CN102997999A - 一种红外焦平面阵列探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体光电子领域，具体来说是一种红外焦平面阵列探测器。它包括封装壳体、红外光学窗口和缓冲环，这三者形成一个封闭的真空腔，所述缓冲环位于封装壳体和红外光学窗口之间，所述真空腔内设置有电激活吸气剂和红外焦平面探测器芯片，所述封装壳体包括一个底面，红外焦平面探测器芯片安装在底面上，底面侧边设置有焊盘，所述底面的外面设置有金属针脚，所述焊盘与金属针脚电连通，所述电激活吸气剂与金属针脚电连通，所述红外焦平面探测器芯片上设置有金属焊盘，金属焊盘与焊盘通过金丝连接。本发明简化了红外焦平面阵列探测器芯片的封装结构，缩小了红外焦平面探测器的体积，降低红外焦平面阵列探测器封装成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电子领域，具体来说是一种红外焦平面阵列探测器。
背景技术
红外成像技术越来越广泛地应用于工业传感、图象监测、汽车工业、消防搜救、甚至军事上的导航与夜视等领域。红外焦平面探测器制作技术是热成像实现技术的核心，而红外焦平面阵列探测器芯片密封封装技术是实现红外探测器成像的关键环节，红外焦平面阵列探测器芯片需要在高真空下的密封环境中工作，否则无法发挥其测辐射热计的成像功能。
一般而言，红外焦平面阵列探测器高真空封装技术采用金属壳体作为密封腔，其典型结构如图1所示，图2为该典型结构的爆炸结构示意图。壳体2为一个开口的长方体腔体，其侧壁上制作了陶瓷结构件3，陶瓷结构件3与壳体2之间经过金属陶瓷共烧工艺进行了密封焊接，陶瓷结构件3上制作了金属焊盘3-1，金属焊盘3-1与壳体2侧壁外附着在陶瓷结构件3上的金属引线3-2是电连通的，这样，红外焦平面探测器芯片1经过金丝4与外部形成电连通，实现信号通信与控制，红外焦平面探测器芯片1贴装在热电制冷器（TEC）5上，热电制冷器（TEC）5贴装在壳体2底板上，与外部形成热通路，光学窗口6与壳体2之间密封焊接，这样，红外焦平面探测器芯片1就被密封在一个密闭环境中，外部光学信号通过光学窗口6入射到红外焦平面探测器芯片1，光学窗口6与壳体2形成的密封腔体需要保持高真空状态，在产品使用过程中，为了保证高真空长期寿命，需要在腔体内安装电激活吸气剂7来吸附腔体内壁以及内部元件释放出来的气体。
这种封装结构内部元件较多，比如需要集成体积比芯片大得多的热电制冷器5，因此壳体2的腔体较大，腔体内部的放气率也较高，需要体积较大的电激活吸气剂7，同时壳体2开口面积也较大，也需要较大的光学窗口6与之匹配，而光学窗口6的成本跟其面积密切相关，光学窗口6越大，成本越高，并且这种大面积的光学窗口，在不同工作温度下，其形变也大，难以保证封装结构的长期寿命，总之，这种封装结构使得封装成本高昂、体积大、制作工艺困难和可靠性难以保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种红外焦平面阵列探测器。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种红外焦平面阵列探测器。
一种红外焦平面阵列探测器，它包括封装壳体、红外光学窗口和缓冲环，所述封装壳体、所述红外光学窗口和所述缓冲环形成一个封闭的真空腔，所述缓冲环位于所述封装壳体和所述红外光学窗口之间，用于连接所述封装壳体和所述红外光学窗口，所述真空腔内设置有电激活吸气剂和红外焦平面探测器芯片，所述封装壳体包括一个底面，所述红外焦平面探测器芯片安装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侧边设置有焊盘，所述底面朝向所述真空腔外部的另一面设置有金属针脚，所述焊盘与所述金属针脚电连通，所述电激活吸气剂与所述金属针脚电连通，所述红外焦平面探测器芯片上与所述焊盘相对应的设置有金属焊盘，所述金属焊盘与所述焊盘通过金丝连接，所述红外焦平面探测器芯片的中间部分为像元阵列结构。
本发明的有益效果是：与现有的红外焦平面阵列探测器比较而言，本发明不包括热电制冷器，简化了红外焦平面阵列探测器芯片的封装结构，降低了整个封装结构的高度，设置缓冲环还可以减小红外光学窗口，使红外光学窗口的尺寸与红外焦平面探测器芯片上的像元阵列结构匹配，从而缩小了红外焦平面探测器的体积，缩小了红外光学窗口的尺寸，降低红外焦平面阵列探测器封装成本。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述底面朝向所述真空腔部分的边沿设有台阶形焊接区域，所述缓冲环通过密封粘接材料或合金焊料焊接在所述台阶形焊接区域上。
采用上述进一步方案的有益效果是，设置专门用于连接的台阶形焊接区域更有利于所述真空腔的密封。
进一步，所述封装壳体朝向所述真空腔内的面上设有两个金属台，所述电激活吸气剂的两端焊接在所述的金属台上，所述金属台与所述金属针脚电连通。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过外部的金属针脚，就可以通电激活电激活吸气剂，以保持对真空腔内部残余气体的吸附作用，保证密封真空腔环境长期稳定，尤其是真空环境时的真空度保持。
进一步，所述缓冲环为Ω截面缓冲环或者平面缓冲环，所述Ω截面缓冲环为横截面为Ω形状的缓冲环。
采用上述进一步方案的有益效果是，Ω截面缓冲环相比于平面缓冲环有更好吸收形变的能力，即使在不同的温度环境下使用，Ω截面缓冲环有较好的型变量，也可以保护真空腔的的真空的环境，进而延长此封装结构的寿命，但是平面缓冲环结构更加简单，成本更低，厂家可以根据需要选择不同的缓冲环。
进一步，所述Ω截面缓冲环凸起的一面为上面，所述Ω截面缓冲环凹陷的一面为下面，所述红外光学窗口通过密封粘接材料或合金焊料焊接在所述Ω截面缓冲环的上面，所述Ω截面缓冲环的下面通过密封粘接材料或合金焊料焊接在所述台阶形焊接区域上。
采用上述进一步方案的有益效果是，采用Ω截面缓冲环可以增强密封结构抗形变应力，缩小光学窗口，凸面朝外是为了节省内部空间，同时，在工艺制造过程中，对光学窗有预定位作用。
附图说明
图1为现有的红外焦平面探测器典型结构示意图；
图2为现有的红外焦平面探测器典型结构的爆炸示意图图；
图3为本发明使用Ω截面缓冲环的封装结构示意图；
图4为本发明使用Ω截面缓冲环的爆炸结构示意图；
图5为本发明使用平面缓冲环的封装结构示意图；
图6为本发明使用平面缓冲环的爆炸结构示意图；
图7为本发明封装壳体的结构示意图；
图8为本发明Ω截面缓冲环的截面图；
图9为本发明平面缓冲环的结构示意图。
附图中，以数字打头的标号为现有红外焦平面探测器的各个部件，以字母打头的标号为本发明的各个部件，各标号所代表的部件列表如下：
1、红外焦平面探测器芯片，2、壳体，3、陶瓷结构件，4、金丝，5、热电制冷器（ETC），6、光学窗口，7、电激活吸气剂，3-1、金属焊盘，3-2、金属引线；
A、封装壳体，B、Ω截面缓冲环，C、红外光学窗口，D、红外焦平面探测器芯片，E、金丝，F、电激活吸气剂，G、平面缓冲环，A1、底面，A2、金属台，A3、焊盘，A4、台阶形焊接区域，A5、金属针脚，D1、金属焊盘，D2、像元阵列结构。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一般而言，红外焦平面阵列探测器高真空封装技术采用金属壳体作为密封腔，其典型结构如图1所示，图2为该典型结构的爆炸结构示意图。壳体2为一个开口的长方体腔体，其侧壁上制作了陶瓷结构件3，陶瓷结构件3与壳体2之间经过金属陶瓷共烧工艺进行了密封焊接，陶瓷结构件3上制作了金属焊盘3-1，金属焊盘3-1与壳体2侧壁外附着在陶瓷结构件3上的金属引线3-2是电连通的，这样，红外焦平面探测器芯片1经过金丝4与外部形成电连通，实现信号通信与控制，红外焦平面探测器芯片1贴装在热电制冷器（TEC）5上，热电制冷器（TEC）5贴装在壳体2底板上，与外部形成热通路，光学窗口6与壳体2之间密封焊接，这样，红外焦平面探测器芯片1就被密封在一个密闭环境中，外部光学信号通过光学窗口6入射到红外焦平面探测器芯片1，光学窗口6与壳体2形成的密封腔体需要保持高真空状态，在产品使用过程中，为了保证高真空长期寿命，需要在腔体内安装电激活吸气剂7来吸附腔体内壁以及内部元件释放出来的气体。
这种封装结构内部元件较多，比如需要集成体积比芯片大得多的热电制冷器5，因此壳体2的腔体较大，腔体内部的放气率也较高，需要体积较大的电激活吸气剂7，同时壳体2开口面积也较大，也需要较大的光学窗口6与之匹配，而光学窗口6的成本跟其面积密切相关，光学窗口6越大，成本越高，并且这种大面积的光学窗口，在不同工作温度下，其形变也大，难以保证封装结构的长期寿命。
本发明提供了一种红外焦平面阵列探测器，如图3所示，它包括封装壳体A、红外光学窗口C和缓冲环，所述封装壳体A、所述红外光学窗口C和所述缓冲环形成一个封闭的真空腔，如图8和图9所示，所述缓冲环的形状为中间空心的环，如图4所示，所述缓冲环位于所述封装壳体和所述红外光学窗口之间，用于连接所述封装壳体A和所述红外光学窗口C，所述真空腔内设置有电激活吸气剂F和红外焦平面探测器芯片D，所述封装壳体A包括一个底面，所述红外焦平面探测器芯片D安装在所述底面朝向所述真空腔的一面上，所述红外焦平面探测器芯片D与所述底面可以通过低放气率的胶或者合金焊料来粘接，这样红外焦平面探测器芯片D与封装壳体A的底板以及外界形成一个良好的热通路，所述底面朝向所述真空腔的一面的侧边设置有焊盘A3，如图7所示，所述底面朝向所述真空腔外部的另一面设置有金属针脚A5，所述焊盘A3与所述金属针脚A5电连通，所述电激活吸气剂F与所述金属针脚A5电连通，所述红外焦平面探测器芯片D上与所述焊盘A3相对应的设置有金属焊盘D1，如图4所示，所述金属焊盘D1与所述焊盘A3通过金丝E连接，所述红外焦平面探测器芯片D的中间部分为像元阵列结构，可以通过红外光学窗口C，接收外部的场景的辐射，从而获得外部热图象。
如图4所示，所述封装壳体A的底面朝向所述真空腔部分的边沿设有台阶形焊接区域，所述缓冲环通过密封粘接材料或合金焊料焊接在所述台阶形焊接区域上。
如图4和图6所示，所述封装壳体A朝向所述真空腔内的面上设有两个金属台A2，所述电激活吸气剂F的两端焊接在所述的金属台A2上，所述金属台A2与所述金属针脚电A5电连通。
所述缓冲环为Ω截面缓冲环或者平面缓冲环，如图8所示，所述Ω截面缓冲环为横截面为Ω形状的缓冲环。
所述Ω截面缓冲环凸起的一面为上面，所述Ω截面缓冲环凹陷的一面为下面，如图4所示，所述红外光学窗口通过密封粘接材料或合金焊料焊接在所述Ω截面缓冲环的上面，所述Ω截面缓冲环的下面通过密封粘接材料或合金焊料焊接在所述台阶形焊接区域上。
本发明显著简化了红外焦平面阵列探测器芯片的封装结构，降低了整个封装结构的高度，缩小了红外焦平面探测器的体积，缩小了红外光学窗口的尺寸，降低红外焦平面阵列探测器封装成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种红外焦平面阵列探测器，它包括封装壳体、红外光学窗口，所述封装壳体与所述红外光学窗口形成一个封闭的真空腔，所述真空腔内设置有电激活吸气剂和红外焦平面探测器芯片，其特征在于，还包括缓冲环，所述缓冲环位于所述封装壳体和所述红外光学窗口之间，用于连接所述封装壳体和所述红外光学窗口，所述封装壳体包括一个底面，所述红外焦平面探测器芯片安装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侧边设置有焊盘，所述底面朝向所述真空腔外部的另一面设置有金属针脚，所述焊盘与所述金属针脚电连通，所述电激活吸气剂与所述金属针脚电连通，所述红外焦平面探测器芯片上与所述焊盘相对应的设置有金属焊盘，所述金属焊盘与所述焊盘通过金丝连接，所述红外焦平面探测器芯片的中间部分为像元阵列结构。
2.根据权利要求1所述的一种红外焦平面阵列探测器，其特征在于，所述底面朝向所述真空腔部分的边沿设有台阶形焊接区域，所述缓冲环通过密封粘接材料或合金焊料焊接在所述台阶形焊接区域上。
3.根据权利要求1所述的一种红外焦平面阵列探测器，其特征在于，所述封装壳体朝向所述真空腔内的面上设有两个金属台，所述电激活吸气剂的两端焊接在所述的金属台上，所述金属台与所述金属针脚电连通。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种红外焦平面阵列探测器，其特征在于，所述缓冲环为Ω截面缓冲环或者平面缓冲环，所述Ω截面缓冲环为横截面为Ω形状的缓冲环。
5.根据权利要求4所述的一种红外焦平面阵列探测器，其特征在于，所述Ω截面缓冲环凸起的一面为上面，所述Ω截面缓冲环凹陷的一面为下面，所述红外光学窗口通过密封粘接材料或合金焊料焊接在所述Ω截面缓冲环的上面，所述Ω截面缓冲环的下面通过密封粘接材料或合金焊料焊接在所述台阶形焊接区域上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130327 |