ОХЛАЖДАЕМЫЙ ФОТОПРИЕМНИК (ЕГО ВАРИАНТЫ) Советский патент 1996 года по МПК H01L31/203 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к конструкциям приемников ИК-излучения с большим числом чувствительных элементов, охлаждаемых до температур, близких к жидкому азоту.

Целью изобретения является повышение надежности охлаждаемого фотоприемника при высокой скорости его захолаживания.

Указанная цель достигается тем, что в охлаждаемом фотоприемнике, включающем ФЧЭ, укрепленные на торце цилиндрического держателя с фланцем, на поверхности которых выполнены многослойные системы выводов по крайней мере с одним уровнем токопроводников, и герметично спаянный с ним баллон с входным окном, держатель выполнен из металла с нанесенными слоями диэлектрика, на поверхности которых сформированы системы токопроводников.

На фиг. 1 изображен предлагаемый фотоприемник, разрез; на фиг. 2 вариант соединения держателя с внешним баллоном; на фиг. 3 сечение держателя.

Охлаждаемый фотоприемник (фиг. 1) содержит выполненный из металла держатель 1, имеющий кольцевой фланец 2 для крепления микроохладителя, устанавливаемого во внутренний объем держателя 1, внешний металлический баллон 3 с входным окном 4. На торце держателя 1 расположены ФЧЭ 5, соединенные с помощью проволочных межсоединений 6 с токовыводами 7 на боковой поверхности держателя 1. На фланце 2 держателя 1 токовыводы 7 проволочными проводниками 8 соединены с металлокерамическим гермовводом 9, представляющим собой два керамических кольца, на одном из которых нанесены токопроводящие металлические дорожки. Керамические кольца вакуум-плотно соединены между собой, а также с баллоном 3 и фланцем 2 держателя 1.

На фиг. 2 показано соединение держателя 1 с внешним баллоном 3 при одновременном выполнении токовыводной системы также и на фланце 2 держателя 1. На фиг. 3 показано расположение токовыводов 7 между слоями стеклопокрытий 10. Таким образом, в заявляемой конструкции, увеличивая число чередующихся слоев стеклопокрытий 10 и токовыводов 7, можно обеспечить создание любого количества токовыводов 7 необходимой толщины (см. фиг. 3).

В случае соединения внешнего баллона 3 непосредственно с фланцем 2 держателя 1 (фиг, 2) на поверхность внешнего баллона 3 в месте соединения с фланцем держателя 2 дополнительно наносят стеклопокрытие 10, аналогичное покрытию под токовыводами.

Стеклопокрытие 11 наносится поверх токовыводной системы. Стеклопокрытия 11 и 10 на поверхности баллона 3 в месте соединения с фланцем 2 служат для повышения надежности герметичного соединения баллона 3 с фланцем 2 держателя 1. В процессе соединения во время разогрева и приложения нагрузки к спаиваемому узлу происходит размягчение и деформация только стеклопокрытия 11 с меньшей, чем у слоев 10, температурой размягчения. Токовыводящие дорожки 7 в этом процессе не деформируются и не закорачиваются между собой и на корпус 3.

Слой металла 12 служит для снижения теплопритоков излучением от баллона 3 к держателю 1, так как даже при наличии отражающих излучение токовыводящих дорожек 7 промежутки между ними достаточно велики (до 80 мкм), что при их коэффициенте черноты стекла ≈0,9 увеличивает теплопритоки к ФЧЭ. В заявляемой конструкции, благодаря подслоению стеклопокрытия 11, металлическая пленка 12 становится зеркальной и обладает незначительным коэффициентом черноты (0,03-0,05). Кроме того, на внутреннюю поверхность внешнего баллона 3 могут быть дополнительно нанесены стеклопокрытие 13 и слой металла с низким коэффициентом черноты 14.

Стеклопокрытие 13 повышает вакуумную плотность внешнего баллона, так как в металле баллона 3 обычно имеются микроканалы, ухудшающие вакуум в процессе эксплуатации фотоприемника, т.е. снижающие его надежность. Кроме того, газоотделение стекла в вакуумный объем меньше, чем у любого используемого при изготовлении корпусов ФП металла.

Металлический слой 14 с подслоем стекла 13, имеющий коэффициент черноты 0,03-0,05, так же, как слой 12, служит для снижения теплопритоков излучением от баллона 3 к держателю 1. Так как металлический слой 14 очень тонок (≈0,25 мкм), газоотделение его незначительно, и при предварительном нагреве он полностью дегазируется.

В примере выполнения заявляемого устройства изготовлен охлаждаемый фотоприемник (фиг. 1) с числом выводов 160. Держатель 1 с фланцем 2 выполнен из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т длиной 50 мм с диаметром внутренней полости 6 мм. Толщина стенок держателя 1-0,1 мм. На боковой поверхности держателя, включая фланец (см. фиг. 2, 3), выполнено 2 слоя стеклопокрытий 10 с токовыводами 7. Для стеклопокрытий 10 использовано безщелочное алюмоборсиликатное стекло с повышенным содержанием щелочноземельных оксидов из системы SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-RO, где R Ca, Ba, Sr, Cd. Толщина каждого слоя 10 80 мкм. Стеклопокрытия нанесены методом электрофореза с последующим обжигом при 800^оС. Температура размягчения полученных стеклопокрытий 10 620^оС. Токовыводящие дорожки 7 выполнены из Cr и Ni (напылением в вакууме с последующим выжиганием промежутков с помощью лазера) и имеют толщину 15 мкм, ширину 120 мкм и сопротивление ≈5 Ом. Слой 11 выполнен из стекла в системе SiO₂-B₂O₃-TiO₂-PbO-R₂O, где R Na, K, Ll, температура размягчения которого 380^оС. Толщина слоя 11 также 80 мкм. Металлический слой 12 выполнен также двойным из слоя Cr толщиной 0,1 мкм и слоя Ni толщиной 0,15 мкм. Слой 13 на внутренней поверхности баллона 3 выполнен из стеклопокрытия, аналогичного покрытию 10, толщиной 80 мкм, а слой 14 аналогичен металлическому слою 12. На место соединения баллона 3 с фланцем держателя нанесено то же стеклопокрытие, что и под токовыводами 7. Баллон 3 соединен с фланцем 2 держателя 1 таким образом, что за пределами вакуумной полости остается последовательное раскрытие токоведущих дорожек для удобства монтажа.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к конструкциям ИК-приемников с большим числом чувствительных элементов, охлаждаемых до криогенных температур. Многослойная система выводов фотоприемника выполнена на поверхности металлического держателя с фланцем, покрытой слоями диэлектрика. Внешний баллон выполнен из металла, поверх системы выводов последовательно размещены слой диэлектрика и слой металла с низким коэффициентом черноты, а на основании баллона размещен слой диэлектрика, аналогичного диэлектрику в многослойной системе выводов. На всей внутренней поверхности баллона может быть размещен слой диэлектрика, покрытый слоем металла с низким коэффициентом черноты. 2 с. п. и 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Охлаждаемый фотоприемник, включающий фоточувствительные элементы, укрепленные на торце цилиндрического держателя с фланцем, на поверхности которых выполнены многослойные системы выводов по крайней мере с одним уровнем токопроводников, и герметично спаянный с ним баллон с входным окном, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и скорости захолаживания фотоприемника, держатель выполнен из металла с нанесенными слоями диэлектрика, на поверхности которых сформированы системы токопроводников. 2. Охлаждаемый фотоприемник, включающий фоточувствительные элементы, укрепленные на торце цилиндрического держателя с фланцем, на поверхности которых выполнены многослойные системы выводов по крайней мере с одним уровнем токопроводников, и герметично спаянный с ним баллон с входным окном, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и скорости захолаживания фотоприемника, баллон выполнен из металла, поверх системы выводов последовательно размещены слой диэлектрика и слой металла с низким коэффициентом черноты, а на основании баллона размещен слой диэлектрика, аналогичного диэлектрику в многослойной системе выводов. 3. Фотоприемник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что диэлектрик размещен на внутренней поверхности баллона и покрыт слоем металла с низким коэффициентом черноты.