与低温光机冷箱共腔的红外探测器封装结构及实现方法技术

本发明专利技术公开了一种与低温光机冷箱共腔的红外探测器封装结构及实现方法，本发明专利技术通过设计特定结构和引入相应的处理方法，有效降低红外探测器制冷组件的噪声，让低温封装的红外探测器模块可实现快速更换，使得红外探测器制冷组件具有性能测试评价所需要的真空环境，同时提供与低温光机冷箱的多自由度柔性装配气密集成方法。本发明专利技术解决红外探测器组件与低温光机冷箱共腔后光学配准的多自由度柔性调节，红外探测器组件的低热负载、产品安全性、低噪声的问题，同时解决探测器组件研制过程中的探测器测试和安全防护问题。本发明专利技术适用于中、长波红外高光谱成像技术用探测器的封装，也适用于其他低温光机系统的光电元件的气密封装。其他低温光机系统的光电元件的气密封装。其他低温光机系统的光电元件的气密封装。

【技术实现步骤摘要】
与低温光机冷箱共腔的红外探测器封装结构及实现方法


[0001]本专利技术涉及红外探测器低温封装技术，具体指一种与低温光机冷箱共腔的红外探测器封装结构及实现方法，它适用于中、长波红外高光谱成像技术用探测器的封装，也适用于其他低温光机系统的光电元件的气密封装。

技术介绍

[0002]高光谱成像技术是集成像与光谱于一体，以纳米级高光谱分辨率，在获取目标二维空间图像信息的同时，同步获取目标的连续精细光谱信息，使空间遥感的探测能力大为提高。而相较于可见、近红外、短波红外，中长波红外(5.0μm～15μm)高光谱成像技术具有独特的优势，光谱覆盖范围达到了近万纳米，能够获取目标自身的热辐射精细光谱信息，不仅可以有效地识别地物的成分，还可以有效的区分地物的构造特征，获取地物的温度及发射率等参数信息，可广泛应用于陆地、大气、海洋等观测中。中长波红外高光谱成像仪关键技术在于对背景辐射的抑制，国外几种背景抑制方式包括制冷型渐变滤光片、全光路低温制冷、光谱仪部件低温制冷。国内目前大多采用的是光谱仪部件在真空冷箱内低温制冷，中长波红外探测器制冷组件与真空冷箱共腔来抑制背景辐射。
[0003]中国专利202110514169.9“一种用于中长波红外高光谱遥感器背景辐射抑制的装置”是将三个光谱仪组件集成在一个冷箱内，采用两台制冷制冷机对三个光谱仪进行制冷，探测器制冷组件获取相应的得到背景辐射抑制的目标探测信息。探测器制冷组件如何与冷箱集成未见描述。中国专利201510295754.9“一种实用型热红外高光谱成像仪载荷系统”和中国专利201910618722.6“基于SiC颗粒增强铝基复合材料真空冷箱的低温光机系统”中所述红外探测器制冷组件为集成曲柄连杆斯特林制冷机，对320
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256碲镉汞制冷，通过探测器制冷组件前端外壳上焊接不锈钢波纹管SUS316L和真空冷箱之间密封形成共腔，在真空冷箱内部真空低温、外部常温常压状态。在探测器光敏面之前设计有一冷屏及一低温滤光片，用于抑制探测器的在热红外谱段以外的响应。专利中描述的探测器杜瓦组件是从杜瓦引线环位置焊接波纹管，杜瓦组件没有窗口及其支撑外壳。存在如下不足：1)杜瓦内引线为键合金属裸丝，杜瓦组件没有窗口及其支撑外壳，在红外探测器杜瓦组件与冷箱集成光学装配时，杜瓦内引线容易损伤；2)杜瓦组件的外联引线是先焊金属导线，然后再气密焊接波纹管，其导致探测器信号线降噪处理效果不佳；3)杜瓦组件的外联引线是焊金属导线，然后在引线外再气密焊接波纹管，导致组件的可维修性降低；4)探测器组件的规模扩大，尤其外引线数较多时，在杜瓦的引线环外和波纹管狭小的空间内焊接外导线变得更加困难。另外随着用于低温光机冷箱系统的中长波红外探测器制冷组件规模的增加，上述问题会更加明显，必须要探索一种新方法来解决这一问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的提供一种与低温光机冷箱共腔的红外探测器封装结构及实现方法，解决红外探测器组件与低温光机冷箱共腔后光学配准的多自由度柔性调节，红外探测器组
件的低热负载、产品安全性、低噪声的问题，同时解决探测器组件研制过程中的探测器测试和安全防护问题。它适用于中、长波红外高光谱成像技术用探测器的封装，也适用于其他低温光机系统的光电元件的气密封装。
[0005]本专利技术的一种与低温光机冷箱共腔的红外探测器封装结构如附图1所示由冷平台1、芯柱2、外壳3、接插件组4、可三维调节的柔性波纹管5、波纹管支撑环6、冷箱安装法兰7、探测器8、拼接基板9、低漏热带线10、陶瓷电极板11、低温电容12、带滤光片的冷屏13、测试用窗口工装14组成。冷平台通过真空钎焊在芯柱2上，在通过激光焊接将外壳3与芯柱2下端面连接。接插件组4由杜瓦外插头401、接插座402和杜瓦内插头403组成。接插件组4的接插座402通过激光焊接在外壳3对应的位置。可三维调节的柔性波纹管5下端与外壳3连接，可三维调节的柔性波纹管5的上端冷箱安装法兰7连接。为了确保可三维调节的柔性波纹管5在杜瓦组装过程中有一定刚度，在外壳3和冷箱安装法兰之间安装波纹管支撑环6。波纹管支撑环6为整体加工后切割成左右两半。探测器8按一定位置关系胶接在拼接基板9上。陶瓷电极板11按一定位置，在探测器8的电极引出方向上胶接在拼接基板9上。在陶瓷电极板11上预留的位置安装低温电容12。低漏热带线10的低温端通过压块安装拼接基板9上。低漏热带线10的室温端通过焊盘焊接在接插件组的杜瓦内插头403上。将带有滤光片的冷屏13安装在拼接基板9上。将测试用窗口工装14安装在冷箱安装法兰7上使得红外探测器组件形成一个封闭的环境以提供探测器性能测试的真空环境。
[0006]所述的与低温光机冷箱共腔的红外探测器封装结构如图2所示，通过低温电容实现降低探测器的噪声功能，其实现方法如下为：(1)在离探测器8最近的位置安装了陶瓷电极板11；(2)陶瓷电极板11为95瓷，采用多层布线。通过过孔将探测器的部分引线和探测器地线，引到陶瓷最上层对应的位置形成两组电极焊盘，以便于安装低温电容12；(3)两组电极焊盘分别安装两类规格低温电容12并联使用，分别实现对低频和高频的去耦；(3)每组电极焊盘组内安装低温电容12为同规格2个串联，避免对探测器的损伤；
[0007]所述的与低温光机冷箱共腔的红外探测器封装结构如图1所示，低温封装探测器模块可实现可快速更换功能，其实现方法为：(1)探测器8、带有低温电容12的陶瓷电极板11按一定位置关系胶接在拼接基板9上；通过引线实现探测器8与陶瓷电极板11电联；(2)低漏热带线10的低温端通过压块固定安装在拼接基板9上，然后实现低漏热带线10的低温端与陶瓷电极板11电联；(3)低漏热带线10室温端焊接在接插件组的杜瓦内插头403；此时接插件组的杜瓦内插头403未连接上接插件组的接插座402上；(4)将带有探测器8、陶瓷电极板11、低温电容12、低漏热带线10和接插件组的杜瓦内插头403的拼接基板9通过拼接基板上的沉头光孔和螺钉固定在冷平台上；(5)将接插件组的杜瓦内插头403与接插件组的接插座402通过加固螺钉连接，杜瓦外的电子学系统的电路通过接插件组的杜瓦外插头401与接插件组的接插座402通过加固螺钉连接。
[0008]所述的与低温光机冷箱共腔的红外探测器封装结构如图1所示，通过波纹管支撑环6和测试用窗口工装14的装配完成红外探测器组件性能测试所需要的真空环境，其实现方法为：(1)冷平台1、芯柱2、外壳3、接插件组4、可三维调节的柔性波纹管5和冷箱安装法兰7连接。为了确保可三维调节的柔性波纹管5在杜瓦组装过程中有一定刚度，在外壳3和冷箱安装法兰7之间安装波纹管支撑环6。这样确保在组件形成真空腔体时，不会由于真空背压导致外壳3和冷箱安装法兰7之间距离带来变化；(2)测试用窗口工装14由测试用窗口工装
的窗口帽1401、测试用窗口工装的窗口1402、测试用窗口工装的窗口排气管1403和测试用窗口工装的旋转压块1404组成，测试用窗口工装的窗口排气管1403通过真空钎焊焊接在测试用窗口工装的窗口帽1401上，测试用窗口工装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种与低温光机冷箱共腔的红外探测器封装结构，包括冷平台(1)、芯柱(2)、外壳(3)、接插件组(4)、可三维调节的柔性波纹管(5)、波纹管支撑环(6)、冷箱安装法兰(7)、探测器(8)、拼接基板(9)、低漏热带线(10)、陶瓷电极板(11)、低温电容(12)、带滤光片的冷屏(13)、测试用窗口工装(14)；其特征在于：所述的冷平台(1)真空钎焊在芯柱(2)上，通过激光或氩弧焊接将外壳(3)与芯柱(2)下端面连接，接插件组(4)的接插座(402)通过激光或氩弧焊焊接在外壳(3)对应的位置；可三维调节的柔性波纹管(5)下端与外壳(3)连接，可三维调节的柔性波纹管(5)的上端冷箱安装法兰(7)连接；在外壳(3)和冷箱安装法兰之间安装波纹管支撑环(6)；探测器(8)按一定位置关系胶接在拼接基板(9)上，在离探测器(8)最近的低温位置安装了陶瓷电极板(11)；陶瓷电极板(11)采用多层布线，通过过孔将探测器的部分引线和探测器地线引到陶瓷最上层对应的位置形成两组电极焊盘，以便于安装低温电容(12)；两组焊盘分别选用两类规格低温电容(12)并联使用，分别实现对低频和高频的去耦，以降低探测器噪声；在每组内采用同规格低温电容(12)2个串联，以保护探测器；低漏热带线(10)的低温端通过压块安装拼接基板(9)上；为实现探测器模块可快速更换功能，将探测器(8)、带有低温电容(12)的陶瓷电极板(11)按一定位置关系胶接在拼接基板(9)上，通过引线实现探测器(8)与陶瓷电极板(11)电联；低漏热带线(10)的低温端通过压块固定安装在拼接基板(9)上，然后实现低漏热带线(10)的低温端与陶瓷电极板(11)电联；低漏热带线(10)室温端焊接在接插件组(4)的杜瓦内插头(403)；将带有探测器(8)、陶瓷电极板(11)、低温电容(12)、低漏热带线(10)和接插件组(4)的杜瓦内插头(403)的拼接基板(9)通过拼接基板(9)上的沉头光孔和螺钉固定在冷平台(1)上；将接插件组(4)的杜瓦内插头(403)与接插件组的接插座(402)通过加固螺钉连接，杜瓦外的电子学系统的电路通过接插件组(4)的杜瓦外插头(401)与接插件组(4)的接插座(402)通过加固螺钉连接；将带有滤光片的冷屏(13)安装在拼接基板(9)上，将测试用窗口工装(14)安装在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小坤，罗少博，陈俊林，郝振贻，赵振力，曾智江，李雪，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
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