深低温工作甚长波面阵红外探测器封装技术

基于甚长波红外探测器对低于液氮温度工作环境的需求,提出了一种深低温工作甚长波红外探测器封装技术。通过对杜瓦组件漏热和芯片电学引出结构的优化设计,可控制芯片在30 K低温工作时整个杜瓦组件的静态热耗为0.65 W,最冷端位置的静态热耗为0.3 W,与之适配的两级脉管制冷机冷量可以满足上述热耗需求。完成了探测器组件的封装测试。结果表明,在制冷机膨胀机热端空气冷却测试条件下,探测器芯片部分可达到35 K的温度;杜瓦的外轮廓小于Φ130 mm×180 mm。该项技术成果促进了深低温工作的甚长波面阵红外探测器封装技术的发展。     

超长线列双波段红外焦平面探测器杜瓦封装技术研究

针对拼接型短/中波的超长线列焦平面探测器与直线脉管集成耦合的要求,分析了超长线列焦平面杜瓦封装的难点。通过对超长冷平台的温度均匀性、超长冷平台支撑结构、大体积组件杜瓦低热负载、超长线列杜瓦真空寿命等封装技术进行研究,提出了多点S型冷链结合导热层的三维热输出方法,设计了桥式两基板的超长冷平台支撑结构,解决了超长冷平台高温度均匀性、集成探测器后低应力及焦深控制、超长线列探测器杜瓦组件的环境适应性、低热负载和长真空寿命等关键技术,成功研制超长线列双波段焦平面探测器制冷组件,并通过一系列空间环境适应性试验验证,试验前后组件性能未发生明显变化,满足工程化应用的要求。     

长波QWIP-LED量子阱红外探测器杜瓦研制

在用于封装长波QWIP-LED量子阱探测器的杜瓦研制中,详细阐明了一种用于封装长波QWIP-LED量子阱红外探测器的结构,结构采用侧罩式设计,光信号从红外窗口进入,近红外窗口透出,提出了一种探测器胶接在管座上,管座整体再螺接在冷头的方法,提高探测器的互换性,通过热适配设计,降低低温应力对探测器影响,选择低冷损的TC4材料,降低杜瓦漏热,基本解决了长波QWIP-LED量子阱探测器杜瓦组件的关键技术,性能指标达标,成像效果良好,达到工程封装要求。     

环孔工艺的碲镉汞长波红外576×6焦平面探测器组件

碲镉汞长波红外576×6焦平面探测器组件是高性能热像仪的核心组件.本文中作者完成了碲镉汞长波红外576×6焦平面探测器组件的设计,利用环孔技术制备出576×6焦平面探测器芯片,经过杜瓦封装、配斯特林制冷机后成为实用的探测器组件.性能参数测试表明:典型的探测率达到1.79×1011cm Hz1/2/W,非均匀性达到14.6%,盲元率达到6.0%,并完成探测器组件的实验室演示成像.     

激光抛光技术在红外探测器组件封装中的应用探索

提出将激光抛光技术应用于杜瓦部件激光焊焊缝的抛光处理中,以解决目前红外探测器杜瓦封装激光焊焊缝粗糙度大、探测器组件长时间使用过程中杜瓦焊缝强度和内部真空度欠佳、影响探测器寿命和使用性能的问题。通过实验研究了主要参数对抛光质量的影响规律,并利用激光共聚焦显微镜等设备测试了激光抛光结果。激光抛光技术可使激光焊焊缝的表面粗糙度Ra从0.25mm降低到0.03mm。研究结果充分表明,绿色高效非接触的激光抛光可以实现红外探测器杜瓦组件外表面激光焊焊缝的高质量抛光,在红外探测器制造领域有重大的潜在应用价值。     

集成冷光学的双波段杜瓦组件技术

集成冷光学的红外探测器杜瓦封装在中波、长波红外组件研制中具有重要意义，有利于抑制红外辐射背景、提升仪器灵敏度和集成度。提出了集成冷光学的中波、长波双波段探测器杜瓦组件，设计了一体化冷平台支撑、低漏热透镜支撑等新结构，解决了冷光学透镜组与探测器组合、双波段探测器透镜组之间高精度配准及高强度单点支撑钎焊等新工艺，建立了该冷光学集成组件杜瓦的冷面温度均匀性、双温区控制以及低热负载等关键参数。实现了杜瓦液氮热负载小于0.85 W，中波工作于73 K，冷面温度均匀性0.36 K，长波工作于65 K，冷面温度均匀性0.08 K，探测器与透镜组配准精度偏差优于±10μm，探测器光学模组间配准偏差优于±15μm。该新型杜瓦已通过一系列空间环境适应性试验验证，成功应用于风云四号系列气象卫星大气垂直探测仪中。     

红外探测器杜瓦冷头的低温可靠性研究

红外探测器杜瓦冷头结构受温度冲击时容易损伤,甚至会导致探测器组件失效。这是红外探测器组件产品研制中不可避免的可靠性问题之一。针对红外探测器杜瓦冷头的低温可靠性问题展开了相关研究。结合粘接失效原理和有限元仿真,讨论了粘接胶厚度、溢胶等情况对杜瓦冷头低温应力、冷头-冷指粘接面积与探测器温度关系的影响。结果表明,胶层状态是影响杜瓦冷头低温损伤和温度传导的重要原因。产品研制过程中可通过控制粘接胶层来降低大面阵探测器粘接结构的低温应力,从而提高冷头结构的低温可靠性。     

非真空制冷型红外探测器小型化封装技术

基于红外探测系统对小体积制冷型红外探测器的应用需求,提出了一种新型非真空制冷型红外探测器小型化封装技术。阐述了其结构和工艺设计要点,实现了组件封装并通过耦合J-T制冷器进行了相关性能测试。结果表明,本文所述的设计方案可实现128×128元(15 μm) InSb芯片封装,组件尺寸小于等于Φ20 mm×15 mm,重量约为5 g,性能比现有产品显著提升,探测成像性能可以满足使用要求。该组件的启动时间可达到4 s以内,蓄冷时间目前为6 s,制冷性能在后续研究中联合制冷器设计可以得到进一步优化。     

红外探测器封装微型杜瓦瓶结构与分析

本文分析了用于多元红外探测器封装的微型杜瓦瓶的三种结构形式，并分析了其漏热，电学性能和工艺性，通过比较对今后我国红外探测器封装技术作出预测。     

长线列碲镉汞红外焦平面微型杜瓦的研究

针对长线列碲镉汞红外焦平面探测器封装的特点,文章讨论了分置式微型杜瓦研制的难点。在用于封装2000元碲镉汞焦平面芯片的分置式微型杜瓦研制中,详细阐明了一种焦平面芯片其装载面为斜拉式支撑结构的设计,实现了探测器外引功能线的布线优化及其输出引线工艺改进,并提出了一种大尺寸高气密光学窗口的焊接方法等关键技术。通过这些关键技术的突破,成功研制出了2000元碲镉汞焦平面探测器杜瓦组件。     

可对信号再处理的拼接红外探测器封装电学设计

随着线列型红外探测器技术的发展,对超大视场扫描的需求是线列型红外测器应用的重要方向,超大视场扫描通常需要由多片线列型红外探测器拼接完成,而拼接设计的核心主要是封装结构设计。如何将探测器信号完整的引出到封装体外,就是封装结构设计中电学设计需要做的工作。文章介绍了一种线列型红外探测器拼接结构的封装电学设计,首先介绍该拼接结构的拼接方式,然后介绍为满足该种结构的电学结构设计方案,尤其是对信号二次处理部分的电学结构设计方案,最后介绍针对该种电学结构方案进行的电学布线设计方案。     

红外探测器组件封装中的引线特性研究

引线互联是红外探测器封装的关键工艺之一,而采用何种引线则会直接影响红外探测器组件的电学、力学和热学性能。引线互联需要考虑引线的材料、线径、长度和引线工艺,因而红外探测器封装中通过采用多种引线来满足不同需求。系统介绍了红外探测器封装所用引线的电学、力学和热学性能,重点测试和分析了金丝、硅铝丝、铂金丝等引线在大气和真空环境下的熔断电流。大气环境下引线的熔断电流明显大于真空环境下,并与经验公式的结果基本一致。该研究可为航天用红外探测器封装的引线选择提供参考。     

大规模红外探测器冷箱结构的优化设计

针对大规模红外探测器的封装需求,介绍了冷箱封装结构的设计方法和特点。根据不同类型的大规模红外探测器组件的用途和需求,对其封装结构、重量、热负载以及可靠性等进行了分析,并针对某型大规模红外探测器组件的封装结构开展了优化设计。以轻量化、低功耗为设计思路,采用有限元仿真工具对封装结构进行了优化设计,使其能够满足设计要求。     

非制冷红外探测器研究进展（特邀）

非制冷红外探测器由于无需制冷装置,能够工作在室温状态下,具有成本低、体积小、功耗低等特点,在红外领域得到了广泛的应用。在军事应用方面,非制冷型探测器的应用逐渐进入了之前制冷型探测器的应用范围,大量应用在一些低成本的武器系统,甚至在一些应用领域取代了原来的非制冷型探测器。在民用领域方面,更表现出了其价格和使用方便的优势,在民用车载夜视、安防监控等应用领域引起了广泛的兴趣和关注。文中介绍了Bolometer、热释电、热电堆等几种典型非制冷红外探测器的工作原理,列举了目前已实现商业化应用的主要产品在国内外的情况,着重介绍了目前应用最广泛的Bolometer器件主流产品的像元间距、阵列规格、性能及其封装发展的情况。除了已实现商业化应用的Bolometer、热释电、SOI二极管等探测器等产品,还详细介绍了一些非制冷探测新技术或新型器件:比如超表面在增强某些波段吸收方面的应用,新材料的Bolometer探测器、双材料新型非制冷器件、石墨烯、量子点、纳米线等光电探测技术的研究进展。最后文章还对今后非制冷红外探测器的发展趋势作了预测。     

非制冷红外探测器陶瓷封装结构优化及可靠性分析

陶瓷封装是非制冷红外探测器最主流的封装形式,封装的低成本、小型化和高可靠性是发展方向。在某款陶瓷封装探测器结构的基础上,提出一种优化结构,优化后成本降低约5%、体积缩小约30%。基于ANSYSWorkbench有限元分析软件,从网格数量无关性验证出发,分析了非制冷红外探测器陶瓷封装原始结构和优化结构各组件在10.2G随机振动环境和500g半正弦波冲击振动环境的最大等效应力和最大形变,结果显示两种结构均满足可靠性要求。在此基础上,本文对优化结构红外窗口的不同材料和不同厚度进行了500g半正弦波冲击振动环境可靠性仿真,结果表明：0.3 mm～1.0 mm厚度锗窗口和硅窗口均满足可靠性要求,最大等效应力和最大形变与窗口厚度呈负相关,相同厚度的红外窗口,硅窗口比锗窗口可靠性表现更好。本文的研究为非制冷红外探测器陶瓷封装形式的后续结构设计和仿真计算提供了参考。     

晶圆级封装非制冷大面阵红外探测器应用分析

红外成像系统已经应用到军事和民用领域多年,但一直没得到广泛应用,主要原因是其分辨率低、成本高、工艺不稳定和技术门槛高等。解决这些问题需要从传感器工艺、探测器封装、红外图像处理芯片等方面加以改进。红外技术未来会朝低成本、专用处理芯片、高分辨率等方向发展。目前,国内厂商陆续推出了晶圆级封装(Wafer-Level Package,WLP)、高分辨率探测器和专用图像处理芯片等方面的新产品。但采用这些新器件的红外成像系统却没有得到相应的研究。本文主要基于烟台艾睿光电科技有限公司新推出的晶圆级封装的1280×1024元红外探测器以及专用图像处理芯片的实际应用,在系统架构、结构散热、成像算法等方面对由新器件构建的红外成像系统进行了验证分析。     

3D打印氧化锆材料在红外探测器中的应用探索

杜瓦为红外焦平面探测器提供良好的低温工作环境以及光、机、电、热传输通道。其中冷台面支撑结构作为红外探测器的承载平台,承受设备运输、振动、冲击等作用,对支撑结构的强度提出了更高的要求。因此需要开发新型支撑结构以提高杜瓦的可靠性。根据红外探测器组件低传导漏热、高可靠性的需求,从宏观和微观的角度对不同的支撑结构材料进行分析,对比了两种成型工艺所制备的支撑结构对红外探测器设计制造的影响。与传统加工方式相比,采用数字光处理(Digital Light Procession, DLP)技术成型的氧化锆精度可达到±0.03 mm,与X射线衍射仪(X-Ray Diffractometer, XRD)衍射峰标准卡片符合。这说明其纯度较高,且该技术能缩短工艺时长,优化封装流程。     

制冷焦平面探测器组件冷平台材料研究进展

红外焦平面探测器在航空、航天、军事等多个领域具有广泛应用。我国亟需发展大面阵、轻量化和高可靠性的红外焦平面探测器及其杜瓦组件。介绍了国内外红外探测器组件的冷平台材料选用情况,包括Fe-Ni膨胀合金、低膨胀高导热合金和新型陶瓷等。总结了红外焦平面探测器热失配应力的来源以及减小热失配应力的解决方案。最后给出了红外探测器研制过程中的冷平台材料选取建议以及在红外焦平面探测器组件发展趋势下需要重点研究的相关技术。     

中波凝视红外焦平面探测器性能参数的提取

320×320中波凝视红外焦平面碲镉汞探测器是红外相机的关键部件。红外焦平面性能参数的测试评价是红外探测器发展中的关键技术之一。针对这一情况进行探测器特性评价,定量化获取其性能参数的精确值显得尤为重要,如探测器的暗电流、响应线性度和非均匀性等。详细叙述了各个性能参数测试的方法,通过处理标准实验条件下得到的实验数据算出探测器各个参数的精确值。