[发明专利]一种用于非制冷型红外探测器的芯片级超微型制冷机

说明书

本发明提供了一种用于非制冷型红外探测器的芯片级超微型制冷机，包括外层封装层结构和内层制冷机结构，外层封装层结构包括真空封装壳、防辐射层、散热层，真空封装壳顶部设置有红外敏感窗口；内层制冷机结构包括上层结构、中层结构、下层结构。本发明通过对纳米薄膜热电层的加热和制冷，维持温度恒定，有效阻断支撑结构与外部环境通过基座进行热交换，同时在基座底部铺设了隔热层，进一步抑制了外部环境的热传导。环形悬臂梁设置和支撑结构进一步防止热传导，同时隔热层设置又进一步抑制了内部热传导交换，实现红外探测器与外界环境的热隔离。同时，通过沉积、生长防辐射层，抑制热辐射，并采用真空封装的方法，阻止内外部的热对流交换。

技术领域

本发明涉及一种用于非制冷型红外探测器的芯片级超微型制冷机，属于微机电系统技术领域。

背景技术

区别于传统的机械式微型制冷机，基于纳米薄膜材料的芯片级超微型制冷机具有结构简单、大小形状可变、集成度高、热流密度大、热惯性小、控温和制冷速快、不需要制冷介质、不产生机械噪声等优点，解决了多种场合的制冷难题。在电子电力、国防、工业、科研以及生活等领域具有广泛的应用前景，尤其在微小型红外探测器制冷应用上具有明显优势，具有巨大的应用前景。

传统的芯片级的热电、热声、微流体、以及MEMS斯特林制冷机等多种微型制冷机，有体积大、重量重、可靠性差、机械运动噪声大等缺陷，推广应用受到限制。综合国内外研究现状，目前芯片级超微型制冷机技术是制冷技术领域研究热点，大部分还处在原理研究和实验室样机研究阶段，少部分已进入实际工程应用阶段，具有非常广阔的发展前景。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种集成度高、体积和功耗小、无机械噪声、热惯性小、制冷速度快的新型芯片级超微型制冷机。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于非制冷型红外探测器的芯片级超微型制冷机，包括外层封装层结构和内层制冷机结构，所述内部制冷机结构设置在外层封装层结构内部；

所述外层封装层结构包括位于最外侧的真空封装壳、沉积在真空封装壳内层的防辐射层、位于底部的散热层，真空封装壳顶部设置有红外敏感窗口；

所述内层制冷机结构粘贴在外层封装层结构的底部散热层上，包括上层结构、中层结构、下层结构，上层结构包括若干电极、支撑膜、支撑结构、环形悬臂梁、第一绝缘层、若干红外探测器引线、红外探测器，所述支撑结构作为上层结构的底部，支撑结构上设置有支撑膜，环形悬臂梁镶嵌在支撑膜上，环形悬臂梁通过支撑膜将红外传感器支撑起来，所述红外探测器位于支撑膜上方的中间位置，所述第一绝缘层沉积在支撑膜、悬臂梁上方，电极溅射在第一绝缘层上，所述红外探测器引线用于连接红外探测器和电极；

所述中层结构，包括基座、第二绝缘层、第三绝缘层、第一隔热层、第二隔热层、防辐射层、薄膜Pt温度传感器，所述基座键合在支撑结构下方，所述第二绝缘层沉积在基座下方，所述第一隔热层沉积在绝缘层下方，且与外层封装层结构相连接；所述第三绝缘层沉积在基座上方，所述第二隔热层沉积在第三绝缘层上方，所述防辐射层沉积在第二隔热层上方，所述薄膜Pt温度传感器溅射在第二隔热层上方；

所述下层结构镶嵌在基座下方，包括纳米薄膜热电层、第四绝缘层，所述纳米薄膜热电层粘贴在外层封装层结构的底部散热层上，所述第四绝缘层位于纳米薄膜热电层与基座之间。

进一步的，电极数量为四个，包括第一电极、第二电极、第三电极、第四电极，四个电极分别位于支撑结构的四个转角之上；悬臂梁包括四根折梁，所述四根折梁将红外探测器通过底部的支撑膜支撑起来；红外探测器引线为四根，每根悬臂梁上方设置有一根引线，每根引线分别沿着各自下方的悬臂梁方向延伸，引线一端与红外探测器相连接，另一端与电极相连接。

进一步的，所述薄膜Pt温度传感器呈蛇形，位于红外探测器一侧。