基于制冷红外探测器陶瓷杜瓦封装外壳结构及制作方法技术

本发明专利技术公开了制冷红外探测器陶瓷杜瓦封装技术领域的一种基于制冷红外探测器陶瓷杜瓦封装外壳结构及制作方法括氧化铝陶瓷和可伐合金，还包括位于所述氧化铝陶瓷表面的应力释放通道、位于氧化铝陶瓷和可伐合金之间的金属过渡片以及位于所述金属过渡片和可伐合金之间的可伐合金圆角结构。在原结构基础上增加了应力释放通道、金属过渡片和可伐合金圆角结构，其中应力释放通道用于解决陶瓷与金属焊接后残余应力释放过大问题；金属过渡片用于解决陶瓷与金属热膨胀系数差异较大问题；可伐合金圆角结构用于解决超低温环境下陶瓷易在拐角处产生裂纹问题。处产生裂纹问题。处产生裂纹问题。

【技术实现步骤摘要】
基于制冷红外探测器陶瓷杜瓦封装外壳结构及制作方法


[0001]本专利技术涉及制冷红外探测器陶瓷杜瓦封装的
，尤其是涉及一种基于制冷红外探测器陶瓷杜瓦封装外壳结构及制作方法，用于降低焊接应力，解决外壳在高低温环境下使用陶瓷开裂问题。

技术介绍

[0002]随着制冷红外探测器成像灵敏度和其分辨率的要求越来越高，对外壳的真空度要求随之增高，良好的真空度可以延长探测器在长期低温的环境下的使用寿命。目前氧化铝陶瓷与可伐合金焊接后，由于陶瓷与可伐合金热膨胀系数差异较大，存在残余应力释放过大，低温环境在陶瓷易在拐角处产生裂纹问题。
[0003]例如CN202956190U 一种封装在杜瓦内的多透镜深低温红外探测器管壳它适用于红外焦平面探测器杜瓦内带多个冷光学元件的深低温管壳封装技术。多透镜深低温红外探测器管壳结构包括探测器芯片、电极引线电路基板、多个透镜、滤光片、支撑管壳、压环式冷屏、芯片及引线硅铝丝等。通过激光定位钻孔、嵌套压环式冷屏、特种合金的整体支撑管壳和侧面微调对位等特殊手段和结构形式实现深低温下带多透镜的管壳高精度封装,能够有效确保低温红外光学的精度要求、降低芯片视场内的背景、杂散光和整个杜瓦的热辐射、有效消除陶瓷烧结管壳对探测器芯片的低温形变应力，同样适用其它辐冷、热电制冷等红外探测器管壳封装结构。
[0004]CN103512667A 一种红外透视成像探测芯片包括：陶瓷外壳、金属支撑与散热板、驱控和透视图像预处理模块、面阵非制冷红外探测器、以及面阵红外折射微透镜,驱控和透视图像预处理模块、面阵非制冷红外探测器、以及面阵红外折射微透镜同轴顺序设置于陶瓷外壳内,陶瓷外壳后部设置于金属支撑与散热板顶部,驱控和透视图像预处理模块设置于陶瓷外壳后部与金属支撑与散热板连接处,面阵非制冷红外探测器设置于驱控和透视图像预处理模块顶部,面阵红外折射微透镜设置于面阵非制冷红外探测器顶部。本专利技术结构紧凑,且具有基于红外波束方向辨识对红外目标进行单芯片透视成像探测、测量精度高、易与常规红外光学系统兼容或耦合、目标和环境适应性好的特点。
[0005]现有的结构一般通过改进陶瓷配方增加陶瓷强度或者选择合适的金属零件减少焊接应力来解决。存在的问题主要有1、陶瓷研制周期长；2、陶瓷自身有一定离散度；3、不能兼顾高低温使用环境，易导致器件失效。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的问题是由于红外探测器使用陶瓷外壳特殊的大尺寸异型结构，陶瓷侧壁与可伐合金焊接后残余应力存在集中释放点，长期可靠性差，陶瓷易产生裂纹的缺陷，为解决上述问题，提供一种基于制冷红外探测器陶瓷杜瓦封装外壳结构及制作方法，通过应力释放通道用于解决陶瓷与金属焊接后残余应力释放过大问题；通过金属过渡片用于解决陶瓷与金属热膨胀系数差异较大问题；通过可伐合金圆角设计用于解决超低温环境
下陶瓷易在拐角处产生裂纹问题。
[0007]本专利技术提供基于制冷红外探测器陶瓷杜瓦封装外壳结构及制作方法，括氧化铝陶瓷和可伐合金，还包括位于所述氧化铝陶瓷表面的应力释放通道、位于氧化铝陶瓷和可伐合金之间的金属过渡片以及位于所述金属过渡片和可伐合金之间的可伐合金圆角结构。
[0008]在原结构基础上增加了应力释放通道、金属过渡片和可伐合金圆角结构，其中应力释放通道用于解决陶瓷与金属焊接后残余应力释放过大问题；金属过渡片用于解决陶瓷与金属热膨胀系数差异较大问题；可伐合金圆角结构用于解决超低温环境下陶瓷易在拐角处产生裂纹问题。
[0009]可选的，所述应力释放通道为矩形结构的封闭实体，采用多层陶瓷金属化印刷工艺制成，所述应力释放通道的正反面宽度为0.8～1.4mm，长度为8～10mm，侧面宽度为0.3～0.8mm，长度为2～2.5mm；所述金属过渡片的厚度为0.8～1.2mm，面积与所述应力释放通道内金属化图形相同，所述可伐合金圆角结构的圆角直径大小为0.1～0.3mm。
[0010]可选的，基于制冷红外探测器陶瓷杜瓦封装外壳结构的制作方法包括以下步骤：S1：氧化铝陶瓷及应力释放通道的制备：先将单张生瓷带采用包含生瓷带流延、取料、打孔、填孔及打平工序的多层陶瓷工艺制备，在正面及背面采用印刷工艺制备应力释放区域的图形，内部图形通过内埋金属化图形实现电路连接，然后采用等静压工艺将多层生瓷带成型，生切成单个生瓷片，使用专用模具固定，进行侧面金属化图形印刷，在80℃烘箱20min烘干后完成侧面应力释放区域制备，采用高温共烧法制备熟瓷件，化学镀镍后待用；S2：可伐合金及可伐合金圆角结构的制备：所述可伐合金采用铁镍合金为原材料，在与金属过渡片接触的部分采用导圆角设计，采用线切割方式制备，通过清洗、退火工序保证表面光洁可焊性良好，电镀镍后待用；S3：金属过渡片的制备：采用紫外或者红外激光切割方式制备，清洗、退火保证表面光洁可焊性良好，电镀镍后待用；S4：装架钎焊一：利用石墨模具将含有应力释放通道的氧化铝陶瓷与金属过渡片装配在一起，连接位置放入银铜焊料，将装配好的模具放入带有氢气气氛的高温钎焊炉中，此时氧化铝陶瓷与金属过渡片焊接成半成品；S5：装架钎焊二：利用石墨模具将S4中焊接成的半成品与可伐合金装配在一起，接连位置放入银铜焊料，然后放入带有氢气气氛的高温钎焊炉中，此时形成管壳半成品；S6：电镀：通过S5形成的管壳半成品，采用电镀工艺在表面镀覆上镍层及金层。
[0011]可选的，在S1中，所述应力释放区域正面、背面及侧面金属化图形采用丝网印刷工艺，感光膜厚度控制为（15～35）μm，开口率（30～60）%，通过控制浆料粘度在（100～300）KCP，印刷速度参数设置在（1～10）inches/sec，刮刀高度参数为（50～150）μm、离网间距参数为（50～90）μm，金属化浆料厚度控制为（10～50）μm。
[0012]可选的，在S1中，所述多层生瓷带成型采用等静压工艺在（60～85）℃，（400～700）Kps条件下保温（20～40）min实现上下层结合；采用热切工艺，台温设置在（40～70）℃，刀温设置在（50～80）℃，刀速设置在（1～3）mm/s，深度设置在（100～400）μm；将制作完成的生瓷片在最高烧结温度为（1500～1700）℃，有一定量H2O的氮氢混合气氛的特定范围下进行烧结。
[0013]可选的，在S3中，所述金属过渡片的制备选择输出功率为（20～100）W，光斑直径为
（0.01～0.06）mm的红外或紫外激光器；设置脉宽为(150～250)ms，重复频率为(30～80)kHz，切割次数为(20～50)n，加工速度为(50～200)mm/s。
[0014]可选的，在S4和S5中，采用阻挡焊料流淌的封接框，控制银铜焊料用量，调整焊接高温区在（790～820）℃。
[0015]可选的，在S6中，所述电镀工艺将将待镀管壳半成品在60℃，50g/L碱性除油剂中除油（5～10）min，清洗（1～2）min，然后在含氢氧化钠、OP乳化剂及偏磷酸三钠的溶液，55℃清洗（1～2）min；将镀镍槽温度控制在（29～35）℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于制冷红外探测器陶瓷杜瓦封装外壳结构，包括氧化铝陶瓷（1）和可伐合金（4），其特征在于：还包括位于所述氧化铝陶瓷（1）表面的应力释放通道（2）、位于氧化铝陶瓷（1）和可伐合金（4）之间的金属过渡片（3）以及位于所述金属过渡片（3）和可伐合金（4）之间的可伐合金圆角结构（5）。2.根据权利要求1所述的基于制冷红外探测器陶瓷杜瓦封装外壳结构，其特征在于：所述应力释放通道（2）为矩形结构的封闭实体，采用多层陶瓷金属化印刷工艺制成，所述应力释放通道（2）的正反面宽度为0.8～1.4mm，长度为8～10mm，侧面宽度为0.3～0.8mm，长度为2～2.5mm；所述金属过渡片（3）的厚度为0.8～1.2mm，面积与所述应力释放通道（2）内金属化图形相同，所述可伐合金圆角结构（5）的圆角直径大小为0.1～0.3mm。3.如权利要求1～2中任意一项所述的基于制冷红外探测器陶瓷杜瓦封装外壳结构的制作方法，其特征在于：所述制作方法包括以下步骤：S1：氧化铝陶瓷（1）及应力释放通道（2）的制备：先将单张生瓷带采用包含生瓷带流延、取料、打孔、填孔及打平工序的多层陶瓷工艺制备，在正面及背面采用印刷工艺制备应力释放区域的图形，内部图形通过内埋金属化图形实现电路连接，然后采用等静压工艺将多层生瓷带成型，生切成单个生瓷片，使用专用模具固定，进行侧面金属化图形印刷，在80℃烘箱20min烘干后完成侧面应力释放区域制备，采用高温共烧法制备熟瓷件，化学镀镍后待用；S2：可伐合金（4）及可伐合金圆角结构（5）的制备：所述可伐合金（4）采用铁镍合金为原材料，在与金属过渡片（3）接触的部分采用导圆角设计，采用线切割方式制备，通过清洗、退火工序保证表面光洁可焊性良好，电镀镍后待用；S3：金属过渡片（3）的制备：采用紫外或者红外激光切割方式制备，清洗、退火保证表面光洁可焊性良好，电镀镍后待用；S4：装架钎焊一：利用石墨模具将含有应力释放通道（2）的氧化铝陶瓷（1）与金属过渡片（3）装配在一起，连接位置放入银铜焊料，将装配好的模具放入带有氢气气氛的高温钎焊炉中，此时氧化铝陶瓷（1）与金属过渡片（3）焊接成半成品；S5：装架钎焊二：利用石墨模具将S4中焊接成的半成品与可伐合金（4）装配在一起，接连位置放入银铜焊料，然后放入带有氢气气氛的高温钎焊炉中，此时形成管壳半成品；S6：电镀：通过S5形成的管壳半成品，采用电镀工艺在表面镀覆上镍层及...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫仲，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：