[實用新型]一種熱電制冷的超長線列InGaAs探測器封裝結構

有效

• 申請號: 201320623900.2
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN203631552U
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 徐勤飛;劉大福;莫德鋒;楊力怡;唐恒敬;李雪
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L31/0203;H01L31/024
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及一種光電探測器的封裝結構，特別涉及一種熱電制冷的超長線列InGaAs探測器封裝結構，它用于在均勻溫度下穩定溫度點工作的4000元以上的超長線列能保持密封的InGaAs探測器的封裝。?

背景技術

短波紅外（1μm～3μm）譜段可以提供多樣的圖像和光譜信息，所以在航空航天、醫學成像、產業測溫、安全防范等民用領域和精確武器制導、紅外報警與識別、偵察與監視等軍事領域有廣泛的應用。銦鎵砷（InGaAs）是制備該波段紅外探測器的主要材料之一，研制出的焦平面探測器已經投入使用，在空間應用中多以線列和面陣焦平面為主，近些年來寬視場掃描技術的發展要求探測器的線列規模逐步增加。歐洲空間局（ESA）的環境衛星（ENVISAT）上的大氣制圖掃描成像吸收光譜儀（SCIAMACHY）采用了1024×1元InGaAs短波紅外掃描焦平面。法國的SPOT4和SPOT5衛星上則采用了3000元InGaAs短波紅外掃描焦平面，其新一代衛星PROBA-V上也將采用3000×1的InGaAs短波紅外焦平面。?

綜合器件工藝、成品率、性能及可靠性等各方面因素考慮，超長線列的焦平面通常采用小規模的線列通過精密對位拼接完成。除此之外溫度均勻性、結構的力學性能、橫向、縱向拼接精度都將影響組件的使用，是設計之初就需要考慮的。?

在實際應用中，為解決以上問題，本發明提出了一種新的封裝結構，該結?構可以實現大面積溫度均勻性，橫向、縱向拼接精度，同時可以方便拆卸以更換探測器或零部件。?

發明內容

本發明的目的是提供一種大面積溫度均勻性的封裝結構，該結構有效解決了以下幾個問題：第一，結構中采用多個熱電制冷器串聯實現大面積冷面，熱電制冷器個數取決于探測器的規模，可以方便實現大面積冷面。第二，多個熱電制冷器、金屬導冷板安裝通過連接螺桿、導熱膜及絕熱塊實現。可以方便實現縱向精度控制；更好實現溫度傳遞，控制芯片安裝面溫度均勻性。第三，電極板采用陶瓷材料制備而成，可以方便實現多個芯片高密度引線。第四，結構中采用發黑光闌，方便控制視場角和有效抑制雜光。?

本發明封裝結構如圖1所示。包括管殼1、絕熱塊2、導冷板3、導熱膜4、電極板5、管帽6、光闌7、芯片8、窗口9、熱電制冷器10和微型螺栓11。?

所述的管殼1選用低膨脹系數的合金金屬柯伐加工，上面加工4個對稱分布的通孔101；導熱面103加工N+1對凸臺104，均勻分布于熱電制冷器安裝位置兩側；凸臺104加工3個圓周均布的螺紋孔106，管殼上加工光闌定位臺階105，其中N=INT（L/60），L為探測器光敏元長度，單位為mm。?

所述的絕熱塊2采用絕熱性好的材料聚甲醛加工，上面制作3個在圓周上均布的通孔201和中心制作1個螺紋孔202。?

所述的導冷板3采用導熱系數很高的材料鋁碳化硅加工，導冷板上加工沉頭孔302N+1對，導冷板表面做磨平、拋光處理。?

所述的導熱膜4選用熱導率較高的碳納米導熱膜加工，實現溫度傳遞，同時方便縱向精度控制。?

所述的陶瓷電極板5采用陶瓷材料選用薄膜或厚膜工藝制作多層布線形?成，根據芯片結構和封裝結構的要求確定內電極501與外電極502的連接關系，電極間芯片安裝區域503不得有裸露的走線。?

所述的管帽6選用低膨脹系數的合金金屬柯伐。在下表面602上蝕刻出單邊為2mm的圖形，在上表面601上釬焊加厚板，管帽6中間開孔，作為探測器的通光區，管帽表面金屬化。?

所述的光闌7選用低膨脹系數的合金金屬柯伐，根據系統視場角要求確定開孔，同時，表面發黑處理，大大減少雜散光。?

所述的芯片8為短波紅外InGaAs焦平面模塊。?

所述的窗口（9）選用融石英加工的基片，在基片上采用蒸發或濺射工藝鍍增透膜完成長線列探測器工作波段所需的窗口，窗口底面邊緣及側面金屬化處理。?

所述的熱電制冷器10間的交流阻抗差值為0.01Ω，最大限度降低熱電制冷器間的制冷差；高度差值為0.01mm，減少安裝帶來的不平整。?

本發明的技術方案如下：?