CN103400848B - 用于倍增电荷耦合器件的封装结构 - Google Patents

用于倍增电荷耦合器件的封装结构 Download PDF

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Abstract

一种用于倍增电荷耦合器件的封装结构，其特征在于：它由制冷器安装腔、真空泵接口、半导体制冷器、PCB电路板、芯片、环形支架和盖板组成；前述各个部件均为分体式结构；所述半导体制冷器设置于制冷器安装腔内，制冷器安装腔上端面与PCB电路板下端面密封连接；PCB电路板上端面与环形支架下端面密封连接；环形支架上端面与盖板密封连接；芯片设置于半导体制冷器的上端面；真空泵接口设置于半导体制冷器上；盖板中部设置有光窗。本发明的有益技术效果是：装置内的各个部分均为分体式结构，便于更换、维修和调节，同时，可对封装结构进行重复抽真空处理，提高新样品的制作效率，降低样品损耗。

Description

用于倍增电荷耦合器件的封装结构
技术领域
本发明涉及一种半导体器件封装技术，尤其涉及一种用于倍增电荷耦合器件的封装结构。
背景技术
电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)实现高质量微光成像探测的前提条件是器件工作暗电流很小；现有技术中，用于降低EMCCD工作暗电流最有效、最普遍的方法是冷却法，因此，有必要设计合理、科学的封装结构来满足EMCCD低温工作的要求。
通常提供低温环境的制冷方式有自然冷却、强迫式空气冷却和半导体制冷器冷却方式。针对EMCCD冷却技术中的问题，从制冷效果、工装尺寸、可操作性和与探测器适用性的角度出发，选用半导体制冷器冷却方式具有相当明显的优势，如美国的Princeton Instruments(PI)公司生产的ProEM Brochure产品，日本的Hamamatsu(滨松)公司生产的EMCCD Camera产品中都采用了半导体制冷器冷却方式来保证EMCCD工作于低温环境；但现有的产品都存在一个共同的问题，即EMCCD的封装结构均采用固定真空形式封装，EMCCD的内部器件不可替换，一旦EMCCD中的某一器件失效，就造成整个图像传感器成像组件报废，尤其在实验研发阶段，经常需要对不同器件的性能进行测试，这种固定真空形式封装导致样品耗费巨大。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种用于倍增电荷耦合器件的封装结构，其创新之处在于：它由制冷器安装腔、真空泵接口、半导体制冷器、PCB电路板、芯片、环形支架和盖板组成；前述各个部件均为分体式结构；
所述半导体制冷器设置于制冷器安装腔内，制冷器安装腔上端面与PCB电路板下端面密封连接；PCB电路板上端面与环形支架下端面密封连接；环形支架上端面与盖板密封连接；芯片设置于半导体制冷器的上端面；真空泵接口设置于制冷器安装腔的侧壁上；盖板中部设置有光窗。
前述方案的原理是：各个器件均为分体式结构，在封装好后，通过真空泵接口对装置内部进行抽真空处理，可以起到与现有技术中的封装结构相同的封装效果，通过半导体制冷器使EMCCD工作于低温环境；当装置内的某一部件损坏后，可通过拆卸将盖板取下，然后对相应器件进行维修、更换、调节；本发明尤其适于对实验研发阶段中的样品进行封装，可大幅提高新样品的制作效率，避免某一器件损坏或需要更换导致须要整体重做样品。
优选地，所述制冷器安装腔与PCB电路板之间采用锡焊焊接；所述PCB电路板与环形支架之间采用锡焊焊接。
实际工程中，芯片既是产品的核心，也是测试的重点，为了便于对芯片进行拆卸更换，本发明还提出了如下改进方案：所述芯片和半导体制冷器之间通过缩醛胶粘接。采用缩醛胶来贴装芯片具有如下好处：缩醛胶可溶于有机溶剂，一旦芯片在测试过程中失效或需要更换其他芯片进行测试时，先将盖板拆下后，把芯片的贴装部位浸泡在有机溶剂中，待缩醛胶溶解后即可取下芯片，再把芯片贴装部清洗干净后，即可贴装新的芯片，最后再将盖板装上，重新抽真空后即可用于测试，大大提高新样品的制作效率。
为了缩减装置的轴向长度，本发明还提出了如下的优选方案：所述真空泵接口设置于制冷器安装腔的侧壁上，真空泵接口的轴向与制冷器安装腔的径向互相平行。
优选地，所述制冷器安装腔的材质采用铜材料。
优选地，所述环形支架与盖板之间通过螺栓连接，环形支架和盖板的接触面上设置有密封环。
从兼顾工艺性和散热性的角度出发，优选地，所述制冷器安装腔的底面厚度为2mm。
本发明的有益技术效果是：装置内的各个部分均为分体式结构，便于更换、维修和调节，同时，可对封装结构进行重复抽真空处理，提高新样品的制作效率，降低样品损耗。
附图说明
图1、本发明的结构剖面示意图；
图2、本发明的结构俯视图；
图中各个标记对应的部件分别为：制冷器安装腔1、真空泵接口2、半导体制冷器3、PCB电路板4、芯片5、环形支架6、盖板7。
具体实施方式
一种用于倍增电荷耦合器件的封装结构，它由制冷器安装腔1、真空泵接口2、半导体制冷器3、PCB电路板4、芯片5、环形支架6和盖板7组成；前述各个部件均为分体式结构；所述半导体制冷器3设置于制冷器安装腔1内，制冷器安装腔1上端面与PCB电路板4下端面密封连接；PCB电路板4上端面与环形支架6下端面密封连接；环形支架6上端面与盖板7密封连接；芯片5设置于半导体制冷器3的上端面；真空泵接口2设置于制冷器安装腔1的侧壁上；盖板7中部设置有光窗。
进一步地，所述制冷器安装腔1与PCB电路板4之间采用锡焊焊接；所述PCB电路板4与环形支架6之间采用锡焊焊接。
进一步地，所述芯片5和半导体制冷器3之间通过缩醛胶粘接。
进一步地，所述真空泵接口2设置于制冷器安装腔1的侧壁上，真空泵接口2的轴向与制冷器安装腔1的径向互相平行。
进一步地，所述制冷器安装腔1的材质采用铜材料。
进一步地，所述环形支架6与盖板7之间通过螺栓连接，环形支架6和盖板7的接触面上设置有密封环。
进一步地，所述制冷器安装腔1的底面厚度为2mm。如果底面厚度太薄，不仅不易加工，而且容易出现翘曲，反而会导致散热性下降，如果底面厚度太厚，虽然解决了工艺性问题，但不利于散热；发明人经过反复实验后，发现制冷器安装腔1的底面厚度为2mm时，其工艺难度相对适中，且散热性较为理想。

Claims (7)

1.一种用于倍增电荷耦合器件的封装结构，其特征在于：它由制冷器安装腔（1）、真空泵接口（2）、半导体制冷器（3）、PCB电路板（4）、芯片（5）、环形支架（6）和盖板（7）组成；前述各个部件均为分体式结构；
所述半导体制冷器（3）设置于制冷器安装腔（1）内，制冷器安装腔（1）上端面与PCB电路板（4）下端面密封连接；PCB电路板（4）上端面与环形支架（6）下端面密封连接；环形支架（6）上端面与盖板（7）密封连接；芯片（5）设置于半导体制冷器（3）的上端面；真空泵接口（2）设置于制冷器安装腔（1）的侧壁上；盖板（7）中部设置有光窗。
2.根据权利要求1所述的用于倍增电荷耦合器件的封装结构，其特征在于：所述制冷器安装腔（1）与PCB电路板（4）之间采用锡焊焊接；所述PCB电路板（4）与环形支架（6）之间采用锡焊焊接。
3.根据权利要求1所述的用于倍增电荷耦合器件的封装结构，其特征在于：所述芯片（5）和半导体制冷器（3）之间通过缩醛胶粘接。
4.根据权利要求1所述的用于倍增电荷耦合器件的封装结构，其特征在于：所述真空泵接口（2）的轴向与制冷器安装腔（1）的径向互相平行。
5.根据权利要求1所述的用于倍增电荷耦合器件的封装结构，其特征在于：所述制冷器安装腔（1）的材质采用铜材料。
6.根据权利要求1所述的用于倍增电荷耦合器件的封装结构，其特征在于：所述环形支架（6）与盖板（7）之间通过螺栓连接，环形支架（6）和盖板（7）的接触面上设置有密封环。
7.根据权利要求1所述的用于倍增电荷耦合器件的封装结构，其特征在于：所述制冷器安装腔（1）的底面厚度为2mm。
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