[发明专利]一种具有热应力卸载能力的大型红外焦平面结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型红外焦平面结构形式。

背景技术

随着空间红外遥感器的发展，遥感器的视场不断增大，空间分辨率不断提高。所以，红外探测器的规模也越来越大。但是受限于单片探测器的规模，通常必须将多片探测器进行拼接才能满足使用要求，拼接之后的焦面尺寸较大，目前已经可以达到100～300毫米。

红外焦平面结构如图1(a)、图1(b)所示，红外焦平面器件一般采用碲镉汞光伏阵列与探测器芯片1通过倒装焊接技术互联，再粘到蓝宝石片2上，蓝宝石片2粘接在热膨胀系数较小的过渡基板3上，过渡基板3的材料通常为殷钢，并将以上结构安装在冷板4上，冷板4一般采用导热系数较大的材料，目前常用的为钼铜材料，通过调整钼和铜的组分可以在一定范围内调整钼铜的热膨胀系数。制冷机的冷头5部位与冷板4连接，为其提供冷量，冷头5一般采用导热系数和热容量较大的紫铜。冷头5与制冷机冷指6连接。

红外焦平面一般在低温条件下(55～120K)才能具备最好的探测性能，而探测器的封装和零件的装配是在常温下进行。由于各种材料之间的热膨胀系数不一致，常温降至工作温度的过程中不可避免的产生热应力及变形。对于大型焦平面而言，此问题尤为突出，可能会造成探测器材料的损伤，严重影响了焦平面器件的寿命和可靠性。另外，热变形还可以引起探测器光敏面翘曲，使得探测器不共面，从而影响成像质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种具有热应力卸载能力的大型红外焦平面结构，探测器在低温工作环境下，通过该应力卸载结构，吸收由于层叠材料热膨胀系数不匹配产生的热应力及热变形，有效降低了大型红外焦平面的热应力及热变形，提高了大型红外焦平面器件的可靠性。

本发明所采用的技术方案是：一种具有热应力卸载能力的大型红外焦平面结构，包括探测器芯片、蓝宝石、第一过渡基板、第二过渡基板、冷板、宝石补偿片；探测器芯片安装在蓝宝石上；第一过渡板一侧面为平面，另一侧面中部开有环形槽，蓝宝石粘接在第一过渡基板平面一侧；第二过渡基板一侧面为平面，另一侧面中部有环形凸起结构，凸起结构与第一过渡板上的环形槽对接形成空腔，宝石补偿片安装在空腔内，粘贴在第一过渡基板上；第二过渡基板安装在冷板上。

所述第一过渡基板长边两侧沿厚度边的中线向内开有弧形的卸载环使得第一过渡基板两侧分成上下两层；卸载环弧形边缘开有应力释放槽。

所述第一过渡基板环形槽两侧的平面上各开有一道弧形的应力释放槽。

所述第二过渡基板环形凸起结构两侧的平面上各开有一道弧形的应力释放槽，分别与第一过渡基板环形槽两侧的平面上的应力释放槽对应。

所述第二过渡基板上平面的一侧表面上开有环形的应力释放槽。

所述第一过渡基板和第二过渡基板之间形成的空腔内填充金属橡胶或铜丝棉。

所述第二过渡基板和冷板之间填充铟箔，位于第二过渡基板平面一侧表面上的应力释放槽外围。

所述冷板为钼铜板。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过合理的结构设计，对焦平面热应力进行卸载，有效降低了材料热膨胀系数不一致所导致的热应力，减小了热应力过大引起材料破坏的风险，提高了器件的使用寿命及可靠性。

(2)本发明通过卸载结构吸收材料热不匹配产生的热变形，降低了大型红外焦平面各模块探测器光敏面的翘曲程度，有效保证光敏面之间的共面度，提高了器件的使用性能。

(3)本发明通过合理的材料布局，降低了冷指到探测器芯片的热阻，保证焦面各零部件之间的导热性能和温度均匀性；

(4)本发明在结构中使用金属橡胶或铜丝棉，增加了结构的阻尼特性，可以减小制冷机冷指振动对探测器的影响。

附图说明

图1(a)为现有红外焦平面结构侧视图；

图1(b)为现有红外焦平面结构轴侧图；

图2为本发明的大型红外焦平面结构截面图；

图3为本发明的大型红外焦平面结构爆炸图；

图4为本发明第一过渡基板的结构示意图；

图5为图4中A-A位置的剖视图；

图6为本发明第二过渡基板的结构示意图；

图7为图6中A-A位置的剖视图。

具体实施方式