[发明专利]一种封装在杜瓦内的多透镜深低温红外探测器管壳结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外探测杜瓦内的管壳封装技术，具体是指一种封装在杜瓦内的多透镜深低温红外探测器管壳结构。属红外探测器封装技术领域。

背景技术

红外探测器通过封装后形成红外组件，其目的为确保红外探测器能够正常工作。红外探测器组件在航天红外领域有着广泛的应用。随着波长向长波扩展和探测灵敏度的提高，碲镉汞红外探测器必须在低温下才能工作。由于机械制冷具有结构紧凑、体积小、重量轻、制冷量大、制冷时间短、制冷温度可控范围大等优点，目前该类探测器在空间应用中大多采用机械制冷方式。为确保碲镉汞红外焦平面探测器芯片低温工作要求，大多采用金属杜瓦封装形式，形成红外探测器杜瓦组件。

由于需要探测大气温度和湿度的垂直分布轮廓线和云参数，因此对于某些甚长波干涉式探测仪要求后光学透镜则必须工作在深低温环境下。同时由于目前甚长波红外探测器的探测率还不能完全到达干涉仪高灵敏探测的需求，因而为了得到更大的干涉信号能量，往往需采用F#数很小的光学系统。而为了消除由F#数太小所造成的光学系统变得庞大和复杂的不利后果，需要把后继光学的透镜组安放在尽量靠近红外探测器芯片的位置，这样使得杜瓦内除了红外探测器外，还需要封装带透镜的管壳组件。红外探测器管壳组件内封装有多个透镜，并且整个管壳组件还工作在深低温环境下，这在国内外报道的很少。目前只有美国GEOS Advanced Baseline Sounder(ABS)干涉仪采用了封装深低温透镜的结构方式，但是ABS究竟采用何种方式固定透镜和确保透镜间的间距则没有提及。

干涉式甚长波探测仪对后继光学靠近红外探测器的两个透镜进行深低温制冷，其目的主要是为了减小背景辐射，从而提高红外探测器的有效探测率。实际上一般的红外相机后继光学的透镜离红外探测器相距较大，这样后继光学透镜与探测器杜瓦可以分开封装。但干涉式甚长波探测仪后继光学的深低温制冷透镜与探测器杜瓦分开封装则存在几个问题：1)若要满足上述方式，则各光敏元成像光学的夹角不能太大。若成像光学夹角过大，则主光学系统会变得非常大，这样整个探测仪会变得很庞大和繁重，而且大口径的光学透镜加工也会变得非常困难；2)由于后继光学透镜也需要制冷，若分开封装则制冷机还需要分出冷链对其制冷或是另外再配置一台制冷机对其制冷，这样会使得整个红外系统变得更加复杂，从而使系统可靠性降低，非常不利于整机系统的环境力学考核。

发明内容

本专利的目的是提供一种封装在杜瓦内的多透镜深低温红外探测器管壳结构，以解决干涉式深低温红外探测器探测仪过于庞大和后继光学结构过于复杂的问题，同时实现红外探测器杜瓦的高集成化封装。

本发明的一种封装在杜瓦内的多透镜深低温红外探测器管壳结构如附图1所示，它包括：管壳底座1、宝石片芯片模块2、定位聚酰亚胺3、透镜支撑管壳4、下透镜5、下透镜压环式冷屏6、上透镜7、上透镜压环式冷屏8、管帽9。上层宝石电极板202、下层宝石电极板201先进行激光定位钻孔，然后下层宝石电极板201先与上层宝石电极板202对中胶接好，红外探测器芯片203胶接在下层宝石电极板201上形成宝石片芯片模块。管壳底座1与透镜支撑管壳4通过螺钉401连接把芯片模块固定，同时在管壳底座1与透镜支撑管壳4两者之间加垫定位聚酰亚胺3。下透镜5放置在透镜支撑管壳4的下层台阶404后，上面压有下透镜压环式冷屏6。上透镜7则放置在支撑管壳4的上层台阶405后，上面压有上透镜压环式冷屏8。管帽的带通滤光片902胶接固定在管帽9上，最后把管帽9与透镜支撑管壳4定位固定。

管壳底座1、透镜支撑管壳4、管帽9均采用特种合金CE7，下透镜压环式冷屏6、上透镜压环式冷屏8则均采用可伐合金材料。管壳底座1、透镜支撑管壳4、管帽9需要抛光镀金，下透镜压环式冷屏6、上透镜压环式冷屏8则需电镀黑镍(发黑处理)。电极板201、202需要光刻成形之后进行高精度激光定位钻孔，同时红外探测器芯片与宝石片胶接后还需要进行引线键合操作，工艺过程如附图2、附图3所示。

本发明的实现方法如下：

1)零件加工完成后，通过Z轴测量显微镜和三坐标测量仪测量透镜支撑管壳从底面(基准面)到台阶404即下透镜5安装面的高度D1，然后再测量底面(基准面)到台阶405即上透镜7安装面的高度D2。

2)在高精度影像仪下，完成宝石电极板201和202对中胶接，然后再与红外探测器芯片203对中胶接。胶干后把宝石电极板与芯片203金丝球焊互联，形成宝石片芯片模块2。同时测量芯片光敏元面到芯片宝石电极板的高度D3。