一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构及方法技术

本发明专利技术公开一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构及方法，包括：腔体、半导体制冷器、陶瓷环框架、背照式雪崩增益型EMCCD和光学窗口，所述腔体呈矩形框体结构；在腔体内部安装半导体制冷器，该半导体制冷器的热端设置有预焊料，半导体制冷器与腔体通过回流焊焊接，且半导体制冷器通过电装的方式完成与腔体的电连接；半导体制冷器的冷端通过高导热材料与背照式雪崩增益型EMCCD连接；所述腔体与陶瓷环框架、陶瓷环框架与光学窗口通过高可靠性环氧树脂密封连接。本发明专利技术的EMCCD制冷封装结构同时考虑制冷器件、图像传感器和封装三者的相互影响，提高了设计精度，达到制冷、散热、气密性、可靠性设计。

A package structure and method of back lighting avalanche gain EMCCD

【技术实现步骤摘要】
一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构及方法
本专利技术涉及图像传感器封装设计
，具体涉及一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构及方法。
技术介绍
电子倍增电荷耦合器件(ElectronMultiplicationChargeCoupledDevice,EMCCD)具有高灵敏度、高帧频的特点，在天文观测、生物医学、科学研究、工业生产等领域有着广泛的应用。在影响EMCCD探测性能的重要因素中，温度对电子倍增增益的影响明显，温度越低，其暗电流噪声愈小，产生的二次电子越多，电子倍增增益越大。现有制冷封装技术腔体内部大多充入惰性气体，但制冷效果远比不上腔体结构内部为永久真空的封装技术。随着背照式雪崩增益型EMCCD的可靠性要求不断提高，以及实际应用对外形物理尺寸的小型化要求，现有设计方法没有考虑到长期可靠性工作、与散热器耦合以及封装之间的相互影响，尤其是光窗与封装壳体之间的气密性，因此，现有设计方法存在可靠性低、体积大等缺点。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构及方法。一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构，包括：腔体、半导体制冷器、陶瓷环框架、背照式雪崩增益型EMCCD和光学窗口，所述腔体呈矩形框体结构，该腔体外侧底部四周设置有4个安装孔；在腔体内部固定半导体制冷器，该半导体制冷器的热端设置有预焊料，半导体制冷器热端与腔体通过回流焊焊接，从而形成稳定的安装体，且半导体制冷器通过电装的方式完成与腔体的电连接；半导体制冷器的冷端通过高导热材料与背照式雪崩增益型EMCCD连接；所述腔体与陶瓷环框架通过高可靠性环氧树脂密封连接；所述陶瓷环框架与光学窗口通过高可靠性环氧树脂密封连接。所述腔体的高度等于或略高于半导体制冷器的高度，所述腔体上沿的形状大小和陶瓷环框架的边框形状大小一致。所述腔体外部一侧中间位置开有圆形孔，该圆形孔的孔径和真空处理管的外圆周孔径相一致，用以放入并固定真空处理管，腔体另一侧设置有引线通孔，用于半导体制冷器的引线伸出，且腔体由金属材料制成。所述真空处理管呈圆形管状，由金属材料制成，通过真空处理管为腔体内部提供真空环境，密封真空处理管的圆形孔。所述陶瓷环框架上设置有PIN引脚和PAD引脚，所述PIN引脚分布在陶瓷环框架外侧，所述PAD引脚分布在陶瓷环框架内侧，PIN引脚和PAD引脚通过引线键合的方式一一对应连接。在腔体、PIN引脚和PAD引脚表面镀覆Ni、Au，顺序是先在腔体、PIN引脚和PAD引脚表面镀上镍层，再在镍层上镀金层，所镀镍层厚度为1.3um-8.9um，所镀金层厚度为1.3um-5.7um。一种背照式雪崩增益型EMCCD的封装方法，包括以下步骤:S2、将半导体制冷器热端通过回流焊固定在腔体内部；S3、将陶瓷环框架使用环氧树脂粘接在腔体上部；S4、将背照式EMCCD芯片使用高导热材料粘接在半导体制冷器冷端；S5、采用引线键合工艺将背照式EMCCD芯片与陶瓷环框架上的进行点连接；S6、使用环氧树脂将光学窗口粘接在陶瓷环框架上表面；S7、使用真空排气装置将腔体内部处理为真空环境，且将真空处理管进行密封处理。进一步的，所述方法还包括步骤S1、确定半导体制冷器、腔体、陶瓷环框架和光学窗口的尺寸和型号，包括：S11、确认背照式EMCCD芯片的设计信息和所需的制冷要求；S12、根据背照式雪崩增益型EMCCD的发热功耗，热辐射，键合引线产生的冷损，选择半导体制冷器的型号和级数；S13、根据半导体制冷器的物理尺寸、背照式雪崩增益型EMCCD距光学窗口的距离确定腔体尺寸，同时，根据散热器安装孔的特征和尺寸确定腔体安装孔的位置；S14、根据背照式雪崩增益型EMCCD芯片焊盘分布特征，确定陶瓷环框架和引脚分布；S15、根据陶瓷环框架外形尺寸确定光学窗口尺寸。本专利技术的有益效果：1.同时考虑制冷TEC器件、光学器件和封装结构三者之间的相互影响，提高设计精度，达到制冷、散热、气密性、可靠性设计的目的。2.通过对传输结构和键合引线的设计优化，减少了无源匹配元件数量。3.本专利技术增加了真空处理管，保持腔体内部真空环境，大大增加了制冷能力。4.本专利技术将制冷器的电引脚和背照式雪崩增益型EMCCD的电引脚进行了物理隔离，避免了电气干扰。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例的一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构的剖视图；图2为本专利技术实施例的一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构；图3为本专利技术实施例的一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构正视图；图4为本专利技术实施例的一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构俯视图；图5为本专利技术实施例的陶瓷环框体结构。图中：2、光学窗口，4、PAD引脚，6、PIN引脚，8、真空处理管，10、陶瓷环框架，12、半导体制冷器，14、半导体制冷器引线，16、安装孔，18、腔体。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1-4所示，一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构，包括：腔体18、半导体制冷器12、陶瓷环框架10、背照式雪崩增益型EMCCD和光学窗口2，所述腔体18呈矩形框体结构，该腔体外侧底部四周设置有4个安装孔16；在腔体内部安装半导体制冷器12，该半导体制冷器12的热端设置有预焊料，半导体制冷器12与腔体18通过回流焊焊接，从而形成稳定的安装体，且半导体制冷器12通过电装的方式完成与腔体18的电连接；半导体制冷器12的冷端通过高导热材料与背照式雪崩增益型EMCCD连接；所述腔体18与陶瓷环框架10通过高可靠性环氧树脂密封连接；所述陶瓷环框架10与光学窗口2通过高可靠性环氧树脂密封连接。所述腔体18呈矩形框体结构，在腔体外侧底部四周设置有4个安装孔16，腔体的安装孔16可以与外部的散热器通过螺钉完成耦合，从而将制冷器热端产生的热量冷却下来。所述腔体的高度等于或略高于半导体制冷器12的高度，所述腔体上沿的形状大小和陶瓷环框架12的边框形状大小一致，以便于将半导体制冷器12完全放入腔体18中。所述腔体18一侧中间位置开有圆形孔，该圆形孔的孔径和真空处理管8的外圆周孔径相一致，以便放入并固定真空处理管8，且腔体18另一侧设置有两个引线通孔，用于半导体制冷器引线14伸出。所述腔体18由金属材料制成，在腔体表面镀覆Ni、Au，镀制顺序是先在腔体表面镀上镍层，再在镍层上镀金层，所镀镍层厚度为1.3-8.9um，所镀金层厚度为1.3-5.7um。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构，包括：腔体、半导体制冷器、陶瓷环框架、背照式雪崩增益型EMCCD和光学窗口，其特征在于，所述腔体呈矩形框体结构，该腔体外侧底部四周设置有4个安装孔；在腔体内部固定半导体制冷器，该半导体制冷器的热端设置有预焊料，半导体制冷器热端与腔体通过回流焊焊接，从而形成稳定的安装体，且半导体制冷器通过电装的方式完成与腔体的电连接；半导体制冷器的冷端通过高导热材料与背照式雪崩增益型EMCCD连接；所述腔体与陶瓷环框架通过高可靠性环氧树脂密封连接；所述陶瓷环框架与光学窗口通过高可靠性环氧树脂密封连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构，包括：腔体、半导体制冷器、陶瓷环框架、背照式雪崩增益型EMCCD和光学窗口，其特征在于，所述腔体呈矩形框体结构，该腔体外侧底部四周设置有4个安装孔；在腔体内部固定半导体制冷器，该半导体制冷器的热端设置有预焊料，半导体制冷器热端与腔体通过回流焊焊接，从而形成稳定的安装体，且半导体制冷器通过电装的方式完成与腔体的电连接；半导体制冷器的冷端通过高导热材料与背照式雪崩增益型EMCCD连接；所述腔体与陶瓷环框架通过高可靠性环氧树脂密封连接；所述陶瓷环框架与光学窗口通过高可靠性环氧树脂密封连接。


2.根据权利要求1所述的一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构，其特征在于，腔体的高度等于或略高于半导体制冷器的高度，腔体上沿的形状大小和陶瓷环框架的边框形状大小一致。


3.根据权利要求1所述的一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构，其特征在于，腔体外部一侧中间位置开有圆形孔，该圆形孔的孔径和真空处理管的外圆周孔径一致，用于放入并固定真空处理管，腔体另一侧设置有引线通孔，用于半导体制冷器的引线伸出，且腔体由金属材料制成。


4.根据权利要求3所述的一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构，其特征在于，所述真空处理管呈圆形管状，由金属材料制成，通过真空处理管为腔体内部提供真空环境，密封真空处理管的圆形孔。


5.根据权利要求1所述的一种背照式雪崩增益型EMCCD制冷封装结构，其特征在于，所述陶瓷环框架上设置有PIN引脚和PAD引脚，所述PIN引脚分布在陶瓷环框架外侧，所述PAD引脚分布在陶瓷环框架内侧，PIN引脚和PAD引脚通过引线键合的方式一一对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：程顺昌，林珑君，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;50