[實用新型]一種集成陶瓷冷平臺的封裝結構

有效

• 申請號: 202121351927.1
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN215356591U
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 莫德鋒;趙彤;劉大福;曾智江;李雪;龔海梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: B23K1/00
• 分類號: B23K1/00;B23K1/005;B23K1/008;B23K1/20;G01M3/00;G01N33/2045;G01N33/207
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本專利公開了一種集成陶瓷冷平臺的封裝結構，封裝結構包括探測器模塊、陶瓷冷平臺、金屬過渡環、芯柱等部件，其特征在于：所述的陶瓷冷平臺的上表面安裝有探測器模塊，下表面氣密集成有金屬過渡環，金屬過渡環與芯柱氣密同心連接。在杜瓦芯柱上通過釬焊和激光焊相結合的方法集成有陶瓷冷平臺，陶瓷冷平臺上表面通過環氧膠安裝有探測器模塊。該結構中，陶瓷冷平臺材料為高導熱低膨脹的碳化硅、氮化硅或氮化鋁材料，由于碳化硅、氮化硅或氮化鋁材料與集成電路用的硅材料低溫熱匹配，可省去大規模焦平面探測器封裝時采用的平衡層結構，結構簡潔、制冷機冷量利用率高、溫度均勻性好，尤其適用于大規模面陣探測器深低溫封裝的場合。

技術領域

本專利涉及一種集成陶瓷冷平臺的封裝結構，應用于杜瓦封裝，尤其適用于大規模面陣探測器深低溫封裝的場合。

背景技術

制冷型紅外探測器技術在空間天文、對地觀測、資源環境等領域有著廣泛的應用，隨著系統應用對空間分辨率、光譜分辨率等要求的不斷提高，面陣探測器的規模在不斷擴大，640×512，1K×1K產品已經成熟，國際上先進生產商已經推出4K×4K的產品，隨著探測器規模的擴大，為了實現與硅集成電路的低溫熱匹配，碳化硅等新型陶瓷材料已開始應用于探測器封裝基板；另一方面，由于集成度的提高，系統對組件功耗、輕量化等指標也提出了越來越嚴格的指標，發展高集成度、高可靠、低功耗、輕量化杜瓦封裝已成為發展趨勢。

發明內容

本專利目的在于提供一種集成陶瓷冷平臺的封裝結構，提出去掉傳統杜瓦中的金屬冷平臺，利用釬焊和高能束焊相結合的方法將陶瓷冷平臺直接集成在杜瓦芯柱上，為新型高集成度杜瓦制備提供新的途徑。

本專利中出現的“上表面”、“下表面”等方位用詞，均為表達方便使用，任何按本專利思路進行的連接關系敘述均屬本專利的保護范圍。

一種集成陶瓷冷平臺的封裝結構，包括1探測器模塊、2陶瓷冷平臺、3金屬過渡環、4芯柱。所述的2陶瓷冷平臺的上表面安裝有1探測器模塊，下表面氣密集成有3金屬過渡環，3金屬過渡環與4芯柱氣密同心連接。

所述的2陶瓷冷平臺材料為碳化硅、氮化硅或氮化鋁，該材料熱導率高且低溫膨脹系數與硅材料匹配。

所述的4芯柱材料為低熱導率高強度的鈦合金或不銹鋼。

所述的3金屬過渡環采用膨脹系數與2陶瓷冷平臺材料相近，且與4芯柱材料冶金相容性好的金屬材料制成；3金屬過渡環與2陶瓷冷平臺的焊接面內側設有3-1焊料倒角，用于儲存溢出焊料。

一種集成陶瓷冷平臺的實現方法，實現步驟如下：

①試樣表面清理：將2陶瓷冷平臺、3金屬過渡環、4芯柱除油、酸洗、酒精清洗處理；

②釬焊連接：選用銀基釬料夾裝在2陶瓷冷平臺和3金屬過渡環中間，通過真空釬焊連接固定。

③釬焊檢漏：對釬焊焊縫進行檢查并檢漏

④高能束焊接：3金屬過渡環與4芯柱同心裝配后，利用激光圓周焊或電子束圓周焊連接固定。

⑤高能束焊檢漏：對高能束縫進行檢查并檢漏。

⑥探測器模塊通過環氧膠粘結到(2)陶瓷冷平臺上表面。

本專利的一種集成陶瓷冷平臺的封裝結構和實現方法最主要的特點是結構中不再采用金屬冷平臺，而采用新型低膨脹高導熱陶瓷冷平臺，但由于杜瓦芯柱都是金屬材料，需考慮冷平臺與芯柱的氣密性連接。本專利提出在陶瓷背面設置金屬過渡環，通過真空釬焊實現陶瓷材料與金屬過渡環的異種連接，再將金屬過渡環與金屬芯柱高能束焊連接，解決了工藝兼容問題。本專利結構的優點主要有兩個：由于不再需要金屬冷平臺和平衡層結構，裝配結構更簡單，陶瓷材料自身密度小，有利于杜瓦輕量化和冷平臺可靠性；二是該結構中傳熱界面大大減少，有利于提高制冷機冷量利用率，另外陶瓷材料的熱導率很高，也有利于保證冷平臺的溫度均勻性。

附圖說明