FR2806835A1

FR2806835A1 - Systeme de capteur/support destine notamment a la detection d'un rayonnement

Info

Publication number: FR2806835A1
Application number: FR0101801A
Authority: FR
Inventors: Arthur A Eneim; Adam M Kennedy; Monesh S Patel; Farhad I Mirbod; Janine F Lambe; Kenneth L Mcallister; Stephen R Gibbs
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: OL Security LLC
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2001-09-28
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: FR2806835B1; US6417514B1

Abstract

L'invention concerne un système de capteur/ support pour notamment la détection d'un rayonnement.Il comprend un ensemble à capteur (28) ayant un détecteur plan (52) de rayonnement s'étendant parallèlement à un plan de référence (63), un circuit de lecture (58) et une interconnexion (64) reliant le détecteur au circuit. Il comprend en outre une structure de support ayant une plate-forme (30) à un côté (42) de laquelle une cale (68) est fixée. La cale (68) est formée d'une matière différente de celle du détecteur et de celle de la plate-forme. Elle réduit la déformation de l'interconnexion lorsque la température du système varie.Domaine d'application : détection de rayonnements, etc.

Description

L'invention concerne des systèmes de capteurs qui sont chauffés et/ou refroidis pendant le service, et plus particulièrement une structure qui réduit les déformations dilatation thermique entre les éléments de l'ensembleà capteur.

Un ensembleà capteur reçoit de l'énergie rayonnée depuis une scène, et convertit cette énergie en signaux électriques pour un affichage et/ou une analyse. De nombreux ensemblesà capteursà infrarouge et d'autres types fonctionnent de la façon la plue efficace la plus fiable lorsqu'ils sont refroidisà une température cryogénique, c'est-à-dire sensiblement au point ébulli tion de l'azote liquide,77K, et sont mis en #uvre pour isoler thermiquement l'ensembleà capteur et éviter la condensation de gaz tels que la vapeur d'eau sur1 ensemble a capteur. Pour établir ces conditions en service, l'ensembleà capteur est monté sur la plate-forme supportée sur un tube creux appelé "doigt froid" et,à l'intérieur un vase dewar vidé/dune enceinteà vide. Le vase dewar/lIenceinte à vide comprend habituellement une enveloppeà vide isolée ayant une fenêtreà travers laquelle le capteur voit une scène extérieure.

Lorsque le capteur est destinéà être utilisé en service, l'extrémité opposée du doigt froid est refroidie un dispositif de refroidissement, évacuant chaleur du doigt froid, de la plate-forme et de l'ensembleà capteur. Après que l'ensembleà capteur a atteint la température abaissée et demandée de fonctionnement, il devient opérationnel.

Dans une conception, l'ensembleà capteur comprend un détecteur de rayonnement plan et un circuit de lecture plan joint faceà face au détecteur par plusieurs bosses d interconnexion, l'espace restant étant habituellement rempli d'un adhésif tel qu'un époxy. Le détecteur de rayonnement et le circuit de lecture sont formés de matières différentes, ayant des coefficients de dilatation thermique différents. Les bosses établissent la fois une communication électrique entre le détecteur et le circuit de lecture, et une jonction structurelle. Cette structure est bien connue dans la technique.

L'ensembleà capteur est habituellement assemblé et réuni la plate-forme du doigt froid sensiblementà la température ambiante (3000K), avec des déformations négligeables entre le détecteur de rayonnement et le circuit de lecture. Lorsque l'ensembleà capteur est refroidià la température de service, des déformations dues à des différences de dilatation thermique entre le détecteur de rayonnement et le circuit de lecture apparaissent du fait des différents coefficients de dilatation thermique du détecteur et du circuit de lecture. Ces déformations thermiques différentes appliquent des contraintes aux bosses d'interconnexion, ce qui peut provoquer une défaillance des bosses d'interconnexion et donc de l'ensembleà capteur.

Plusieurs approches ont été suggérées pour résoudre ce problème. Dans l'une d'elles, on utilise des bosses d'interconnexion plus hautes pour leur permettre de se déformer, réduisant ainsi la fréquence des défaillances. Cette approche convientà des ensemblesà capteurs de faible étendue latérale, mais est d'une utilité limitée pour des ensemblesà capteurs plus grands. Dans une autre approche, l'adhésifà époxy est supprimé, mais la structure résultante peut avoir une résistance mécanique insuffi sante. Dans une troisième approche, on a utilisé différentes matières dans l'ensembleà capteur pour tenter de réduire la désadaptation de la dilatation thermique, mais le capteur résultant présente des performances de fonctionnement diminuées. Dans une quatrième approche, un substrat de circuit de lecture est incorporé dans l'ensembleà capteur entre le circuit de lecture et la plate-forme afin de modifier les propriétés de dilatation thermique du circuit de lecture pour qu'elles soient plus proches de celles du détecteur de rayonnement. Cette approche fonctionne, mais le substrat du circuit de lecture sert également d'impédance thermique substantielle entre l'ensemble capteur et le refroidisseur, augmentant le temps de refroidissement et donc le temps d'attente avant que le systèmeà capteur puisse commencerà fonctionner. Ce temps d'attente accru est inacceptable pour certaines applications. Le substrat du circuit de lecture modifie également la position axiale du plan image, ce qui aboutit à une incompatibilité physique des systèmes qui utilisent le substrat du circuit de lecture et de ceux qui ne l'utilisent pas. L'utilisation du substrat du circuit de lecture augmente également les longueurs nécessaires des fils de liaison, les rendant plus sensibles aux chocs et aux vibrations. L'utilisation du substrat du circuit de lecture ne peut donc pas etre recommandée pour certaines applications.

On a donc besoin d'une approche pour réduire les déformations par dilatations thermiques différentes entre le détecteur et le circuit de lecture d'un ensemble capteur qui doit être refroidi en cours de fonctionnement. L'invention satisfaità ce besoin, et procure en outre des avantages connexes.

L'invention propose une structure de capteur/support présentant des déformations, duesà des dilatations thermiques différentes, entre le détecteur et le circuit de lecture de l'ensembleà capteur qui sont réduites et, par conséquent, un risque réduit de défaillance et une durée de vie en service accrue. Les performances de l'ensemble capteur sont maintenuesà un niveau élevé. La présente approche ne nécessite aucune modification du capteur ou d'autres matières de fabrication, de la position du plan image, des longueurs de liaisons par fils ou des hauteurs des bosses, ce qui a pour résultat que la présente approche peut être utilisée avec des ensemblesà capteurs dont la structure estdéjà optimisée pour les performances des capteurs. Le temps de refroidissement de la structure de capteur/support n'est pas sensiblement augmenté en comparaison avec une structure classique, en sorte que le temps d'attente entre le commencement du refroidissement et le commencement du fonctionnement du capteur n'est pas sensiblement allongé. La présente approche peut fonctionner conjointement avec des structures de capteurs/ supports qui doivent être chauffées et refroidies de façon répétée, et elle donne des résultats particulièrement favorables dans de telles applications.

Conformémentà l'invention, un système de cap- teur/support comporte un ensembleà capteur comportant un détecteur de rayonnement et un circuit de lecture joint au détecteur, avantageusement par plusieurs bosses rigides d'interconnexion électrique s'étendant entre le détecteur et le circuit de lecture. Le système de capteur/support comprend en outre une structure de support comportant une plate-forme ayant un premier côté auquel l'ensemble capteur est fixé et un second côté opposé au premier côté.

Une structure de stabilisation est fixée au second côte de la plate-forme. La structure de stabilisation est avantageusement une cale fixée au second côté de la plate- forme, à distance de l'ensembleà capteur. La structure de stabilisation réduit la déformation de l'interconnexion lorsque la température du système de capteur/support est modifiée, en comparaison avec la déformation apparaissant dans l'interconnexion lorsque la capture est modifiée en l'absence de la structure de stabilisation.

La structure de stabilisationà cale est appliquée au côte de la plate-forme éloigné de l'ensembleà capteur, qui est un espace ne se trouvant pas sous vide pour la plupart des dewars. La cale n'est pas positionnée entre l'ensemble à capteur et la plate-forme, en sorte qu'elle n'agit pasà la manière d'une impédance thermique réduisant la vitesse de refroidissement et allongeant le temps d'attente avant le commencement du fonctionnement de l'ensembleà capteur, comme c'est le cas pour des systèmes utilisant un substrat de circuit de lectureà dilatation maîtrisée. La structure les matières de fabrication et la géométrie de l'ensemble a capteur ne sont pas altérées par l'utilisation l'invention, en sorte que l'ensembleà capteur peut être optimisé séparément en ce qui concerne les performances opto-électroniques du capteur.

L'invention sera décrite plus en détail en regard dessins annexésà titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: figure1 est une vue en coupe schématique d'un ensembleà dewar/enceinte à vide; figure 2 est une vue schématique d'un détail l'ensembleà capteur; figure3 est une vue d'une partie de la figure montrant une autre approche pour fixer la cale au second côté la plate-forme; et . la figure 4 est un graphique idéalisé de la différence de déformation pendant une excursion thermique en fonction du nombre de cycles d'excursion thermique.

La figure1 illustre une forme appréciée d'une ensem bleà dewar/enceinte à vide 20 comprenant un vase dewar 22 dont l'intérieur est vidé en cours de service. Le vase dewar 22 comporte des parois 24 d'enveloppeà vide, avec une fenêtre26 dans l'une des parois 24. Un ensembleà capteur28 est fixéà une plate-forme30 faceà la fenêtre 26. La plate-forme30 peut être constituée d'une seule pièce de matière (comme illustré) ou de multiples pièces jointes les unes aux autres. La plate-forme30 est habituellement formée d'un métal tel que du titane ou du molybdène, ou leurs alliages. Un écran métallique froid32 est fixéà la plate-forme30 et est positionné de façonà être latéralement adjacentà l'ensembleà capteur28, pour empêcher un rayonnement étranger d'atteindre l'ensembleà capteur28. L'écran froid32 est traversé par une ouverture 34 placée dans l'alignement entre l'ensembleà capteur28 et la fenêtre26, afin que l'ensembleà capteur28 voie une scène extérieureà travers la fenêtre 26 et l'ouverture L'ensembleà capteur28 est connectéà des instruments extérieurs (non représentés) par des fils36, lesquels passent dans une traversée38 s'étendantà travers la paroi 24. La matière dont est constituée la fenêtre26 choisie de façonà transmettre un rayonnement de la longueur d'onde captée par l'ensembleà capteur28, et ces fenêtres et matières pour fenêtre sont bien connues dans la technique pour les diverses longueurs d'ondes auxquelles on s intéresse.

L'ensembleà capteur28 fonctionne le plus efficace mentà des températures abaissées, dans la majorité applicationsà environ77K, qui est le point d'ébullition l'azote liquideà la pression atmosphérique. Pour refroidir l'ensembleà capteur28 depuis la température ambiante (environ :300 < >K) jusqu'à la température fonctionnement, cet ensemble est fixé sur un premier côté de la plate-forme30. Un second côté 42, opposé au précédent, de la plate-forme30 est liéà une extrémité supérieure 44 d'un doigt froid creux et globalement cylindrique 46. Le doigt froid 46 supporte la plate-forme et donc l'ensembleà capteur28. 'Une extrémité inférieure 48 du doigt froid 46, opposéeà l'extrémité supérieure 44, est refroidie par un refroidisseur50. refroidisseur50 produit un refroidissement par toute approche pouvant fonctionner, telle qu'un contact avec gaz froid et/ou un gaz liquéfié tel que de l'azote liquide, un refroidissement mécanique. Un espaceà vide51 à l'intérieur des parois 24, maisà l'extérieur du volume intérieur défini par le doigt froid 46 et la plate-forme 30, est vidé de façonà éviter toute condensation sur 1 ensembleà capteur28 età réduire les pertes de chaleur à partir du doigt froid 46, de la plate-forme30 et de 1 écran froid32. Dans autre approche de refroidissement, qui est équivalente pour les présents objectifs, un fluide de refroidissement ou une surface de refroidissement peut être mis en contact direct avec le second côté 42 de la plate- forme 30. Dans ce cas, le tube du doigt froid 46 sertà couper thermiquement et isoler l'ensembleà capteur28, la plate-forme30 et l'écran froid32 de la base de montage.

La figure 2 montre la structure d'une forme appréciée de l'ensembleà capteur28. Un détecteur de rayonnement52 est formédl couche active mince monolithique 54 d'une matière qui est sensibleà la longueur d'onde du rayonnement auquel on s'intéresse, et qui est façonnée suivant un motif pour former une série d'éléments discrets 55 de détection de rayonnement. La couche active 54 de la matière sensibleà un rayonnement est habituellement obtenue par croissance ou fixée sur un substrat56 du détecteur en une matière qui est transparenteà la longueur d'ondeà laquelle on s'intéresse, puis elle est soumiseà la formation d'un motif et gravée pour définir les éléments 55 de détection de rayonnement. Dans le cas d'un détecteur pour infrarouge 52, la couche active 54 peut être en mercure-cadmium-tellure (HgCdTe) ou en antimoniure d'indium et le substrat56 peut être en cadmium-zinc-tellure (CdznTe). Un circuit de lecture58, formé d'une couche de lecture60 réalisée suivant un motif sur le substrat de lecture62, est également prévu. Le motif des éléments discrets55 de détection de rayonnement est adapté au motif des circuits situés sur le circuit58 de lecture. Le substrat62 de lecture est habituellement en silicium (Si) avec un circuit microélectronique configuré suivant un motif dans la couche de lecture60. Le circuit de lecture 58 et le détecteur52 sont chacun sensiblement plans et s'étendent parallèlementà un plan de référence63.

Les éléments discrets55 de détection de rayonnement sont réunis au circuit de lecture58 par un motif de bosses 64 formées d'une matière électriquement conductrice telle que de l'indium (In). Les bosses 64 établissent plusieurs contacts électriques locaux entre les éléments discrets55 de détection de rayonnement et le circuit de lecture58, et servent également d'éléments de structure et de supports. L'espace66 entre le détecteur de rayonnement52 et le circuit de lecture58, qui n'est pas autrement occupé par les bosses 64, peut être rempli facultativement d'un adhésif structurel tel qu'un époxy, pour améliorer encore la liaison entre le détecteur de rayonnement 52 et le circuit de lecture58.

Dans une application en service typique, l'ensemble dewar/enceinte à vide 20 et l'ensemble capteur28 sont initialement assemblés et maintenus la température ambiante (3000K). Au moment où l'ensembleà capteur28 doit être utilisé, le refroidisseur50 est mis en marche pour refroidir l'extrémité inférieure 48 et donc l'extrémité supérieure 44 du doigt froid56. La plate-forme est refroidie par l'écoulement de la chaleur vers le doigt froid 46. L'ensembleà capteur28 est refroidi par la conduction de la chaleur dans la plate-forme30 et donc vers le doigt froid 46 et le refroidisseur50. Dans une application typique, l'ensembleà capteur est refroidi jusqu'au point d'ébullition de l'azote liquide sous une pression de100000 Pa, soit environ770K. Comme indiqué précédemment, dans une approche qui est équivalente pour les présents objectifs, le refroidissement peut ê tre appliqué directement au second côté 42 de la plate-forme30 par l'introduction du refroidisseur50 dans la lumière du doigt froid 46. L'ensembleà capteur28 est refroidi par conduction de la chaleur dans la plate-forme30 et, delà, au refroidisseur50.

L'ensembleà capteur28 est tourné vers une scène devant être observéeà travers la fenêtre26. L'énergie de rayonnement qui entre dans l'ensembleà capteur 28 est convertie en énergie électrique par les éléments discrets 55 de détection de rayonnement de la couche active 54. Les signaux électriques résultants sont transmis par les bosses 64 des éléments discrets55 de détection rayonnement de la couche active 54à la couche de lecture60 où ils sont lus, traités et relayés vers des instruments extérieurs par les fils36.

Le détecteur de rayonnement 52 posse un coefficient de dilatation thermique qui est différent de celui du circuit de lecture58. Par exemple, le coefficient de dilatation thermique du CdZnTe est d'environ 4,5 x 10-6/OC, et le coefficient de dilatation thermique du silicium est d'environ1,1 x 10-6/OC. L'ensembleà capteur28 est habituellement assembléà la température ambiante (300 < >K). Lorsqu'il est refroidi au cours du fonctionnement, la différence entre les coefficients de dilatation thermique a pour résultat la production de déformations thermiques entre le détecteur de rayonnement52 et le circuit de lecture58. Ces éléments52 et58 sont relativement rigides, en sorte que les bosses 64 doivent faire faceà la contrainte età la déformation induites par la sollicita tion thermique. Les bosses 64 se déforment et peuvent se rompre si l'amplitude des déformations thermiques différentes est suffisamment grande, et de telles défaillances ont souvent été observées dans le passé. En service, ces ensembles sont souvent soumis de nombreuses foisà des cycles thermiques, pouvant atteindre plusieurs milliers de fois, ce qui aboutità une défaillance par fatigue oligocyclique des bosses 64, provoquée par la répétition des déformations par dilatation thermique, lesquelles peuvent être bien en dessous de la limite de défaillance statique. On a rencontré les problèmes de fiabilité les plus importants au cours de ces applications exigeant des cycles thermiques. Les ensembles classiques qui n'utilisent pas la présente approche présentent habituellement une défaillance au bout de100 à 300 cycles thermiques, alors que les ensembles qui utilisent la présente approche peuvent être soumisà plus de1000 cycles thermiques sans défaillance. Diverses techniques antérieures décrites ci-dessus pour atténuer les problèmes ont rencontré divers degrés de réussite, mais aucun n'est totalement acceptable pour les raisons indiquées précédemment.

Dans la présente invention, une structure de stabili sation est fixée au second côté 42 de la plate-forme30. La structure de stabilisation réduit la déformation et la contrainte dans les bosses d'indium 64 duesà la différence de dilatation thermique entre le détecteur de rayonnement 52 et le circuit de lecture58 lorsque la température du système de capteur/support change, en comparaison avec la différence de déformation thermique entre le détecteur de rayonnement52 et le cartouche de traitement58 en l'absence de la structure de stabilisation. La structure de stabilisation est notamment fixée au second côté 42, qui ne se trouve habituellement pas l'intérieur de l'espaceà vide51, et non au premier côté 40 auquel l'ensembleà capteur28 est fixé. Dans certains approches antérieures, on a essayé de placer une structureà dilatation graduelle ou une structure souple entre l'ensembleà capteur28 et la plate-forme30. Ces approches soit affectaient le fonctionnement de l'ensembleà capteur28, soit réduisaient la vitesse d'évacuation de la chaleur depuis l'ensembleà capteur28 vers la plate-forme30 pendant le refroidisse ment, augmentant ainsi jusqu'à des niveaux inacceptables le temps d'attente de la mise en fonctionnement de l'ensemble à capteur28 après le commencement du refroidissement. Les temps d'attente étaient de l'ordre de plusieurs minutes avec ces approches antérieures, alors que des temps d'attente de l'ordre de quelques secondes sont demandés dans de nombreuses applications. Dans la présente approche, la structure de stabilisation se trouve sur le côté opposé (second côté) de la plate-forme, en sorte que la gêne qu'elle occasionne, le cas échéant, au fonctionnement et au refroidissement de l'ensembleà capteur28 est très faible. forme préférée de la structure de stabilisation est une cale68 fixée au second côté 42 de la plate-forme30. Une "cale" est une pièce de matière, habituellement sous la forme d'une plaque ou d'une feuille. La cale68 est fixée au second côté 42 par toute technique pouvant être mise en #uvre, avantageusement un adhésif tel qu'un époxy. La cale 68 est formée d'une matière dont le coefficient de dilatation thermique est choisi de façon réduire les contraintes et déformations thermiques imposées aux bosses 64. exemples de matières utilisables pour la cale68 comprennent du cuivre au béryllium ayant une composition, donnée en pourcentages en poids d'environ1 à 2% de béryll' , 99 à 98% de cuivre, et des quantitésà l'état de traces de cobalt, de nickel, de fer et de plomb; du silicium (Si); du nitrure d'aluminium (AlN) et un alliage fer-nickel tel que l'alliage Invar36, dont la composition, en pourcentages en poids, est d'environ36% de nickel, 0,2% de silicium,0,35% de manganèse, 0,2% de carbone, le reste étant constitué de fer, tel que produit par la firme Carpenter Technology, Reading, PA, E.U.A.

Le circuit de lecture58, l'écran froid32, la plate- forme et la cale68 peuvent être considérés comme formant une structure de base72. Ces éléments de la structure de base72 sont liés les uns aux autres, de manière qu'ils se dilatent et se contractent en un seul bloc. La dilatation et la contraction de la structure de base72 doivent être comparéesà celles du détecteur de rayonnement52, qui est jointà cette structure de base par les bosses 64.

Une application préférée du système de capteur/support de l'invention exige que le dispositif résisteà des cycles thermiques au nombre d'au moins environ3000 entre 3001K (qui est considérée ici comme étant la température ambiante) et770K. On a observé que, dans la plupart des cas, toutes défaillances tendentà apparaître après que l'ensemble a été soumis un certain nombre de foisà des cycles thermiques compris entre 3000K et770K. Ces cycles thermiques aboutissentà une fatigue thermique de la matière des bosses 64, laquelle est avantageusement un métalà base d'indium. Il est donc probable que toute défaillance par fatigue thermique est du type par fatigue oligocyclique.

La cale68 est conçue suivant l'approche suivante, laquelle est basée sur une observation effectuée par les inventeurs de la présente demande, selon laquelle une défaillance au cours d'excursions répétées de la température dans des cycles thermiques apparaît habituellement sous la forme d'une fatigue oligocyclique au niveau des bosses 64 par suite d'une déformation parallèle au plan63 de référence ("déformation dans le plan". Premièrement, la déformation CA dans le plan subie par 'interconnexion (spécifiquement, les bosses 64) déterminée comme étant une fonction du choix des dimensions de la matière constitutive de la structure stabilisation (spécifiquement, la cale68). Deuxièmement déformation dans le plan subieà l'interconnexion comparéeà la déformation maximaleà laquelle la matière de 'interconnexion peut être soumise tout en survivant cependant au nombre demandé d'excursions thermiques, sans défaillance. Si la déformation subieà l'interconnexion est inférieureà la déformation maximale, la structure de stabilisation est acceptable. Si la déformation subieà 'interconnexion est égale ou supérieureà la déformation maximale, on doit choisir une structure de stabilisation différente.

La déformation dans le plan CA réellement subie 'interconnexion peut être calculée de n'importe quelle manière appropriée. Dans une approche appréciée, parties concernées de la structure comprenant le détecteur de rayonnement52, l'interconnexion (ici, les bosses1 le circuit de lecture58, l'écran froid32, la plate-forme 30, la matière se trouvant dans les espaces66 (le cas échéant) et la cale68 sont analysées pour dé-terminer la déformation dans le plan apparaissant dans les bosses 64 lorsque la température de la structure change. Dans le cas préféré, l'excursion de température va de 3000Kà 771K, mais l'approche peut fonctionner avec d'autres excursions de temperature. Le calcul de la déformation est avantageusement exécuté par une analyse par éléments finis en raison de la complexité de la géométrie et des matières constitutives. Des techniques par éléments finis qui peuvent etre utilisées pour cette analyse sont bien connues dans ce domaine. Les inventeurs ont utilisé le programme informatique d'éléments finis ANSYS, disponible dans le commerce auprès de Swanson Analysis Systems, Inc. pour calculer les déformations dans le plan des bossessous leur géométrie préférée montrée sur la figure1. Dans une autre approche, le détecteur de rayonnement52 peut être considéré comme étant la structure située sur un coté des bosses1 et la structure de base72 en un seul bloc peut être considérée comme étant la structure située sur 'autre côté bosses 64. La déformation apparaissant dans le détecteur de rayonnement52 et la déformation apparaissant dans structure de base72 pendant l'excursion de température peuvent être calculées individuellement (habituellement en utilisant une analyse par éléments finis) et la variation de dimensions résultante imposée aux bosses 64 pour calculer la déformation dans les bosses.

En considérant la deuxième étape de l'analyse, la réponse des bosses 64à la déformation imposéeSA dépend de leur matière constitutive. Chaque matière constitutive possède une réponse caractéristiqueà la fatigue oligocyclique, laquelle peut être mesurée pour la matière particulière en utilisant des techniques classiques. La figure 4 est une courbe représentative de la réponse de fatigue oligocyclique pour la plage de déformation As imposéeà la matière qui conduità une défaillance en N cycles d'excursion thermique. (Chaque cycle thermique comprend une excursion de température allant de la valeur plus élevéeà la valeur plus basse.) La courbe de la figure 4 peut être interprétée comme indiquant une différence de déformation maximale qui peut être présente sans aboutirà une défaillance enND cycles. Cependant, si cette différence de déformation maximale AEMax est égalée ou dépassée, on s'attendà ce que la structure soit défaillante avant queND cycles soient atteints. Les exigences de conception l'ensemble imposent que la structure surviveà ND cycles(3000 cycles dans le cas auquel les inventeurs s1 interessent) , ce qui correspondà une différence de déformation maximale de As,,,#,x. Ainsi, la matière et l'épaisseur de cale sont choisies de façon que la déformationSA subie dans les bosses 64 soit inférieureà As,,,,,x.

En pratique, alors, valeur deFA de la structure pour une géométrie particulière et une matière constitutive particulière de la cale est calculée, avantageusement par analyse par éléments finis. La valeur de Ag,,,,x pour la matière constitutive des bosses 64 et le nombre demandé de cycles thermiquesND est trouvéeà partir d'une courbe telle que celle de figure 4, pour la matière constitutive spécifique des bosses 64. SiSA est inférieure à AEm#,, on considère que la structure survit sans défaillanceà au moinsND cycles, et que la cale choisie68 est acceptable. L'approche peut être complétée, par l'utilisation de techniques d'optimisation disponibles dans de nombreux programmesà élements finis, pour minimiserSA en fonction de la géométrie, de la position et de la matière constitutive de cale68. Cependant, cette minimisation est limitée car on ne peut pas utiliser dans l'application toutes les matières constitutives pour la cale68. La matière de la cale doit être relativement peu co#Ûteuse, hautement conductrice de la chaleur et capable d'être liéeà la plate-forme au moyen d'une liaison résistant auxND cycles. Par cette approche, les inventeurs ont déterminé pour une géométrie classique de la structure telle qu'illustrée sur les figures1 à 3, la déformationSA admissible pour que les bosses 64 en métalà base d'indium supportent3000 cycles de fatigue oligocyclique, est d'environ08, soit environ8%, lorsque la structure est soumiseà des cycles allant de 3000Kà 770K, et retour ensuiteà 3000K pour répéter le cycle. Pour cette application de cycles thermiques, si la déformation maximale entre la structure de base72 et le détecteur de rayonnement est supérieureà environ8%, la structure présente une défaillance au niveau des bosses 64 avant d'atteindre le but de sa durée de vie qui correspondà 3000 cycles. Dans un autre exemple, la déformationSA admissible pour que bosses 64 en métalà base d'indium supportent 10 cycles de fatigue oligocyclique, est d'environ 0,40, soit environ 40%, lorsque la structure est soumiseà des cycles allant de 3000Kà 770K, et retour ensuiteà 3000K pour répéter le cycle. En général, plus la différence de déformation est grande entre la structure de base et le détecteur de rayonnement, plus le nombre de cycles avant défaillance est faible. L'épaisseur et la matière constitutive de la cale68 sont choisies de façon que la valeur deSA Soit inférieureà pour l'application particulière. Aucune valeur limitative fixe p?ur l'épaisseur et/ou la matière constitutive de la cale ne peut être indiquée comme applicableà toutes les situations, car ces valeurs dépendent de la conception et des matières constitutives spécifiques de l'ensemble, de l'excursion thermique et de la matière constitutive des bosses.

La cale68 peut être fixée au second cÔté 42 de la plate-forme30 de nimporte quelle manière pouvant fonctionner, et la figure3 montre une autre forme de réalisation. Sur la figure3, les mêmes références numériques que celles des figures précédentes sont utilisées lorsque cela est approprié, et leur description précédente ne sera pas reprise ici. Dans la forme de réalisation de la figure3, évidement70 est usiné dans le second côté 42 de la plate-forme30, et la cale68 est fixée au second côté 42 dans l'évidement70.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au système décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS 1. Système de capteur/support, caractérisé en ce qu'il comporte un ensembleà capteur(28) comportant un détecteur de rayonnement(52) qui est sensiblement plan et s'étend parallèlementà un plan de référence(63), le détecteur de rayonnement (52) étant formé d'une matière pour détecteur, un circuit de lecture(5 , et une interconnexion (64) reliant le détecteur de rayonnement (52) au circuit de lecture(58), l'interconnexion (64) étant formée d'une matière d'interconnexion; et une structure de support comportant une plate-forme(30) ayant un premier côté (40) auquel l'ensembleà capteur(28) est fixé et un second côté (42) disposé de façonà etre opposé au premier côté (40), la plate-forme(30) étant formée d'une matière pour plate-forme, et une cale fixée au second côté (42) de la plate-forme(30), la cale(68) étant formée d'une matière pour cale différente matière pour détecteur et de la matière pour plate-forme. 2. Système de capteur/support selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coefficient de dilatation thermique de la matière pour cale est intermédiaire entre le coefficient de dilatation thermique de la matière pour détecteur et le coefficient de dilatation thermique de la matière pour plate-forme. 3. Système de capteur/support selon la revendication 1 caractérisé en ce que le coefficient dilatat'ion thermique de la matière pour cale est supérieur au coefficient de dilatation thermique de la matière pour détecteur et au coefficient de dilatation thermique de la matière pour plate-forme. 4. Système de capteur/support selon la revendication 1 caractérisé en ce que la cale(68) est choisie de façon lune déformation dans le plan de l'interconnexion (64), mesurée parallèlement au plan de référence) , pendant une excursion thermique demandée, soit inférieureà une différence maximale de déformation lors d'une excursion thermique pour la matière de l'interconnexion en fatigue oligocyclique sur un nombre nominal de cycles evalués sur l'excursion thermique demandée. 5. Système de capteur/support selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'interconnexion (64) comprend de l'indium et en ce que la différence maximale de déformation n'est supérieureà environ 40%, telle qu'évaluée dans une excursion thermique allant de 3000Kà 770K. 6. Système de capteur/support selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interconnexion ( comporte plusieurs interconnexionsà bosses électriques rigides (64) s'étendant entre le détecteur de rayonnement et le circuit lecture(58). 7. Système de capteur/support selon la revendication 1, caracterisé en ce que le détecteur de rayonnement(52) comprend au moins une matière choisie dans groupe constitué du mercure-cadmium-tellure et de l'antimoniure d'indium. 8. Système de capteur/support selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de lecture(58) comprend silicium. 9. Système de capteur/support selon la revendication 1, caracterisé en ce que la plate-forme(30) comprend une matière choisie dans le groupe constitué du titane et du molybdène, et leurs alliages. 10. Système de capteur/support selon la revendication caractérisé en ce que la cale(68) comprend une matière choisie dans le groupe constitué du cuivre au béryllium, du silicium, du nitrure d'aluminium et d'un alliage de fer et de nickel.