非制冷红外探测器的真空封装组件制造技术

本专利公开了一种非制冷红外探测器的真空封装组件。热电致冷器通过金属焊料焊接在外壳上，热电致冷器的引线焊接在外壳的热电致冷器电连针上；具有吸附气体功能的吸气剂与外壳的吸气剂针通过电阻焊工艺进行连接，具有特定造型的不锈钢金属薄片焊接在吸气剂与热电致冷器之间；非制冷红外探测器芯片粘贴在热电致冷器的冷端面上，然后通过键合工艺与外壳上的芯片电连针连接；窗口与管帽通过金属焊料焊接，然后与外壳平行缝焊密封；平行缝焊完成后将组合件通过排气管与一真空装置的腔体连接，并使组合件处于一定温度下，排气一段时间；排气结束后，冷夹封排气管，封口涂布保护胶。

【技术实现步骤摘要】

本专利公开了一种非制冷红外探测器的真空封装技术，具体指一种非制冷红外探测器的真空封装组件，本技术可以实现非制冷红外探测器的真空密封，通过局部调整零件结构和组装位置，本技术还适用于微机电系统(MEMS)探测器的真空封装。
技术介绍
非制冷红外探测器是一种特殊的热探测器件，通常由百万个或更多个探测元组成，每个探测元的主体部分为桥式悬空结构，两端通过桥墩与下方的电路连接，桥墩兼具隔热、支撑及电学连接几方面的作用。这种结构对热信号十分敏感，气体的热传导将显著降低探测性能，甚至引起探测器无法正常工作，因此非制冷红瓦探测器必须封装在真空腔体中。比较常见的结构形式为引出端从侧面引出的蝶形结构，这种结构在安装时必须考虑侧面的引出端尺寸，相对而言占用的电路板面积要大一些。引出端从底端引出可以缓解这种情况，但是传统的方式是通过玻璃珠将引出端焊接在金属外壳上，由于玻璃珠比较脆的特性，在引出端受力弯曲时容易引起玻璃珠上出现微裂纹，从而引起微漏孔。为了解决这个问题，本专利提出引出端先焊接在一个多层陶瓷过渡板上，然后多层陶瓷板再与金属外壳的壳体钎焊。另外为了提高密封探测器内部腔体的真空保持能力，在内部安装有一个电加热的吸气剂，当吸气剂工作时其表面温度要在300℃以上，容易对附近的热电致冷器和探测器芯片造成热辐射损伤。为此，本专利提出在吸气剂与热电致 冷器之间设隔热板的方法，将直接的热辐射隔绝，隔热板与外壳焊接在一起，通过外壳对隔热板降温，这种方法可以在不损失吸气剂工作效果的情况下避免热辐射损伤。
技术实现思路
本专利的目的是提供一种非制冷红外探测器的真空封装组件，组件外形为长方形，针脚通过多层陶瓷板从外壳的底部引出，多层陶瓷板与外壳通过钎焊焊接。探测器封装内部安装热电致冷器和隔热板，热电致冷器安装在外壳底面上，隔热板位于吸气剂与热电致冷器之间。隔热板呈半包围状，与外壳一起对吸气剂的热辐射面进行遮挡。热电致冷器的电连针与吸气剂针分别位于多层陶瓷板的两边。探测器封装完成后，通过加热装置和真空机组完成烘烤除气，冷夹封并涂布保护胶完成探测器的真空封装。组件的特点是引脚陶瓷过渡引出，避免了引脚弯折引起的组件漏气；内部带有隔热板，可以有效避免吸气剂工作时对探测器和热电致冷器的热辐射损伤。本专利的一种非制冷红外探测器的真空封装组件的结构如图1所示。它包括外壳1、管帽2、光学窗口3、非制冷芯片电路模块4、热电致冷器5、吸气剂6、隔热板7。其中外壳1由壳体110、陶瓷过渡座120、排气管130组成。组件封装完成后排气管130夹封，封口处涂布保护胶131。陶瓷过渡座120包含陶瓷基体121、吸气剂针122、电连针123、热电致冷器电连针124几个部分组成。吸气剂针122、电连针123、热电致冷器电连针124是贯通陶瓷基体121。在壳体110上加工安装孔111。所述的热电致冷器5热面501焊接固定在外壳1的壳体110中间位置上；热电致冷器5的针脚焊接固定在外壳1的热电致冷器电连针124上；吸气剂6针脚焊接固定在外壳1的吸气剂针122上；隔热板7安装在吸气剂6与热电致 冷器5之间，并焊接固定在壳体110侧壁上；非制冷芯片电路模块4粘接固定在热电致冷器5的冷面502上；光学窗口3焊接固定在管帽2中间孔230上；管帽2焊接固定在外壳1上，实现完整的组件。所述的外壳1选用柯伐合金金属。在外壳1的壳体110上加工4个对称分布的安装孔111，用于组件的安装与对位；同时将陶瓷过渡座120焊接在外壳1的壳体110上；将排气管130钎焊在外壳1的壳体110上。外壳1表面镀金，用于外壳1与管帽2的密封焊接。排气管130采用无氧铜管加工，表面镀金，防止氧化。所述的热电致冷器5为双面金属化的致冷器。所述的非制冷芯片电路模块4为桥式结构的热探测器件。所述的吸气剂6为吸附H2、CO等气体的吸气剂。所述的隔热板7为不锈钢板材加工成特定造型的隔热板。所述的管帽2选用4J29，4J42等合金金属加工。管帽包含定位板210和加厚板220两部分，制作时先在定位板210的面211上蚀刻图形，蚀刻边用于管帽2与外壳1安装定位及平行缝焊工艺；在面212上钎焊加厚板220，用于光学窗口3的安装和定位；管帽2中间孔230的开孔大小依据探测器规模、视场角及封装工艺而定，用于探测器芯片光敏元的通光。管帽2的表面金属化，用于光学窗口3与管帽2的共晶焊接工艺。所述的光学窗口3选用8～14微米波段透过率比较高的光学材料加工基片，如Ge等；在基片上采用蒸发或溅射工艺镀增透膜完成非制冷芯片工作波段所需的光学窗口。光学窗口3底面边缘301及侧面302金属化处理，用于光学窗口3与管帽2的共晶焊接工艺。本专利的技术方案如下：外壳1放置于一个水平台面上，通过导热银浆焊料将热电致冷器5的热面501和外壳1装配连接在一起，通过焊接工艺将热电致冷器5的针脚与热电致冷器电连针124互联在一起；通过电阻焊工艺将吸气剂6针脚与吸气剂针122互联在一起；通过焊接工艺将隔热板7与外壳1的壳体110焊接在一起。通过导热银浆焊料，将非制冷芯片电路模块4与热电致冷器5的冷面502装配连接在一起，用超声波键压方式将非制冷芯片电路模块4的输出引脚与外壳1的陶瓷过渡座120上的电连针122互联在一起；通过共晶焊接将管帽2与光学窗口3焊接在一起；通过平行缝焊工艺将管帽2与外壳1焊接在一起，实现密封；通过排气台排气、冷夹封工艺和封口涂布保护胶实现真空密封。本专利的优点在于：可以实现非制冷红外探测器的真空密封，可实现高密封性，结构稳定，不易产生微漏孔，漏率低，气体热传导小，可实现高性能非制冷红外探测器的密封组件。附图说明图1非制冷红外探测器外形示意图。图2外壳示意图。图3管帽示意图。图4窗口示意图。图5热电致冷器示意图。具体实施方式：下面结合附图对本专利的具体实施方式进行详细说明。1、零部件的制作与准备a)外壳1选用柯伐等合金金属加工。在外壳1的壳体110上加工4个对称分布的安装孔124，用于组件的安装与对位；同时将陶瓷过渡座120焊接在外 壳1的壳体110上；将排气管130钎焊在外壳1的壳体110上。外壳1表面镀金，用于外壳1与管帽2的密封焊接。排气管130采用无氧铜管加工，表面镀金，防止氧化。b)热电致冷器5选用双面金属化的致冷器，针脚为镀锡铜引线，选型依据非制冷芯片电路模块的规模、功耗、工作温度和环境温度而定。c)非制冷芯片电路模块4通过导热银浆焊料焊接到热电致冷器5的冷面502上，用超声波键压方式将非制冷芯片电路模块4的输出引脚与外壳1的陶瓷过渡座120上的电连针123实现互联。d)吸气剂6的针脚与吸气剂针122用电阻焊工艺互联在一起。e)隔热板7采用不锈钢板材加工成特定造型，并将隔热板7放置于热电致冷器5和吸气剂6之间，用焊接工艺将隔热板7与外壳1的壳体110焊接在一起。f)管帽2选用4J29，4J42等合金金属加工。管帽包含定位板210和加厚板220两部分，制作时先在定位板210的面211上蚀刻图形，蚀刻边用于管帽2与外壳1安装定位及平行缝焊工艺；在面212上钎焊加厚板220，用于光学窗口3的安装和定位；管帽2中间孔230的开孔大小依据探测器规模、视场角及封装工艺而定，用于探测器芯片光敏元的通光。管帽2的表面镀金，用于光学窗口3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非制冷红外探测器的真空封装组件，包括外壳(1)、管帽(2)、光学窗口(3)、非制冷芯片电路模块(4)、热电致冷器(5)、吸气剂(6)、隔热板(7)，其特征在于：所述的外壳(1)包括壳体(110)、陶瓷过渡座(120)及排气管(130)，在壳体(110)上加工安装孔(111)；陶瓷过渡座(120)包括陶瓷基体(121)、吸气剂针(122)、电连针(123)、热电致冷器电连针(124)；吸气剂针(122)、电连针(123)、热电致冷器电连针(124)贯通陶瓷基体(121)；所述的热电致冷器(5)热面(501)焊接固定在外壳(1)的壳体(110)中间位置上；热电致冷器(5)的针脚焊接固定在外壳(1)的热电致冷器电连针(124)上；吸气剂(6)针脚焊接固定在外壳(1)的吸气剂针(122)上；隔热板(7)安装在吸气剂(6)与热电致冷器(5)之间，并焊接固定在壳体(110)侧壁上；非制冷芯片电路模块(4)粘接固定在热电致冷器(5)的冷面(502)上；光学窗口(3)焊接固定在管帽(2)中间孔(230)上；管帽(2)焊接固定在外壳(1)上，实现完整的组件。

【技术特征摘要】
2015.12.01 CN 20151086872761.一种非制冷红外探测器的真空封装组件，包括外壳(1)、管帽(2)、光学窗口(3)、非制冷芯片电路模块(4)、热电致冷器(5)、吸气剂(6)、隔热板(7)，其特征在于：所述的外壳(1)包括壳体(110)、陶瓷过渡座(120)及排气管(130)，在壳体(110)上加工安装孔(111)；陶瓷过渡座(120)包括陶瓷基体(121)、吸气剂针(122)、电连针(123)、热电致冷器电连针(124)；吸气剂针(122)、电连针(123)、热电致冷器电连针(124)贯通陶瓷基体(121)；所述的热电致冷器(5)热面(501)焊接固定在外壳(1)的壳体(110)中间位置上；热电致冷器(5)的针脚焊接固定在外壳(1)的热电致冷器电连针(124)上；吸气剂(6)针脚焊接固定在外壳(1)的吸气剂针(122)上；隔热板(7)安装在吸气剂(6)与热电致冷器(5)之间，并焊接固定在壳体(110)侧壁上；非制冷芯片电路模块(4)粘接固定在热电致冷器(5)的冷面(502)上；光学窗口(3)焊接固定在管帽(2)中间孔(230)上；管帽(2)焊接固定在外壳(1)上，实现完整的组件。2.根据权利要求1所述的一种非制冷红外探测器的真空封装组件，其特征在于：在所述的外壳(1)的壳体(110)上加工4个对称分布的安装孔(111)，用于组件的安装与对位；同时将陶瓷过渡座(120)焊接在外壳(1)的壳体(110)上；将排气管(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐勤飞，刘大福，莫德锋，杨力怡，蒋梦蝶，张磊，李雪，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：上海;31