[实用新型]超长线列探测器与单点冷源的热耦合结构

说明书

技术领域

本专利涉及超长线列红外探测器封装技术，具体指一种超长线列探测器与单点冷源的热耦合结构，它适用于超长线列红外焦平面探测器芯片的杜瓦封装,同样适用于其它超大冷平台与单点冷源的热耦合场合。

背景技术

高空间分辨率红外遥感仪器是红外YX、搜索、跟踪系统的核心部件。提高空间分辨率的方法一般有两种，一是提高红外探测器的光电性能，提高探测灵敏度，以获取更多信息；二是增加红外敏感元数量，即在相同高度、相同刈幅的遥感仪器，敏感元越多，其空间分辨越高。因而超长线列(≥6000元)红外焦平面组件制备技术在航天、航空红外领域有着重要意义。随着波长向长波扩展和探测灵敏度的提高，超长线列红外焦平面探测器必须在深低温下才能工作。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。这样也使得其应用时大多采用杜瓦封装形成超长线列红外焦平面杜瓦组件。

传统的小规模红外探测器杜瓦组件，由于线列或面阵探测器规模比较小，分置式杜瓦的芯柱或集成式杜瓦的内管既是探测器的力学支撑又是探测器的低温平台载体。由于探测器仅为一个模块且尺寸很小，探测器的温度均匀性很容易控制在±0.5K。低温平台和支撑结构一般为悬臂结构，冷平台的尺寸很小，由于冷平台与探测器膨胀系数之间差异产生的应力对探测器的性能影响也较小。比如中国专利200810334312大面阵红外探测器在冷平台上的组装结构及其组装方法，其冷源为分置式杜瓦的冷头。其实施例为封装320×240面阵，探测器最大尺寸约为9.6mm×7.2mm。其探测器胶接在宝石衬底上。宝石衬底胶接在芯柱冷头上，探测器的温度均匀性很容易控制在±0.5K。另外中国专利CN2008100334308长线列红外探测器杜瓦组件的布线结构及其连接方法，其主要阐述的多个子模块外引线的布线结构和合并引出方法。其对2000元探测器各子模块之间的温度均匀性未阐述，其单点冷源同样为探测器的支撑。冷平台的长度约为61mm左右。随着超长线列(≥6000元)红外焦平面组件发展，探测器的尺寸达到≥180mm后，无法将单点冷源简单作为力学支撑，冷平台(≥180mm)上各子模块的温度均匀性对探测器性能的影响问题就显得更加突出，必须要探索一种新方法来解决这一问题。

发明内容

本专利的目的是提供一种超长线列探测器与单点冷源的高温度均匀性耦合结构，解决拼接式超长线列红外探测器芯片的杜瓦封装中超大尺寸的高温度均匀性和力学支撑的问题。

本专利的一种超长线列探测器与单点冷源的热耦合结构如附图1所示，它包括超长线列红外探测器1、隔热垫片2、辅助固定基板3、中空圆锥支撑柱4、树状低温柔性冷链5、低温热层6和单点冷源7。

长线列红外探测器1由多个芯片子模块101在拼接基板102上拼接而成，拼接基板102由低膨胀的柯伐或殷钢制成，每个芯片子模块101胶接在拼接基板102相应位置的凸台103上，在拼接基板102四周均匀开有通孔104，在拼接基板102中央区域开有一定数量的螺孔105。

隔热垫片2选用TC4或氧化锆材料，其为一圆柱薄片，厚度比低温热层6厚度厚0.1-0.2mm。

辅助固定基板3如图2所示，为长方型板状结构，选用热导率低且比重小的TC4材料，中间区域有矩形分布的预留螺孔301，矩形分布的预留螺孔301内有矩形孔302结构及隔热安装结构304，两端有支撑安装孔303。中间位置矩形孔302尺寸比低温热层6长宽尺寸小1-2mm。矩形孔302外为隔热安装结构304，隔热安装结构304的固定框尺寸比低温热层6长宽尺寸小0.2mm-0.4mm，固定框的宽度选用1mm-1.5mm，间隙槽宽度为0.5mm-1.5mm。连接筋结构的宽度为1-2mm。

中空圆锥支撑柱4选用TC4材料，形状为中空圆锥体，圆锥体壁厚为0.2-0.4mm，圆锥体较小端有安装螺孔401结构。

“树状”低温柔性冷链5为单点输入多点输出的“树状”结构，其选用无氧铜或纯铝材料，各个支路为中空多片“S型”冷链501结构，每片厚度为0.15-0.25mm，两片间间隙为0.3-0.5mm。“树状”低温柔性冷链5一端为冷源安装端502，另外一端为有多个支路的按一定间隔分布的固定块503，每个固定块503上有固定块孔504。“树状”低温柔性冷链5在宽度方向中间有去应力沟505结构，去应力沟505贯穿“S型”冷链501和固定块503。