[实用新型]一种热电制冷的超长线列InGaAs探测器封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电探测器的封装结构，特别涉及一种热电制冷的超长线列InGaAs探测器封装结构，它用于在均匀温度下稳定温度点工作的4000元以上的超长线列能保持密封的InGaAs探测器的封装。 

背景技术

短波红外（1μm～3μm）谱段可以提供多样的图像和光谱信息，所以在航空航天、医学成像、产业测温、安全防范等民用领域和精确武器制导、红外报警与识别、侦察与监视等军事领域有广泛的应用。铟镓砷（InGaAs）是制备该波段红外探测器的主要材料之一，研制出的焦平面探测器已经投入使用，在空间应用中多以线列和面阵焦平面为主，近些年来宽视场扫描技术的发展要求探测器的线列规模逐步增加。欧洲空间局（ESA）的环境卫星（ENVISAT）上的大气制图扫描成像吸收光谱仪（SCIAMACHY）采用了1024×1元InGaAs短波红外扫描焦平面。法国的SPOT4和SPOT5卫星上则采用了3000元InGaAs短波红外扫描焦平面，其新一代卫星PROBA-V上也将采用3000×1的InGaAs短波红外焦平面。 

综合器件工艺、成品率、性能及可靠性等各方面因素考虑，超长线列的焦平面通常采用小规模的线列通过精密对位拼接完成。除此之外温度均匀性、结构的力学性能、横向、纵向拼接精度都将影响组件的使用，是设计之初就需要考虑的。 

在实际应用中，为解决以上问题，本发明提出了一种新的封装结构，该结 构可以实现大面积温度均匀性，横向、纵向拼接精度，同时可以方便拆卸以更换探测器或零部件。 

发明内容

本发明的目的是提供一种大面积温度均匀性的封装结构，该结构有效解决了以下几个问题：第一，结构中采用多个热电制冷器串联实现大面积冷面，热电制冷器个数取决于探测器的规模，可以方便实现大面积冷面。第二，多个热电制冷器、金属导冷板安装通过连接螺杆、导热膜及绝热块实现。可以方便实现纵向精度控制；更好实现温度传递，控制芯片安装面温度均匀性。第三，电极板采用陶瓷材料制备而成，可以方便实现多个芯片高密度引线。第四，结构中采用发黑光阑，方便控制视场角和有效抑制杂光。 

本发明封装结构如图1所示。包括管壳1、绝热块2、导冷板3、导热膜4、电极板5、管帽6、光阑7、芯片8、窗口9、热电制冷器10和微型螺栓11。 

所述的管壳1选用低膨胀系数的合金金属柯伐加工，上面加工4个对称分布的通孔101；导热面103加工N+1对凸台104，均匀分布于热电制冷器安装位置两侧；凸台104加工3个圆周均布的螺纹孔106，管壳上加工光阑定位台阶105，其中N=INT（L/60），L为探测器光敏元长度，单位为mm。 

所述的绝热块2采用绝热性好的材料聚甲醛加工，上面制作3个在圆周上均布的通孔201和中心制作1个螺纹孔202。 

所述的导冷板3采用导热系数很高的材料铝碳化硅加工，导冷板上加工沉头孔302N+1对，导冷板表面做磨平、抛光处理。 

所述的导热膜4选用热导率较高的碳纳米导热膜加工，实现温度传递，同时方便纵向精度控制。 

所述的陶瓷电极板5采用陶瓷材料选用薄膜或厚膜工艺制作多层布线形 成，根据芯片结构和封装结构的要求确定内电极501与外电极502的连接关系，电极间芯片安装区域503不得有裸露的走线。 

所述的管帽6选用低膨胀系数的合金金属柯伐。在下表面602上蚀刻出单边为2mm的图形，在上表面601上钎焊加厚板，管帽6中间开孔，作为探测器的通光区，管帽表面金属化。 

所述的光阑7选用低膨胀系数的合金金属柯伐，根据系统视场角要求确定开孔，同时，表面发黑处理，大大减少杂散光。 

所述的芯片8为短波红外InGaAs焦平面模块。 

所述的窗口（9）选用融石英加工的基片，在基片上采用蒸发或溅射工艺镀增透膜完成长线列探测器工作波段所需的窗口，窗口底面边缘及侧面金属化处理。 

所述的热电制冷器10间的交流阻抗差值为0.01Ω，最大限度降低热电制冷器间的制冷差；高度差值为0.01mm，减少安装带来的不平整。 

本发明的技术方案如下：