Корпус приемника излучения

Корпус приемника излучения относится к охлаждаемым полупроводниковым приемникам, предназначенным для обнаружения инфракрасного излучения. Корпус приемника излучения содержит боковые стенки и входное окно, между которыми размещен промежуточный элемент, вакуумноплотно соединяющий их между собой, выполненный двухслойным, причем присоединенный к входному окну слой выполнен из стекла, а присоединенный к боковым стенкам слой выполнен из ковара. Выполнение присоединительного элемента двухслойным и используемые при этом материалы обеспечивает сокращение времени обезгаживания при изготовлении приемника излучения.

Предлагаемая полезная модель относится к фоточувствительным приборам, предназначенным для обнаружения теплового излучения, в частности, к охлаждаемым полупроводниковым приемникам инфракрасного (ИК) излучения.

Известен корпус приемника излучения, в котором входное окно вакуумноплотно соединено с боковыми стенками корпуса через промежуточный элемент, выполненный в виде прокладки из индия (см. пат. США 5966945, Кл., 62/51.1, 1999 г.) Прокладка из индия, обладая мягкостью и высокой пластичностью, обеспечивает вакуумноплотное соединение входного окна со стеклянными боковыми стенками корпуса. Однако такая конструкция недостаточно надежна при соединении входного окна с металлическим корпусом, который в настоящее время широко используется в конструкциях охлаждаемых приемников излучения. Кроме того, необходимое для такого типа приборов обезгаживание и вакуумирование внутреннего объема корпуса не может проводиться при температурах, близких к температуре плавления индия, из-за возможного его размягчения и деформации, что приводит к увеличению времени технологической подготовки приемника при его изготовлении.

Известен наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому корпус приемника излучения, в котором германиевое входное окно соединено со стенками корпуса, изготовленного из ковара, через промежуточный элемент, выполненный в виде слоя эпоксидного клея толщиной до 30 мкм с анизометрическим наполнителем (см. пат. РФ 50049, МПК Н01L 31/02, опубл. 10.12.2005 г.). Использование термостойкого эпоксидного клея позволило повысить температуру обезгаживания до 200°С и снизить длительность обезгаживания до 3-х часов. Однако в состав эпоксидного клея входят летучие органические соединения, что дополнительно загрязняет откачиваемый объем, поэтому его использование в конструкции охлаждаемого приемника не является оптимальным. Кроме того, технологически сложным является обеспечение равномерности толщины эпоксидного клея по всему периметру входного окна, что при нагреве из-за разности коэффициентов термического расширения может привести к разгерметизации корпуса.

Задачей, решаемой с помощью предлагаемой конструкции, является создание оптимального промежуточного элемента, обеспечивающего возможность обезгаживания и вакуумирования прибора при повышенных температурах без использования компонентов, загрязняющих внутренний объем корпуса охлаждаемого приемника излучения.

Техническим результатом при использовании предлагаемой конструкции является сокращение времени обезгаживания при изготовлении приемника излучения.

Указанный технический результат достигается тем, что в корпусе приемника излучения, содержащем боковые стенки, входное окно, и расположенный между ними промежуточный элемент, последний выполнен двухслойным, причем присоединенный к входному окну слой выполнен из стекла, а присоединенный к боковым стенкам слой выполнен из ковара.

Материалы двухслойного промежуточного элемента подобраны таким образом, чтобы обеспечить надежное вакуумплотное соединение с материалом входного окна, между обоими слоями и при креплении промежуточного элемента к боковым стенкам корпуса из любого материала: ковара, титана, нержавеющей стали, стекла. При этом хорошо отработанные технологии позволяют обеспечить контроль всех параметров, в том числе геометрических, в процессе изготовления прибора.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором представлен фрагмент корпуса приемника излучения.

Корпус приемника излучения содержит боковые стенки 1 и входное окно 2, между которыми размещен промежуточный элемент, который состоит из двух слоев 3 и 4, причем слой 3, прикрепленный к входному окну 2, выполнен из стекла, а слой 4, соединенный со слоем 3 и прикрепленный к боковым стенкам 1 корпуса приемника излучения, выполнен из ковара.

В процессе изготовления приемника излучения производят обезгаживание внутреннего объема корпуса путем его нагрева и откачки на вакуумном посту. Предложенная конструкция обеспечивает возможность такого нагрева до 400°С без нарушения вакуумплотности и дополнительного загрязнения объема летучими компонентами промежуточного элемента. При этом значительно сокращается газоотделение по сравнению с клеевым промежуточным элементом, что существенно уменьшает время откачки приемника. Кроме того, в процессе эксплуатации охлаждаемых приемников излучения происходит многократное захолаживание прибора до рабочей температуры 80°К, в таких условиях дополнительным преимуществом при использовании двухслойного промежуточного элемента из стекла и ковара является повышение надежности герметизации корпуса из-за наилучшего согласования коэффициентов термического расширения.

Предлагаемая конструкция была реализована в охлаждаемых приемниках излучения с фоточувствительным элементом из антимонида индия, при этом в качестве корпуса приемника излучения использовался цилиндрический металлический криостат, изготовленный из ковара. Входное окно изготавливалось из пластины полированного германия толщиной 2 мм круглой формы диаметром 22 мм.

Промежуточный элемент изготавливался следующим образом. Для получения слоя стекла производилась резка стеклянной трубки соответствующего германиевой пластине диаметра на кольца толщиной 2 мм, отдельно изготавливалось кольцо из ковара, после чего производилось их соединение методом индукционной сварки. Полученный таким образом присоединительный элемент шлифовался со стороны стекла. После чего производилось его присоединение к входному окну - германиевой пластине с помощью ситаллоцемента. Для этого на отшлифованный торец слоя стекла промежуточного элемента наносился слой ситаллоцемента толщиной 0,3 - 0,5 мм, на который накладывалась пластина германия в форме диска. Собранный образец подсушивался на воздухе в течение 1-2 часов, после чего его помещали в печь и выдерживали при температуре 500-530°С в течение 1 часа. Контроль изготовленной детали на герметичность проводился на откачном посту по натеканию гелия при обдуве с использованием вукуумметра течеискателя. Контроль геометрических размеров, смещения по оси, параллельности торцевых поверхностей коварового слоя промежуточного элемента и германиевого диска определялась с точностью до 0,05 мм. Изготовленный таким образом промежуточный элемент с входным окном припаивался припоем AgSnCu (50; 30; 20) со стороны коварового слоя к боковым стенкам корпуса.

Так же пайкой промежуточный элемент может быть соединен с боковыми стенками корпуса, выполненными из титана или нержавеющей стали, а со стенками из стекла - методом индукционной сварки.

В предложенном корпусе приемника излучения при изготовлении в отличие от прототипа вакуумирование проводится не до 10^-5 мм. рт.ст., а до 10^-9 мм. рт.ст., а обезгаживание может проводиться не при 200°С, а при 400°С, что практически в 2 раза сокращает время технологической подготовки прибора в рабочее состояние.

Таким образом, предложенная конструкция корпуса приемника излучения обеспечивает сокращение времени обезгаживания при изготовлении приемника излучения за счет использования двухслойного промежуточного элемента из стекла и ковара.

Корпус приемника излучения, содержащий боковые стенки и входное окно, между которыми размещен промежуточный элемент, вакуумноплотно соединяющий их между собой, отличающийся тем, что промежуточный элемент выполнен двухслойным, причем присоединенный к входному окну слой выполнен из стекла, а присоединенный к боковым стенкам слой выполнен из ковара.