[发明专利]一种集成陶瓷冷平台的封装结构和实现方法

说明书

本发明公开了一种集成陶瓷冷平台的封装结构和实现方法，封装结构包括探测器模块、陶瓷冷平台、金属过渡环、芯柱等部件，其特征在于：所述的陶瓷冷平台的上表面安装有探测器模块，下表面气密集成有金属过渡环，金属过渡环与芯柱气密同心连接。在杜瓦芯柱上通过钎焊和激光焊相结合的方法集成有陶瓷冷平台，陶瓷冷平台上表面通过环氧胶安装有探测器模块。该结构中，陶瓷冷平台材料为高导热低膨胀的碳化硅、氮化硅或氮化铝材料，由于碳化硅、氮化硅或氮化铝材料与集成电路用的硅材料低温热匹配，可省去大规模焦平面探测器封装时采用的平衡层结构，结构简洁、制冷机冷量利用率高、温度均匀性好，尤其适用于大规模面阵探测器深低温封装的场合。

技术领域

本发明涉及一种集成陶瓷冷平台的封装结构和实现方法，应用于杜瓦封装，尤其适用于大规模面阵探测器深低温封装的场合。

背景技术

制冷型红外探测器技术在空间天文、对地观测、资源环境等领域有着广泛的应用，随着系统应用对空间分辨率、光谱分辨率等要求的不断提高，面阵探测器的规模在不断扩大，640×512，1K×1K产品已经成熟，国际上先进生产商已经推出4K×4K的产品，随着探测器规模的扩大，为了实现与硅集成电路的低温热匹配，碳化硅等新型陶瓷材料已开始应用于探测器封装基板；另一方面，由于集成度的提高，系统对组件功耗、轻量化等指标也提出了越来越严格的指标，发展高集成度、高可靠、低功耗、轻量化杜瓦封装已成为发展趋势。

发明内容

本发明目的在于提供一种集成陶瓷冷平台的封装结构和实现方法，提出去掉传统杜瓦中的金属冷平台，利用钎焊和高能束焊相结合的方法将陶瓷冷平台直接集成在杜瓦芯柱上，为新型高集成度杜瓦制备提供新的途径。

本发明中出现的“上表面”、“下表面”等方位用词，均为表达方便使用，任何按本发明思路进行的连接关系叙述均属本发明的保护范围。

一种集成陶瓷冷平台的封装结构，包括1探测器模块、2陶瓷冷平台、3金属过渡环、4芯柱。所述的2陶瓷冷平台的上表面安装有1探测器模块，下表面气密集成有3金属过渡环，3金属过渡环与4芯柱气密同心连接。

所述的2陶瓷冷平台材料为碳化硅、氮化硅或氮化铝，该材料热导率高且低温膨胀系数与硅材料匹配。

所述的4芯柱材料为低热导率高强度的钛合金或不锈钢。

所述的3金属过渡环采用膨胀系数与2陶瓷冷平台材料相近，且与4芯柱材料冶金相容性好的金属材料制成；3金属过渡环与2陶瓷冷平台的焊接面内侧设有3-1焊料倒角，用于储存溢出焊料。

一种集成陶瓷冷平台的实现方法，实现步骤如下：

①试样表面清理：将2陶瓷冷平台、3金属过渡环、4芯柱除油、酸洗、酒精清洗处理；

②钎焊连接：选用银基钎料夹装在2陶瓷冷平台和3金属过渡环中间，通过真空钎焊连接固定。

③钎焊检漏：对钎焊焊缝进行检查并检漏

④高能束焊接：3金属过渡环与4芯柱同心装配后，利用激光圆周焊或电子束圆周焊连接固定。

⑤高能束焊检漏：对高能束缝进行检查并检漏。

⑥探测器模块通过环氧胶粘结到(2)陶瓷冷平台上表面。

本发明的一种集成陶瓷冷平台的封装结构和实现方法最主要的特点是结构中不再采用金属冷平台，而采用新型低膨胀高导热陶瓷冷平台，但由于杜瓦芯柱都是金属材料，需考虑冷平台与芯柱的气密性连接。本发明提出在陶瓷背面设置金属过渡环，通过真空钎焊实现陶瓷材料与金属过渡环的异种连接，再将金属过渡环与金属芯柱高能束焊连接，解决了工艺兼容问题。本发明结构的优点主要有两个：由于不再需要金属冷平台和平衡层结构，装配结构更简单，陶瓷材料自身密度小，有利于杜瓦轻量化和冷平台可靠性；二是该结构中传热界面大大减少，有利于提高制冷机冷量利用率，另外陶瓷材料的热导率很高，也有利于保证冷平台的温度均匀性。