本發(fā)明涉及一種光電探測器的封裝方法，具體是應(yīng)用于180k～250k工作的紅外焦平面探測器低溫真空封裝的場合。

背景技術(shù)：

延伸波長銦鎵砷焦平面探測器(1.7～2.5μm)在航空航天、礦物勘察、精確武器制導(dǎo)、紅外報警與識別、偵察與監(jiān)視等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。受靈敏度限制，紅外探測器一般需在低溫下工作，通常將探測器封裝在金屬杜瓦內(nèi)并利用制冷機制冷。由于銦鎵砷外延材料具有較好的均勻性和穩(wěn)定性，使其在180k～250k的工作溫度下具有較高的探測率，在這一溫度區(qū)間工作可以通過熱電制冷器制冷并采用管殼進行密封，會大大簡化封裝結(jié)構(gòu)，降低封裝成本。徐勤飛等人報道了一種熱電制冷的超長線列ingaas探測器封裝結(jié)構(gòu)，申請?zhí)枺?01310469740.5，采用一級熱電制冷充氮氣保護的方式實現(xiàn)常規(guī)波長銦鎵砷焦平面探測器的封裝，該結(jié)構(gòu)制冷溫度較高(250k以上)，不適用于180k～250k溫區(qū)延伸波長銦鎵砷探測器的封裝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供適用于延伸波長銦鎵砷焦平面探測器低溫封裝的結(jié)構(gòu)和封裝方法，焦平面探測器工作溫區(qū)180k～250k。同樣適用于向高溫擴展的中短波碲鎘汞和銻化銦焦平面探測器的封裝。

一種集成多級熱電制冷器的焦平面紅外探測器組件的封裝結(jié)構(gòu)，包括組件外殼1、多級熱電制冷器2、電極板3、焦平面模塊4、視場光闌5、防輻射光闌6、蓋板7、窗口8、防輻射屏9、消氣劑10、消氣劑壓板11、排氣管12、柔性帶線13。多級熱電制冷器2的底面通過高導(dǎo)熱銀漿固定在組件外殼1腔體內(nèi)的底面上，電極板3通過高導(dǎo)熱銀漿固定在多級熱電制冷器2的上表面，焦平面模塊4通過低溫環(huán)氧膠固定在電極板3上。柔性帶線13一端通過錫焊固定于組件外殼1針腳，另一端通過環(huán)氧低溫膠固定于電極板3，利用超聲鍵合工藝完成焦平面模塊4的電學(xué)引出。組件內(nèi)集成視場光闌5和防輻射光闌6，其中視場光闌5通過環(huán)氧低溫膠固定在電極板3上，防輻射光闌6通過環(huán)氧低溫膠固定在多級熱電制冷器2的中間一級上。消氣劑10安裝在組件外殼1腔體內(nèi)的底面上，通過消氣劑壓板11進行固定，消氣劑壓板11采用鏍絲與組件外殼1進行連接。防輻射屏9安裝于消氣劑10和多級熱電制冷器2之間，通過鏍絲或者電阻焊固定。窗口8先通過共晶焊與蓋板7完成密封性焊接，再將蓋板7與組件外殼1進行密封性焊接。組件外殼1上集成排氣管12，用于高真空排氣。

所述的多級熱電制冷器2為金字塔形結(jié)構(gòu)，冷端面積小，中間級的面積大，可以方便安裝防輻射光闌6。

所述的視場光闌5和防輻射光闌6的內(nèi)腔體有黑色涂層或鍍層，外表面為拋光處理層或鍍金層。

所述的組件外殼1、蓋板7、防輻射屏9、表面均有鍍金層，柔性帶線13表面有磁控濺射處理的金層。

本發(fā)明的集成多級熱電制冷器的焦平面探測器組件的封裝結(jié)構(gòu)有以下三個特點：一是采用管殼封裝形式，集成金字塔形多級熱電制冷器，采用二級光闌結(jié)構(gòu)，可以有效抑制雜散光和降低熱電制冷器冷端熱負載；二是焦平面模塊的電學(xué)接口通過柔性帶線引出，傳統(tǒng)管殼針腳與電極板的引線互連通過超聲鍵壓解決，但由于金字塔形多級熱電制冷器的安裝會導(dǎo)致電極板與管殼針腳間距較大而導(dǎo)致引線可靠性降低，柔性帶線可以有效解決這一問題，而且更有利于組裝集成，操作效率高、可靠性好。三是組件采用真空封裝，內(nèi)部集成消氣劑，組件真空壽命長。

附圖說明

圖1組件剖面示意圖。

圖2金字塔形多級熱電制冷器俯視圖。

圖3組件封裝完成后的俯視圖。

圖中：1組件外殼、2多級熱電制冷器、3電極板、4焦平面模塊、5視場光闌、6防輻射光闌、7蓋板、8窗口、9防輻射屏、10消氣劑、11消氣劑壓板、12排氣管、13柔性帶線。

具體實施方式：

本發(fā)明提供的一種集成多級熱電制冷器的焦平面探測器組件封裝結(jié)構(gòu)，如圖1。包括組件外殼1、多級熱電制冷器2、電極板3、焦平面模塊4、視場光闌5、防輻射光闌6、蓋板7、窗口8、防輻射屏9、消氣劑10、消氣劑壓板11、排氣管12、柔性帶線13。組件外殼1選用可伐材料，側(cè)面燒結(jié)玻璃珠引線針。多級熱電制冷器2選用四級金字塔形結(jié)構(gòu)，如圖2，其底面通過高導(dǎo)熱銀漿固定在組件外殼1腔體內(nèi)的底面上，其正負供電電極通過錫焊連接于組件外殼1的針腳。電極板3通過高導(dǎo)熱銀漿固定在多級熱電制冷器2的上表面，焦平面模塊4通過低溫環(huán)氧膠固定在電極板3上。柔性帶線13采用聚酰亞胺材料，內(nèi)部為金屬電極，表面進行磁控濺射金層處理，柔性帶線13的一端通過錫焊固定于組件外殼1針腳，另一端通過環(huán)氧低溫膠固定于電極板3，再利用超聲鍵合工藝完成焦平面模塊4的電學(xué)引出。組件內(nèi)集成視場光闌5和防輻射光闌6，其中視場光闌5通過環(huán)氧低溫膠固定在電極板3上，其開孔尺寸按照光學(xué)設(shè)計確定，防輻射光闌6通過環(huán)氧低溫膠固定在多級熱電制冷器2的第二級上。消氣劑10安裝在組件外殼1腔體內(nèi)的底面上，通過消氣劑壓板11進行固定，氣劑壓板11采用鏍絲與組件外殼1進行連接。防輻射屏9安裝于消氣劑10和多級熱電制冷器2之間，通過電阻焊固定于組件外殼1上。窗口8先通過共晶焊與蓋板7完成密封性焊接，再將蓋板7與組件外殼1進行激光焊接。組件外殼1上集成排氣管12，用于整個組件密封完成以后的超高真空排氣，密封完成后的組件如圖3。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種集成多級熱電制冷器的焦平面紅外探測器組件封裝結(jié)構(gòu)，包括組件外殼、多級熱電制冷器、電極板、焦平面模塊、光闌、消氣劑、蓋板、窗口等。組件內(nèi)集成金字塔形多級熱電制冷器，外殼、多級熱電制冷器、電極板之間采用高導(dǎo)熱銀漿填充固定，焦平面模塊與電極板之間用低溫環(huán)氧膠固定，焦平面模塊的電學(xué)引出通過柔性帶線實現(xiàn)。組件內(nèi)集成視場光闌和防輻射光闌，其中視場光闌固定在電極板上，防輻射光闌固定在金字塔形多級熱電制冷器的中間一級上。所有部件組裝完成后通過激光焊密封并高真空排氣。該類型組件可以實現(xiàn)大規(guī)模焦平面模塊的制冷封裝，結(jié)構(gòu)簡單、制冷溫度低，適合延伸波長銦鎵砷和中短波碲鎘焦平面模塊的封裝。

技術(shù)研發(fā)人員：莫德鋒;張建林;蔣夢蝶;劉大福;李雪
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.27
技術(shù)公布日：2017.10.20