制冷型红外探测器的芯片冷头结构及制冷型红外探测器的制作方法

1.本实用新型涉及红外探测器技术领域，尤其涉及一种制冷型红外探测器的芯片冷头结构及制冷型红外探测器。


背景技术：

2.制冷型红外探测器以其探测灵敏度高、作用距离远的特点广泛应用于夜视成像、天文观测等领域。制冷型红外探测器需要工作在低温环境中，对于高灵敏度的红外探测器来说，工作温度通常在80k以下，杜瓦冷头与探测器芯片结构之间为粘接，由于材料的热膨胀系数不一致，当制冷型红外探测器从室温降至低温时，将近220k的温差使得整个结构产生较大的低温变形，降温过程中引入热应力，因此受到力学振动、温度冲击后，导致相邻材料的脱胶，探测器失效，因此提高粘接可靠性尤为重要。
3.影响粘接强度的因素很多，与胶粘剂自身物理参数、被粘接材料的表面能等因素都相关，而针对低温应用特点，胶粘层抗高低温冲击引起的疲劳失效，是影响粘接可靠性的重要因素。在杜瓦冷头与探测器芯片结构粘接时，控制合适的胶粘层厚度有助于杜瓦冷头与探测器芯片结构受到外界的各种应力时起到应力缓冲作用，从而提高粘接可靠性。
4.现有方案主要是调整胶粘剂重量来调整胶粘层厚度，但由于在粘接过程中施加压力，因此杜瓦冷头与探测器芯片结构胶粘层厚度无法控制在一定范围内，当胶粘剂量过多时，导致胶粘层太厚会因体积收缩造成内应力增大，胶粘剂过量溢出在杜瓦冷头和引线框架(参见图1)；而胶粘剂过少时，导致胶粘层太薄容易缺胶(参见图2)，进而对杜瓦冷头与探测器芯片结构的粘接可靠性产生较大的影响。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术中由于温差过大导致制冷型红外探测器脱胶失效的不足，本实用新型的目的在于提供一种制冷型红外探测器的芯片冷头结构，通过控制胶粘层的厚度来有效提高粘接可靠性，从而避免制冷型红外探测器脱胶失效。
6.本实用新型提供的一种制冷型红外探测器的芯片冷头结构，包括杜瓦冷头和探测器芯片结构，所述探测器芯片结构包括探测器芯片，所述探测器芯片结构通过胶粘层粘接在所述杜瓦冷头上，所述胶粘层内填充有微珠。
7.优选地，所述胶粘层的厚度为0.06mm～0.08mm。
8.优选地，所述微珠直径为40μm～50μm。
9.优选地，所述微珠为实心微珠。
10.优选地，所述微珠为玻璃微珠。
11.优选地，所述玻璃微珠由钠碱碎玻璃融熔后制成。
12.优选地，所述探测器芯片结构还包括引线框架，所述探测器芯片设置在所述引线框架上，所述引线框架远离所述探测器芯片的一侧通过胶粘层粘接在所述杜瓦冷头上。
13.优选地，所述引线框架为陶瓷引线框架。
14.本实用新型还提供了一种制冷型红外探测器，包括如上所述的制冷型红外探测器的芯片冷头结构。
15.与现有技术相比，本实用新型通过在胶粘剂中添加一定尺寸的微珠，使得杜瓦冷头和探测器芯片结构之间的胶粘层厚度得以控制，从而有助于胶粘层在杜瓦冷头与探测器芯片结构受到外界的各种应力时起到应力缓冲作用，提高粘接可靠性，避免制冷型红外探测器脱胶失效。微珠采用玻璃微珠，由于玻璃微珠的材料特性，填充玻璃微珠后降低了胶粘层的热膨胀系数，减小了整个芯片冷头结构的材料的热膨胀系数的差异，调整了胶粘层的收缩性，从而提高了粘接强度来可提高粘接的可靠性。
16.上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本实用新型的目的。
附图说明
17.在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：
18.图1为现有技术中杜瓦冷头与探测器芯片结构之间胶粘剂量过多时的结构示意图；
19.图2为现有技术中杜瓦冷头与探测器芯片结构之间胶粘剂量过少时的结构示意图；
20.图3为本实用新型一实施例提供的制冷型红外探测器的芯片冷头结构的结构示意图；
21.图4为本实用新型一实施例提供的探测器的芯片结构的结构示意图；
22.图5为定位贴装装置的结构示意图。
23.附图标记说明：
24.1、杜瓦冷头；2、探测器芯片结构；3、探测器芯片；4、引线框架；5、胶粘层；6、胶粘剂；7、微珠；8、定位贴装装置；9、基座；10、吸头。
具体实施方式
25.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本实用新型中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
26.本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
27.在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。
28.本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通
技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
29.如图3所示的制冷型红外探测器的芯片冷头结构(以下简称芯片冷头结构)包括杜瓦冷头1和探测器芯片结构2。探测器芯片结构2包括探测器芯片3和引线框架4(参见图4)，探测器芯片3设置在引线框架4上。引线框架4远离探测器芯片3的一侧通过胶粘层5粘接在杜瓦冷头1上，胶粘层5内填充有微珠7，胶粘层5可由胶粘剂6混合一定尺寸的微珠7后固化而成。通过在粘接杜瓦冷头1和探测器芯片结构2的胶粘层5内填充一定尺寸的微珠7，可有效控制控制胶粘层5的厚度，从而有助于胶粘层5在杜瓦冷头1与探测器芯片结构2受到外界的各种应力时起到应力缓冲作用，提高粘接可靠性，避免制冷型红外探测器脱胶失效。
30.由于在杜瓦冷头1与探测器芯片结构2粘接过程中需要施加压力，为使微珠7在承受压力过程中不破损变形，因此，优选采用实心微珠7，以提高微珠7的强度。
31.引线框架4优选强度高、耐磨性好的陶瓷引线框架。
32.除了控制胶粘层5的厚度外，还可以通过减小了整个芯片冷头结构的材料的热膨胀系数的差异来可提高粘接的可靠性。在一些实施方式中，微珠7优选采用玻璃微珠7，在胶粘层5内填充玻璃微珠7可有效降低胶粘层5的膨胀系数，调整了胶粘层5的收缩性，提高了粘接强度，提高了粘接可靠性。更优选地，玻璃微珠7由钠碱碎玻璃融熔制成，其主要化学成分包括sio2、mgo、al2o3、cao、na2o、fe2o3等，具有提升冲击强度和抗压性能，在胶粘剂6中加入一定量的钠碱碎玻璃微珠7，可以降低胶粘层5的热膨胀系数，降低收缩率，提高表面平整度。
33.在制造芯片冷头结构时，先根据探测器芯片结构2的尺寸和胶粘剂6固化的收缩特性来设计胶粘层5的厚度，再根据设计的胶粘层5厚度选取合适尺寸的微球来控制胶粘层5厚度。例如，根据探测器芯片结构2尺寸和粘接材料固化的的收缩特性而设计的胶粘层5厚度范围值0.06mm～0.08mm，结合粘接工艺中施加一定压力值和可操作性，在环氧树脂中填充直径在40μm-50μm的微珠7，具体操作步骤为：
34.1、将直径在40μm-50μm的微珠7使用300目的金属丝网筛选后，进行湿法清洗，清洗完成后使用烘箱进行烘干处理；
35.2、用天平配置环氧树脂胶粘剂6后，加入胶粘剂6重量10％-15％的微珠7，使用搅拌机进行搅拌、去除气泡，得到微珠7胶粘剂6；
36.3、对杜瓦冷头1和探测器芯片结构2的高度进行测量；
37.4、称取一定质量的微珠7胶粘剂6放置在杜瓦冷头1上表面；
38.5、将杜瓦放置在定位贴装装置8(参见图5)的基座9上，将探测器芯片结构2放置在定位贴装装置8的上方吸头10上，调节好贴装位置；
39.6、调整定位贴装的压力值为15g，移动吸头10到指定位置，将探测器芯片结构2贴装在杜瓦冷头1上表面，贴装后进行室温预固化3小时后，然后将其移至烘箱进行加温固化；固化后即得到芯片杜瓦结构。
40.固化完成后的芯片杜瓦结构放置在工具显微镜下进行高度测量，得出胶粘层厚度＝杜瓦冷头粘接探测器芯片结构后的总高(即芯片冷头的高度)-杜瓦冷头的高度-探测器芯片结构的高度。
41.经测试，填充微珠后，的胶粘层的热膨胀系数由21
×
10-6
in/in℃降至15
×
10-6
in/in℃。
42.本实用新型提供的芯片冷头结构，可应用于制冷型红外探测器中，从而改善制冷型红外探测器的粘接可靠性。
43.最后应说明的是：以上实施方式及实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式及实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式或实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施方式或实施例技术方案的精神和范围。