[發明專利]一種背照式雪崩增益型EMCCD制冷封裝結構及方法

有效

• 申請號: 201911028813.0
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110752198B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 程順昌;林瓏君
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: H01L23/495
• 分類號: H01L23/495;H01L23/367;H01L23/38
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 王海軍

本發明公開一種背照式雪崩增益型EMCCD制冷封裝結構及方法，包括：腔體、半導體制冷器、陶瓷環框架、背照式雪崩增益型EMCCD和光學窗口，所述腔體呈矩形框體結構；在腔體內部安裝半導體制冷器，該半導體制冷器的熱端設置有預焊料，半導體制冷器與腔體通過回流焊焊接，且半導體制冷器通過電裝的方式完成與腔體的電連接；半導體制冷器的冷端通過高導熱材料與背照式雪崩增益型EMCCD連接；所述腔體與陶瓷環框架、陶瓷環框架與光學窗口通過高可靠性環氧樹脂密封連接。本發明的EMCCD制冷封裝結構同時考慮制冷器件、圖像傳感器和封裝三者的相互影響，提高了設計精度，達到制冷、散熱、氣密性、可靠性設計。

技術領域

本發明涉及圖像傳感器封裝設計技術領域，具體涉及一種背照式雪崩增益型EMCCD制冷封裝結構及方法。

背景技術

電子倍增電荷耦合器件(Electron Multiplication Charge Coupled Device,EMCCD)具有高靈敏度、高幀頻的特點，在天文觀測、生物醫學、科學研究、工業生產等領域有著廣泛的應用。在影響EMCCD探測性能的重要因素中，溫度對電子倍增增益的影響明顯，溫度越低，其暗電流噪聲愈小，產生的二次電子越多，電子倍增增益越大。

現有制冷封裝技術腔體內部大多充入惰性氣體，但制冷效果遠比不上腔體結構內部為永久真空的封裝技術。隨著背照式雪崩增益型EMCCD的可靠性要求不斷提高，以及實際應用對外形物理尺寸的小型化要求，現有設計方法沒有考慮到長期可靠性工作、與散熱器耦合以及封裝之間的相互影響，尤其是光窗與封裝殼體之間的氣密性，因此，現有設計方法存在可靠性低、體積大等缺點。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種背照式雪崩增益型EMCCD制冷封裝結構及方法。

一種背照式雪崩增益型EMCCD制冷封裝結構，包括：腔體、半導體制冷器、陶瓷環框架、背照式雪崩增益型EMCCD和光學窗口，所述腔體呈矩形框體結構，該腔體外側底部四周設置有4個安裝孔；在腔體內部固定半導體制冷器，該半導體制冷器的熱端設置有預焊料，半導體制冷器熱端與腔體通過回流焊焊接，從而形成穩定的安裝體，且半導體制冷器通過電裝的方式完成與腔體的電連接；半導體制冷器的冷端通過高導熱材料與背照式雪崩增益型EMCCD連接；所述腔體與陶瓷環框架通過高可靠性環氧樹脂密封連接；所述陶瓷環框架與光學窗口通過高可靠性環氧樹脂密封連接。

所述腔體的高度等于或略高于半導體制冷器的高度，所述腔體上沿的形狀大小和陶瓷環框架的邊框形狀大小一致。

所述腔體外部一側中間位置開有圓形孔，該圓形孔的孔徑和真空處理管的外圓周孔徑相一致，用以放入并固定真空處理管，腔體另一側設置有引線通孔，用于半導體制冷器的引線伸出，且腔體由金屬材料制成。

所述真空處理管呈圓形管狀，由金屬材料制成，通過真空處理管為腔體內部提供真空環境，密封真空處理管的圓形孔。

所述陶瓷環框架上設置有PIN引腳和PAD引腳，所述PIN引腳分布在陶瓷環框架外側，所述PAD引腳分布在陶瓷環框架內側，PIN引腳和PAD引腳通過引線鍵合的方式一一對應連接。

在腔體、PIN引腳和PAD引腳表面鍍覆Ni、Au，順序是先在腔體、PIN引腳和PAD引腳表面鍍上鎳層，再在鎳層上鍍金層，所鍍鎳層厚度為1.3um-8.9um，所鍍金層厚度為1.3um-5.7um。

一種背照式雪崩增益型EMCCD的封裝方法，包括以下步驟:

S2、將半導體制冷器熱端通過回流焊固定在腔體內部；

S3、將陶瓷環框架使用環氧樹脂粘接在腔體上部；

S4、將背照式EMCCD芯片使用高導熱材料粘接在半導體制冷器冷端；

S5、采用引線鍵合工藝將背照式EMCCD芯片與陶瓷環框架上的進行點連接；