Apd焦平面的封裝裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種APD焦平面的封裝裝置，包括：殼體、設于殼體內的封裝管殼以及與封裝管殼連接的PCB電路板；所述殼體包括前、后面板以及四個側板，一隔板垂直連接于四個側板以將殼體分為前腔和后腔，所述殼體的后面板上設有微型風扇，前面板上設有窄帶濾光片，所述后腔設有散熱裝置；所述封裝管殼設于隔板上且位于前腔內；所述PCB電路板一端與隔板連接，另一端與封裝管殼連接。上述APD焦平面的封裝裝置，可以使得APD焦平面陣列通過半導體熱電制冷在淺低溫下正常工作并實現(xiàn)恒溫控制，同時為器件提供良好的光電熱通路。
【專利說明】APD焦平面的封裝裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光電成像器件的制冷封裝結構，尤其涉及一種在半導體熱電制冷工作下，具有良好光電熱通路的Aro焦平面的封裝裝置。
【背景技術】
[0002]H1- V族化合物材料的APD焦平面陣列為光電成像器件，通常需要多個輸入輸出電學端口以及準直的光學通路；為了抑制熱致暗載流子引發(fā)的虛警以及偏置工作點的漂移，器件還需要在恒定的低溫下工作。傳統(tǒng)的制冷方式有液氮制冷、氣體節(jié)流式制冷、斯特林循環(huán)制冷等，這些方式結構復雜、體積大、成本高，并不適用于只需在淺低溫條件下APD焦平面陣列的低功耗、小型化、緊湊型運用；半導體熱電制冷器利用半導體的珀爾帖效應產生溫差，冷端用于制冷，通過控制輸入電流或電壓，實現(xiàn)高精度的溫度控制，但其常規(guī)的用法只是實現(xiàn)芯片在室溫左右的恒溫控制(如LED、LD封裝)，未考慮制冷情況下如光窗低溫結霜、熱端傳導積熱等問題對器件光電熱通路的影響。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種Aro焦平面的封裝裝置，可以使得APD焦平面陣列通過半導體熱電制冷在淺低溫下正常工作并實現(xiàn)恒溫控制，同時為器件提供良好的光電熱通路。
[0004]本發(fā)明提供一種APD焦平面的封裝裝置，包括:殼體、設于殼體內的封裝管殼以及與封裝管殼連接的PCB電路板；所述殼體包括前、后面板以及四個側板，一隔板垂直連接于四個側板以將殼體分為前腔和后腔，所述殼體的后面板上設有微型風扇，前面板上設有窄帶濾光片，所述后腔設有散熱裝置；所述封裝管殼設于隔板上且位于前腔內；所述PCB電路板一端與隔板連接，另一端與封裝管殼連接。
[0005]其中，所述封裝管殼包括底板、腔體、熱電制冷器、轉接板、Aro焦平面陣列芯片、熱敏電阻、若干封裝管殼引線、金屬蓋板，所述底板固設于隔板上且位于前腔內，所述腔體垂直設于底板上，所述熱電制冷器設于腔體內，且熱電制冷器的熱面與底板連接，冷面與轉接板連接，所述Aro焦平面陣列芯片設于所述轉接板上，所述熱敏電阻設于所述轉接板上靠近Aro焦平面陣列芯片的位置，所述腔體上設有供封裝管殼引線穿過的孔，若干封裝管殼引線穿過該孔與所述Aro焦平面陣列芯片、熱敏電阻和半導體熱電制冷器電連接，所述金屬蓋板蓋設于所述腔體上。
[0006]其中，所述隔板上設有若干第一螺紋孔，所述封裝管殼的底板邊緣上設有與所述第一螺紋孔相應的若干第二螺紋孔，若干螺釘通過第二和第一螺紋孔將封裝管殼螺紋連接于隔板上。
[0007]其中，所述PCB電路板的一端與所述隔板螺紋連接，另一端與所述封裝管殼引線未連接APD焦平陣列芯片和熱敏電阻的一端連接。
[0008]其中，在所述隔板與四個側板連接的四個角分別設有可調節(jié)高度的臺階，每一臺隊上設有螺紋孔，所述PCB電路板螺紋連接于該所述臺階上。
[0009]其中，所述散熱裝置為鰭狀散熱結構。
[0010]其中，所述殼體的每一側板上設有通風口。
[0011]其中，所述殼體上四個側面與隔板一體沖壓成型。
[0012]其中，所述前、后面板分別與所述四個側板的兩端螺紋連接。
[0013]本發(fā)明的APD焦平面的封裝裝置，封裝管殼為APD焦平面陣列提供必要的機械支撐、氣密性環(huán)境保護以及與下一級封裝的電學互連，殼體為陣列器件提供消除了雜散光的光學通路和產生熱量的耗散途徑。該封裝結構滿足APD焦平面陣列對光電熱通路的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖；
[0015]圖1是本發(fā)明APD焦平面的封裝裝置一實施例的剖面圖。
[0016]圖2及圖3是本發(fā)明APD焦平面的封裝裝置一實施例中殼體前、后腔的結構示意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明APD焦平面的封裝裝置一實施例中后面板的結構示意圖。
[0018]圖5是本發(fā)明APD焦平面的封裝裝置一實施例中殼體的裝配示意圖。
[0019]圖6是本發(fā)明APD焦平面的封裝裝置一實施例中封裝管殼的結構示意圖。
[0020]圖7是本發(fā)明APD焦平面的封裝裝置一實施例中封裝管殼的裝配示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0022]應當理解的是，雖然此處可以使用“第一”、“第二”等術語來描述各種元件，但是這些元件不應當由這些術語所限制。這些術語僅用來區(qū)分一個元件和另一個元件。因此，下文所討論的“第一”元件也可以被稱為“第二”元件而不偏離本發(fā)明的教導。應當理解的是，當提及一元件“連接”或者“聯(lián)接”到另一元件時，其可以直接地連接或直接地聯(lián)接到另一元件或者也可以存在中間元件。相反地，當提及一元件“直接地連接”或“直接地聯(lián)接”到另一元件時，則不存在中間元件。
[0023]在此使用的術語僅僅用于描述具體的實施方式的目的而無意作為對本發(fā)明的限定。如此處所使用的，除非上下文另外清楚地指出，則單數(shù)形式意圖也包括復數(shù)形式。
[0024]應當進一步理解的是，當在本說明書中使用術語“包括”和/或“包括有”時，這些術語指明了所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一個以上其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其群組的存在和/或附加。
[0025]請參見圖1至圖7，本實施例的APD焦平面的封裝裝置，包括:殼體101、設于殼體101內的封裝管殼200以及與封裝管殼200連接的PCB電路板106 ;所述殼體101包括前面板105、后面板103以及四個側板,一隔板220垂直連接于四個側板以將殼體101分為前腔和后腔，所述殼體101的后面板103上設有微型風扇102，前面板105上設有窄帶濾光片104，所述后腔設有散熱裝置109 ;所述封裝管殼200設于隔板220上且位于前腔內；所述PCB電路板106 —端與隔板220連接，另一端與封裝管殼200連接。其中:
[0026]本實施例的殼體101為一體式散熱結構的殼體，其采用高導熱系數(shù)的鋁質材料，整體沖壓形成前后兩腔一體式殼體結構。所述殼體101包括前面板105、后面板103、四個側板、垂直連接于四個側板以將殼體101分為前腔和后腔的隔板220。所述前面板105、后面板103與所述四個側板的兩端螺紋配合，所述后面板103加裝有微型風扇102，前面板105加裝有窄帶濾光片104 ;所述前腔部分用于裝設封裝管殼200，所述前腔處于全封裝狀態(tài)，在保證光通路的同時，有效抑制雜散光的進入；后腔部分用于裝設散熱裝置109。本實施例中，所述散熱裝置109為鰭狀散熱結構。在四個側板上還設有通風口 110以加強空氣對流；所述隔板220與所述四個側板一體沖壓成型。
[0027]在前腔部分，隔板220與側板連接的四個角上各設有一可調節(jié)高度的臺階108，臺階108采用環(huán)形墊片來調節(jié)高度。在隔板220的中心位置分部開設有若干個第一螺紋孔，該第一螺紋孔用于固定封裝管殼。
[0028]所述封裝管殼200固設于隔板220的前腔面上，所述封裝管殼200包括底板203、腔體201、熱電制冷器205、轉接板207、APD焦平面陣列芯片208、熱敏電阻206、若干封裝管殼引線、金屬蓋板204，所述底板203固設于隔板上且位于前腔內，所述腔體201垂直設于底板203上，所述熱電制冷器205設于腔體內，且熱電制冷器205的熱面與底板203連接，冷面與轉接板207連接，所述APD焦平面陣列芯片208設于所述轉接板207上，所述熱敏電阻206設于所述轉接板207上靠近APD焦平面陣列芯片208的位置，所述腔體201上設有供封裝管殼引線穿過的孔，若干封裝管殼引線穿過該孔與所述AH)焦平面陣列芯片208、熱敏電阻206以及熱電制冷器205進行相應的電連接，所述金屬蓋板204蓋設于所述腔體201上。其中:
[0029]所述底板203采用導熱系數(shù)較高且熱膨脹系數(shù)和熱電制冷器205的熱面陶瓷材料相當?shù)腤80Cu20鎢銅材料制成，雙面鍍金，平整度高于lmm/m。所述腔體201垂直與底板203連接，底板203的邊緣上且靠近腔體201的外邊緣部分開設有若干與第一螺紋孔相應的第二螺紋孔，所述第二螺紋孔與第一螺紋孔配合以將底板203螺紋連接于隔板220上。在將底板203固定于隔板220上前，底板203的外表面均勻涂覆一層高導熱系數(shù)的導熱硅脂，對細微空隙進行熱傳遞介質填充，形成良好的熱傳導通路。
[0030]所述腔體201采用柯伐合金4J29材料制成，腔體201上開設有若干供封裝管殼引線穿過的孔，封裝管殼引線穿入DM305硼硅酸鹽玻璃絕緣子，在腔體201的孔上燒結形成高密度四邊引線型金屬-玻璃封接。
[0031]所述轉接板207采用高導熱系數(shù)的AlN陶瓷材料，正面采用熱蒸發(fā)工藝制作四邊引出的金屬(Pt/Au)電極，所述轉接板207的底面與熱電制冷器205的冷面連接。
[0032]APD焦平面陣列芯片208通過環(huán)氧導熱固化膠粘接在轉接板207上，通過金絲球焊提供與封裝管殼引線的電性互連。所述轉接板207的背部實施金屬化用以降低熱通路上的熱阻。半導體熱電制冷器205選用雙面金屬化、兩級陶瓷平板型熱電制冷器件。熱面采用SnPbBi低溫焊料直接焊接在管殼底板203指定中心區(qū)域，冷面用相同焊料與轉接板207金屬化的背部焊接，形成良好的熱通路。正負電極與管殼對應封裝管殼引線相連。工作時，根據(jù)需要調整電極輸入電流或電壓值，以控制冷熱面溫差。熱敏電阻206選用負溫度系數(shù)表貼式元件，通過環(huán)氧導熱固化膠粘接在靠近APD焦平面陣列芯208片的轉接板207上指定位置，正負電極與管殼對應封裝管殼引線相連。熱敏電阻206精確檢測芯片附件溫度，阻值隨溫度升高而減小，與外部PCB電路板上電阻元件組成H橋式結構，將溫度變化信息反饋至外部溫控電路，通過PID補償電路產生控制信號，驅動熱電制冷器電流值變化，實現(xiàn)對APD焦平面陣列芯片208低溫工作溫度的高精度恒溫控制。
[0033]金屬蓋板204與腔體201實現(xiàn)封接，通過釬焊工藝與鎢銅底板實現(xiàn)封接，隨后腔體各表面電鍍鎳層和2 y m-5 y m金層以幫助密封和防止腐蝕，同時封裝管殼引線鍍2 y m-5 y m金層保證引線鍵合與提高可焊性。最后通過平行封焊與平面光窗金屬蓋板實現(xiàn)氣密封接。平面光窗金屬蓋板光窗采用透射率高的藍寶石材料，對近紅外波段進行鍍膜增透處理。與前面板上的窄帶濾光片配合，在光通路上完成了對雜散光的抑制以及特定波長激光(1.06 ii m或1.55 ii m)的高效傳輸。光窗玻璃與蓋板金屬邊框采用高溫熔封工藝氣密封接。平行封焊時，在保證氣密性的前提下，用純凈的低對流系數(shù)的Ar或He等氣體與腔體內空氣置換，排除成像器件表面結霜以及減小熱對流造成熱電制冷器冷熱面熱量傳遞。
[0034]所述PCB電路板106的一端(外邊緣)通過螺栓與四個臺階108螺紋連接，另一端(內邊緣)與封裝管殼引線未連接的一端電連接。四個臺階108可以使得電路板106進行上或下調整。
[0035]應當理解，上述實施例僅是為了能夠更加清楚的理解本發(fā)明的技術方案，上述實施例并不用于限制本發(fā)明的技術方案。在不同的實施例中，本發(fā)明的技術方案還可以作其他變化。比如:隔板與四個側板除了一體成型的方案外，還可以通過其他方式將隔板與四個側板連接，例如焊接、螺紋連接等等；例如封裝管殼的底板除了螺紋連接于隔板上外，還可以通過焊接或者粘接或者其他連接方式固定于隔板上等等；此處便不再一一贅述。
[0036]以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權利范圍，因此依本發(fā)明權利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【權利要求】
1.一種Aro焦平面的封裝裝置，其特征在于，包括: 殼體、設于殼體內的封裝管殼以及與封裝管殼連接的PCB電路板； 所述殼體包括前、后面板以及四個側板，一隔板垂直連接于四個側板以將殼體分為前腔和后腔，所述殼體的后面板上設有微型風扇，前面板上設有窄帶濾光片，所述后腔設有散熱裝置； 所述封裝管殼設于隔板上且位于前腔內； 所述PCB電路板一端與隔板連接，另一端與封裝管殼連接。
2.如權利要求1所述的Aro焦平面的封裝裝置，其特征在于:所述封裝管殼包括底板、腔體、熱電制冷器、轉接板、APD焦平面陣列芯片、熱敏電阻、若干封裝管殼引線、金屬蓋板，所述底板固設于隔板上且位于前腔內，所述腔體垂直設于底板上，所述熱電制冷器設于腔體內，且熱電制冷器的熱面與底板連接，冷面與轉接板連接，所述Aro焦平面陣列芯片設于所述轉接板上，所述熱敏電阻設于所述轉接板上靠近Aro焦平面陣列芯片的位置，所述腔體上設有供封裝管殼引線穿過的孔，若干封裝管殼引線穿過該孔與所述Aro焦平面陣列芯片、熱敏電阻和半導體熱電制冷器電連接，所述金屬蓋板蓋設于所述腔體上。
3.如權利要求2所述的APD焦平面的封裝裝置，其特征在于:所述隔板上設有若干第一螺紋孔，所述封裝管殼的底板邊緣上設有與所述第一螺紋孔相應的若干第二螺紋孔，若干螺釘通過第二和第一螺紋孔將封裝管殼螺紋連接于隔板上。
4.如權利要求3所述的AH)焦平面的封裝裝置，其特征在于:所述PCB電路板的一端與所述隔板螺紋連接，另一端與所述封裝管殼引線未連接APD焦平陣列芯片和熱敏電阻的一端連接。
5.如權利要求4所述的AH)焦平面的封裝裝置，其特征在于:在所述隔板與四個側板連接的四個角分別設有可調節(jié)高度的臺階，每一臺階上設有螺紋孔，所述PCB電路板螺紋連接于所述臺階上。
6.如權利要求1所述的APD焦平面的封裝裝置，其特征在于:所述散熱裝置為鰭狀散熱結構。
7.如權利要求1所述的APD焦平面的封裝裝置，其特征在于:所述殼體的每一側板上設有通風口。
8.如權利要求1所述的Aro焦平面的封裝裝置，其特征在于:所述殼體上四個側面與隔板一體沖壓成型。
9.如權利要求1至8中任一項權利要求所述的APD焦平面的封裝裝置，其特征在于:所述前、后面板分別與所述四個側板的兩端螺紋連接。
【文檔編號】H01L23/38GK103617968SQ201310654243
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權日:2013年12月6日
【發(fā)明者】張秀川, 高新江, 黎小剛 申請人:中國電子科技集團公司第四十四研究所