接的雙波段長線列紅外焦平面探測器，其特征在于:所述的模塊過渡引線板(1-6)是一種由淀積在陶瓷板上的金屬薄膜、光刻方法制備的與模塊鍵壓點相對應(yīng)的過渡引線板，用于長線列偶數(shù)模塊與集成外引線之間鍵壓的過渡引線板。
【文檔編號】H01L23/488GK204167315SQ201420597247
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】張勤耀, 林加木, 張健怡, 吳云 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所