本发明涉及红外探测领域,特别涉及一种红外探测器芯片应力卸载装置。
背景技术:
红外探测器技术具有被动探测、探测精度高、环境适应性强的特点,广泛应用于预警探测、情报侦察、精确打击、夜视、天文观测等领域。近年来,随着红外探测器技术的飞速发展,为了实现更大视场、更高空间分辨率的要求,对于长线列红外焦平面探测器的需求越来越迫切。长线列碲镉汞探测器芯片的工作温度为60k~80k,需要封装在真空冷箱内,并耦合制冷机对其制冷,由于包含制冷机冷板在内的多层冷头结构材料的热膨胀系数不同,导致芯片的低温下应力和变形很大。常见的封装材料(如可伐、钛合金、陶瓷等)和多层结构,不能将芯片受到的应力和变形减小至可接受范围内,造成芯片盲元增加、无法聚焦等问题。
技术实现要素:
为了能够有效解决由于多层冷头结构材料的热膨胀系数不匹配,导致长线列碲镉汞探测器芯片封装后,芯片低温应力和变形过大的问题,本发明提供了一种红外探测器芯片应力卸载装置。
本发明提供的一种红外探测器芯片应力卸载装置,包括由下至上依次连接的制冷机冷板、第一过渡基板和第二过渡基板,在所述第一过渡基板和第二过渡基板之间设有补偿结构,在第二过渡基板的上表面设有拼接基板,所述拼接基板用于放置所述红外探测器芯片。
本发明提供的红外探测器芯片应力卸载装置中拼接基板和补偿结构的设计能够有效释放结构应力,解决了红外探测器芯片封装后芯片低温应力和变形过大的问题。
具体的,所述制冷机冷板与所述第一过渡基板、所述第一过渡基板和所述第二过渡基板均通过螺钉连接。
具体的,所述补偿结构通过粘结固定在所述第二过渡基板的下表面;所述拼接基板通过粘结固定在所述第二过渡基板的上表面。
具体的,所述制冷机冷板、所述第一过渡基板和所述第二过渡基板均选用钼铜材料。
具体的,所述拼接基板和所述补偿结构均选用蓝宝石材料。
所述钼铜材料为由金属元素钼和铜组成的合金或复合材料,适用于电真空器件、激光器件等封接材料和半导体器件中的热沉基板等。
本发明选用的钼铜材料和蓝宝石材料的热膨胀系数与探测器芯片的硅材料较为接近,能够有效提高材料的适配性。
优选的,所述制冷机冷板与所述第一过渡基板之间设有第一卸载槽。
优选的,所述第一过渡基板和所述第二过渡基板之间设有第二卸载槽。
优选的,所述第二过渡基板内部设有第三卸载槽。
上述各个卸载槽的设计能够有效释放红外探测器芯片应力卸载装置中的结构应力,可选的,所述第一卸载槽、第二卸载槽及第三卸载槽的宽度为0.2mm。更加优选的,所述第一卸载槽内设有铟箔,铟箔与制冷机冷板和所述第一过渡基板之间保证良好接触,增加了导热量。
优选的,在所述制冷机冷板与所述第一过渡基板设有贯穿孔,用于排净所述补偿结构处的空气。
本发明有益效果如下:
本发明提供的红外探测器芯片应力卸载装置通过对结构和材料的改进能够有效释放结构应力,解决由于多层冷头结构材料的热膨胀系数不匹配,导致的长线列碲镉汞探测器芯片封装后,芯片低温应力和变形过大的问题。
附图说明
图1是本发明红外探测器芯片应力卸载装置的整体结构示意图;
图2是本发明红外探测器芯片应力卸载装置a-a方向的三维剖视图;
图3是本发明红外探测器芯片应力卸载装置a-a方向的二维剖视图;
图4是本发明红外探测器芯片应力卸载装置的局部剖视图;
其中,1、制冷机冷板;2、第一过渡基板;3、第二过渡基板;4、拼接基板;5、红外探测器芯片;6、补偿结构;7、第一螺钉;8、第二螺钉;9、贯穿孔;10、第三卸载槽;11、第二卸载槽;12、铟箔。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了能够有效解决由于多层冷头结构材料的热膨胀系数不匹配,导致的长线列碲镉汞探测器芯片封装后,芯片低温应力和变形过大的问题,本发明提供了一种红外探测器芯片应力卸载装置,以下结合图1~图4对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不限定本发明。
本实施方式提供的长线列碲镉汞探测器芯片应力卸载结构包括制冷机冷板1、过渡基板、拼接基板4、补偿结构6、铟箔12。所述过渡基板包括第一过渡基板2和第二过渡基板3,第一过渡基板2与第二过渡基板3通过第一螺钉7连接。拼接基板4、补偿结构6分别粘接在第二过渡基板3的正反两面,第一过渡基板2与制冷机冷板1通过第二螺钉8连接,第一过渡基板2与制冷机冷板1的间隙内安装铟箔12。长线列碲镉汞探测器芯片5粘接在拼接基板4上。
本实施方式的制冷机冷板1、第一过渡基板2、第二过渡基板3均使用钼铜材料。
本实施方式的拼接基板4、补偿结构6均使用蓝宝石材料。
本实施方式的第二过渡基板3内部设计了第三卸载槽10,第三卸载槽10的宽度为0.2mm。
本实施方式的第一过渡基板2与第二过渡基板3之间设计了第二卸载槽11,第二卸载槽11的宽度为0.2mm。
本实施方式的制冷机冷板1与第一过渡基板2之间设计了第第一卸载槽,第一卸载槽宽度为0.2mm。为了增加导热质量,制冷机冷板1与第一过渡基板2的第一卸载槽内安装了铟箔12,铟箔12与制冷机冷板1、第一过渡基板2保证良好接触。
本实施方式的制冷机冷板1与第一过渡基板2上设计了贯穿孔9,用于排净补偿结构6处的空气。
本实施方式的制冷机冷板、过渡基板均使用钼铜材料,拼接基板、补偿结构均使用蓝宝石材料,钼铜、蓝宝石的热膨胀系数与探测器芯片的硅材料较为接近,有效提高材料适配性;而且第二过渡基板内部、第一过渡基板与第二过渡基板之间、第一过渡基板与制冷机冷板之间均设计了卸载槽,第二过渡基板的反面设计了补偿结构,能够有效释放结构应力。借助有限元分析软件对本实施方式的应力卸载结构进行仿真计算,探测器芯片的最大应力为153mpa,法向最大变形46μm。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。