一种制冷型短波红外图像传感器的导热散热制冷装置的制作方法

1.本发明涉及图像传感器的导热散热制冷领域，具体是一种制冷型短波红外图像传感器的导热散热制冷装置。


背景技术：

2.随着半导体制造工艺的发展，cmos图像传感器的性能已经追上或超越ccd图像传感器了；并且cmos图像传感器在制造工艺上很大程度上能与传统cmos芯片制造工艺兼容；由于cmos图像传感器的生产成本比较低，已经成为制造摄像机的主流图像传感器类型。
3.cmos图像传感器在无光条件下工作时会自发随机产生电子，这些电子流过光电二极管形成暗电流，成像时输出的图像以噪声点呈现。由于图像传感器工作时内部晶体管会发热必然导致芯片温度升高，高温又会造成导体晶格热运动加剧，导致摆脱原子核束缚的电子数量增多，这些电子形成的暗电流也会变大，此时成像时的图像噪声也变大；同样cmos图像传感器在工作时不可避免自身会产生热量，如果产生的热量没有被及时导走，热量的堆积将会造成芯片温度上升，温度上升又会加剧自发电子的生成，进一步自发电子形成的暗电流也会增大，暗电流增大最终会加剧图像传感器成像时图像质量的恶化。
4.短波红外(swir, short wavelength infra-red)是红外线的一种，短波红外和可见光的反射/吸收方式不同，短波红外图像传感器运用这个特性，可以捕捉人眼无法识别的物体，一些物质不反射短波红外，但是可以让其透过，因此让短波红外光透过物体就可以对其内部进行识别；短波红外与可见光相比不那么容易散射，因此可以透霞、雾，识别它们后面的物体。sony公司使用化合物半导体铟镓砷（ingaas）研发的短波红外图像传感器，在行业中具有最小像素可以实现更高的分辨率和更小的系统，不仅可以捕捉1700nm以下的红外波段的图像，还能拍摄可见光波段的图像，感光范围为400nm~1700nm，用途非常广泛。
5.sony公司生产的这种短波红外图像传感器是属于cmos-like传感器，与cmos传感器类似，在上电工作的过程中或多或少会产生热量，热量的堆积一定也会影响图像的质量。因此采用短波红外图像传感器设计摄像机时，导热散热制冷结构是摄像机成像时获得高质量图像的关键。
6.sony公司的制冷型短波红外图像传感器，其内部除了集成了数字温度传感器之外还集成了半导体制冷器(tec, thermoelecctric cooler)，通过驱动电路可实现短波红外图像传感器的主动冷却，半导体制冷器的冷端在工作时不断带走传感器上的热量；制冷型短波红外图像传感器采用陶瓷插针网格阵列封装(ceramic pin grid array，cpga)结构，内置的半导体制冷器的热端与陶瓷材料紧密贴合，半导体制冷器热端的热量可以由陶瓷材料良好的导热性导离传感器。当散热热容量不足的时候将会大大降低短波红外图像传感器的冷却性能，从而会造成噪声暗电流增大，导致短波红外图像传感器成像质量急剧恶化。


技术实现要素：

7.采用sony公司的制冷型短波红外图像传感器设计摄像机时，为了保证制冷型短波
红外图像传感器有足够的散热热容量，本发明根据制冷型短波红外图像传感器的封装结构提供了一种制冷型短波红外图像传感器的导热散热制冷装置。
8.本发明的技术解决方案是：本发明的导热散热制冷装置可以扩大短波红外图像传感器的散热热容量并且可以兼顾部分摄像机外壳的功能。具体由功能不同的三个金属部件（基座部件、“回”字型中间件部件与凸台部件）和镂空pcb电路板组成导热散热制冷装置。
9.所述的基座部件、“回”字型中间部件及凸台部件的连接面的外形尺寸相同，可以通过螺丝连接形成摄像机的外壳部分。
10.所述的基座一端为镜头接口，可以连接标准的工业c/cs镜头。
11.所述的中间部件为“回”字型结构，进光面为方孔可以安装或更换不同光谱带宽的滤光片，满足多光谱成像的需求；另一面的方孔紧密套接在短波红外图像传感器的陶瓷散热片侧面散热区，同时用于安装固定镂空的pcb电路板。
12.所述的凸台部件为“凸”字型结构，设计有叶片式散热结构，其突出部分穿过所述的镂空pcb电路板紧密贴合制冷型短波红外图像传感器陶瓷散热片的底部散热区。
13.所述的镂空pcb电路板是根据制冷型短波红外图像传感器的封装结构设计的中间开长方形孔的电路板，用于安装短波红外图像传感器，实现短波红外图像传感器的电路连接。
14.本发明技术方案的有益效果是：相较于现有风冷循环或其他的技术，本发明充分利用了制冷型短波红外图像传感器的封装(cpga)结构提供金属导热散热制冷装置并且兼顾摄像机外壳功能，导热散热制冷装置与制冷型短波红外图像传感器的进行了紧密耦合，从而有效的把制冷型短波红外图像传感器工作时产生的热量快速导离到摄像机的壳体外面，使制冷型短波红外图像传感器的温度保持在最佳条件，同时使短波红外图像传感器成像时输出的图像质量最优。
附图说明
15.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
16.图1为制冷型短波红外图像传感器封装结构。
17.图2为短波红外图像传感器的导热散热制冷装置结构。
18.图3为基座部件及镜头接口。
19.图4为中间件部件“回”字型结构。
20.图5为凸台部件结构。
具体实施方式
21.以下结合附图及具体实施案例对本发明做进一步的描述。参阅附图1~附图5，所述制冷型短波红外图像传感器1为sony公司制冷型短波红外图像传感器（型号：imx990-aaba，imx991-aaba）；其为cpga封装结构。所述101为短波红外图像传感器，102为内置的半导体制冷器，103为短波红外图像传感器芯片的陶瓷散热区。
22.所述制冷型短波红外图像传感器1安装在镂空pcb电路6上面。
23.所述基座部件4的401为镜头接口，可以安装连接工业标准的c/cs接口的镜头。
24.所述的中间件2的为“回”字型结构，方孔201可以安装或更换不同波段带宽的光学滤光片，方孔202与制冷型短波红外图像传感器1的陶瓷散热片1031的侧面紧密贴合，中间件2的203位置可以安装镂空pcb电路板6上。
25.所述凸台型部件5为“凸”台结构，设计有叶片式散热结构，5的突出部分501与陶瓷封装1032紧密贴合。
26.所述基座部件2、中间部件4及凸台部件5通过螺丝连接形成摄像机的部分外壳。
27.所述的镂空pcb电路板6是根据制冷型短波红外图像传感器1的封装结构设计的，实现了制冷型短波红外图像传感器1的电路连接。


技术特征：
1.一种制冷型短波红外图像传感器的导热散热制冷装置，兼具摄像机部分外壳功能，其特征在于，根据制冷型短波红外图像传感器(1)的封装结构，有针对性的设计了基座部分(4)、中间件部分(2)与凸台部分(5)三个金属部件与镂空pcb电路板(6)组成导热散热制冷装置；基座部件(4)、中间件部件(2)和凸台部件(5)三个部件的连接面通过螺丝连接后形成摄像机的部分外壳。2.根据权力要求1所述的基座部件(4)，其特征在于：基座部件(4)的镜头接口可以连接工业标准的c/cs镜头。3.根据权力要求1所述的中间件部件(2)，其特征在于：中间件部件(2)为“回”字型结构，一端的方形孔（201）可以安装或更换光学带通滤光片(3),另一端的方形孔(202)与短波红外图像传感器(1)的陶瓷散热片的侧面(1031)紧密贴合，可以有效扩大短波红外图像传感器（1）的散热热容量，同时这一面(203)可以安装固定pcb电路板(6)。4.根据权力要求1所述的凸台部件(5)，其特征在于：凸出部分（501）穿过镂空的pcb电路板(6)与短波红外图像传感器(1)的陶瓷散热片（1032）的底部散热区紧密贴合，进一步扩大短波红外图像传感器(1)的散热热容量。5.根据权力要求1所述的镂空pcb电路板(6)，其特征在于：镂空pcb电路板(6)根据制冷型短波红外图像传感器(1)的封装结构设计，用于安装短波红外图像传感器(1)实现电路连接。

技术总结
本发明涉及一种制冷型短波红外图像传感器的导热散热制冷装置，该装置充分利用了制冷型短波红外图像传感器的封装结构，有针对性的设计了三个金属部件(基座部件、中间件部件与凸台部件)和镂空PCB电路板组成导热散热制冷装置并且兼具摄像机的部分外壳功能，三个金属部分可以很方便的组装和拆卸。基座部件的镜头接口可以连接工业标准的C/CS镜头；中间件部件为“回”字型导热散热制冷块，进光面的方形孔可以安装或更换滤光片，另一面的方形孔紧密套接在短波红外图像传感器陶瓷散热片的侧面散热区，同时这一面也用于安装固定镂空的PCB电路板；凸台导热部件的突出部分穿过中间镂空的PCB电路板与短波红外图像传感器陶瓷散热片的底部散热区紧密贴合；镂空的PCB电路板用于安装短波红外图像传感器，实现短波红外图像传感器的电路连接。该装置扩大了短波红外图像传感器的散热热容量；解决了在没有导热散热制冷条件下，短波红外图像传感器成像时因热噪声增大导致图像质量急剧恶化的问题。导致图像质量急剧恶化的问题。导致图像质量急剧恶化的问题。


技术研发人员：杨中东 胡斌 马远鹏
受保护的技术使用者：深圳市佰思云光电科技有限公司
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2022/6/1