用于红外探测器大面阵拼接的三维柔性基板结构制造技术

本专利公开了一种用于红外探测器大面阵拼接的三维柔性基板结构，它由探测器模块、拼接基板、界面导热材料、独立柔性冷链、紧固螺钉、异形冷头组成。异形冷头为外界冷源输入点，探测器模块为发热源。采用独立柔性冷链连接拼接基板和异形冷头，形成三维柔性基板结构，消除拼接基板在各个方向上的安装及冷缩应力。同时每个探测器模块下方对应一个独立柔性冷链，探测器模块产生的热量直接纵向导入异形冷头，保证探测器高温度均匀性。本专利的优点在于：1、异形冷头与独立柔性冷链通过界面导热材料进行低界面热阻安装，能简便的获得复杂三维柔性结构。2、调整异形冷头形状，可在各种探测器排列方式及规模的大面阵拼接红外探测器中应用。

【技术实现步骤摘要】
用于红外探测器大面阵拼接的三维柔性基板结构
本专利属于红外探测器低温封装领域，具体为用于红外探测器大面阵拼接的三维柔性基板结构。所述的结构适用于四个及以上的面阵探测器模块拼接而成的红外探测器。
技术介绍
航天遥感用红外探测器正由单元、线列器件向面阵、大面阵拼接探测器发展。大面阵拼接红外探测器低温封装，是红外探测器低温封装研究的新方向。由于探测波段可调，碲镉汞外探测器探测器应用十分广泛，能与其晶格匹配的砷化镓及碲锌镉衬底应用也十分成熟，砷化镓及碲锌镉衬底的线膨胀系数与柯伐材料相近，因此红外探测器封装领域普遍采用柯伐材料制作砷化镓基探测器基板。柯伐材料虽具有高强度和良好的加工性能，但导热性能差，使得需要在低温工作的红外探测器，尤其是大面阵拼接红外探测器探测器的温度均匀性难以保证，因此基板的冷链耦合传热结构需要合理的设计。中国专利CN104596647B一种用于红外焦平面杜瓦的局部弹性冷链，有一段冷链被设计成“S”形，并切割成薄片，形成局部柔性；以及中国专利CN104748859A超长线列探测器与单点冷源的热耦合结构及实现方法，采用“树状”低温柔性冷链实现超长线列结构的热耦合，每个支路被分割为多片薄片。两种结构都是由线切割整块无氧铜或者纯铝获得，具有二维柔性，均适用于超长线列探测器拼接基板的安装及低温应力释放，但是红外探测器大面阵拼接基板结构需要三维柔性，需要一种新方法来解决这一问题。
技术实现思路
本专利提供一种用于红外探测器大面阵拼接的三维柔性基板结构，以解决大面阵拼接探测器温度均匀性、安装及低温应力的问题。本专利的用于红外探测器大面阵拼接的三维柔性基板结构如图1所示，该结构包含探测器模块1、拼接基板2、界面导热材料3、独立柔性冷链4、紧固螺钉5、异形冷头6。异形冷头6为外界冷源输入点，探测器模块1为发热源。大面阵拼接的红外探测器由四个及以上的面阵探测器模块拼接而成，拼接后形成规模为4K×4K及以上的大面阵红外探测器。探测器模块1使用低温用胶水贴装在拼接基板2上，拼接基板2为膨胀系数与探测器衬底相近的材料。独立柔性冷链4采用S形柔性设计，除螺接位置外，被线切割成4-6片的薄片结构。独立柔性冷链4用来连接拼接基板2和异形冷头6，每个探测器模块1对应一条独立柔性冷链4。独立柔性冷链4采用紧固螺钉5分别与拼接基板2和异形冷头6连接，连接接触面之间均垫有界面导热材料3。探测器模块1的热量通过独立柔性冷链4导入作为外界冷源输入点的异形冷头6，区别于长线列探测器的二维柔性拼接结构，独立柔性冷链4安装在异形冷头6上形成复杂的三维柔性结构，消除拼接基板1在各个方向上的安装应力及冷缩应力。本专利的优点在于：1、异形冷头与独立柔性冷链采用低界面热阻安装后，能简便的获得复杂三维柔性结构。2、调整异形冷头形状，可在各种红外探测器排列方式及规模的大面阵拼接红外探测器中应用。3、螺钉安装与线切割获得独立柔性冷链的方式结构稳固，能够满足遥感红外探测器的环境适应性要求。附图说明图1为用于红外探测器大面阵拼接的三维柔性基板结构图；1-探测器模块2-拼接基板3-界面导热材料4-独立柔性冷链5-紧固螺钉6-异形冷头图2为异形冷头与独立柔性冷链安装结构图；601-外部冷源输入面602-独立柔性冷链安装面图3为独立柔性冷链结构图；401-拼接基板安装面402-异形冷头安装面403-线切割获得的薄片结构具体实施方式为使本专利的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利的具体实施方式做详细的说明。本专利的用于红外探测器大面阵拼接的三维柔性基板结构如图1所示，它主要的实施方法如下：在拼接基板2上，拼接五个探测器模块1。探测器模块1的基底为砷化镓或碲锌镉等热膨胀系数与碲镉汞匹配的材料，其中有四块的规模为2K×2K像元，另一块规模为1K×1K像元。探测器模块1使用低温用环氧胶固定在拼接基板2上，拼接基板2为柯伐材料。共有五条独立柔性冷链4用来连接拼接基板2和异形冷头6，每个探测器模块1对应一条独立柔性冷链4。独立柔性冷链4为高热导的无氧铜材料，采用S形柔性设计，除螺接位置外的S形部位被线切割成五片厚度为0.25mm的薄片结构403。拼接基板2与单个独立柔性冷链4之间采用两个紧固螺钉5连接，401为冷链的拼接基板安装面，两个安装接触面之间垫有软金属铟作为界面导热材料3。异形冷头6为高热导的无氧铜或者纯铝材料，外部冷源输入面601可以与制冷机冷指或者液氮漏斗耦合，使异形冷头6成为外界冷源输入点；此外还有五个独立柔性冷链安装面602，对应五个独立柔性冷链4，每个独立柔性冷链4与异形冷头6之间采用两个紧固螺钉5连接，安装接触面之间垫有软金属铟作为界面导热材料3。此用于大面阵拼接的三位柔性基板结构装配时，先将五个独立柔性冷链4安装在异形冷头6上形成如图2所示三维柔性结构；再倒扣贴装好探测器模块1的拼接基板2，将组装完成的三维柔性结构安装在拼接基板2背面，形成用于大面阵拼接的三维柔性基板结构。以上就完成了用于红外探测器大面阵拼接的三维柔性基板结构的实施。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于红外探测器大面阵拼接的三维柔性基板结构，包含探测器模块(1)、拼接基板(2)、界面导热材料(3)、独立柔性冷链(4)、紧固螺钉(5)、异形冷头(6)，其特征在于：/n所述的独立柔性冷链(4)采用S形柔性设计，其柔性部位被线切割成薄片结构，独立柔性冷链(4)采用紧固螺钉(5)将拼接基板(2)与异形冷头(6)连接，每个探测器模块(1)下方对应一个独立柔性冷链(4)，探测器模块(1)产生的热量直接纵向导入异形冷头(6)；独立柔性冷链(4)与异形冷头(6)均为高导热材料，且接触面之间垫有界面导热材料(3)，组合后形成一个高导热的三维柔性结构，消除拼接基板(2)在各个方向上的安装应力及冷缩应力。/n

【技术特征摘要】
20190311 CN 20191017851911.一种用于红外探测器大面阵拼接的三维柔性基板结构，包含探测器模块(1)、拼接基板(2)、界面导热材料(3)、独立柔性冷链(4)、紧固螺钉(5)、异形冷头(6)，其特征在于：
所述的独立柔性冷链(4)采用S形柔性设计，其柔性部位被线切割成薄片结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：范崔，范广宇，曾智江，李雪，王小坤，莫德锋，孙闻，徐勤飞，李俊，
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