非制冷红外探测器片级封装真空可靠性检测技术研究
发布时间：2022-01-04 18:53
非制冷红外焦平面探测器（Uncooled infrared focal plane detector array,IRUFPA）具有成本低、体积小、重量轻、无需制冷等优点,在热成像领域有着广阔的应用前景,为保证器件正常工作,需要对UFPA器件进行真空封装,并保证器件长期工作在小于5 Pa的真空环境中。在UFPA器件封装腔体中内置一个与器件制作工艺相兼容的微型皮拉尼真空规（Micro-Pirani gauge）,实时的监测器件内部的真空度,对器件的真空可靠性非常重要。本文的主要内容如下:探究微型皮拉尼真空规的工作原理,在此基础上对器件性能进行了模拟仿真,确定了器件的关键结构参数,完成了器件制作的版图设计和工艺设计,并完成了器件的制作,最后对器件性能进行了测试。在皮拉尼真空规的工作原理研究中,将气体散热模型简化为有一定温差的平行板间气体分子碰撞热交换模型,并建立了器件的数学模型。考虑到器件的性能要求和工艺兼容性,结合测试平台的测试误差以及实验室制备条件,通过理论计算确定了满足项目要求的微型皮拉尼真空规的几个关键结构参数:微桥结构单元面积37×37μm,桥腿长度74μm、宽度0.8μm,桥面...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见的真空规
第一章绪论5其灵敏度可达1.83×10-5W/K/Pa。(a)(b)(c)(d)(e)(f)图1-2各种类型的真空规。(a)微狭缝式（横向散热）[57]；(b)微热板式微桥（纵向散热）[70]；(c)微热桥式微桥（横向散热）[66]；(d)多晶硅[51]；(e)金属及其化合物[62]；(f)单壁碳纳米管[68]1.4选题意义及论文结构1.4.1选题意义非制冷红外焦平面探测器是能够将物体的红外热辐射信号转化成电信号，并经过放大信号处理后输出的器件，器件接收外界的红外辐射引起微桥上热敏电阻的温度变化，检测热敏电阻的阻值变化就能感知红外信号的强度。为了减少气体热导对器件性能的影响，需要对其进行真空封装，微型皮拉尼真空规可集成在非制冷红外探测器片级封装腔体中，实时监控器件封装体内部的真空度，这对器件真空可靠性研究及其实际应用意义重大。UFPA器件的微型化、集成化发展趋势使片级封装成为器件封装的最好解决方案，而片级封装封装腔体高度约100微米，这就要求真空检测器件单元结构尺寸不宜过大，微型皮拉尼真空规尺寸仅在微米量级，能够集成到片级封装的微测辐
电子科技大学硕士学位论文8方根速度（单位m/s）。气体的质量可表示为[76]：TMpV10203.1RTMpVm1(2-3)在20℃(热力学温度293K)气温下，对Mkg/mol的气体，其质量为：M10103.4m4-20℃(2-4)温度为T（单位为K）时，气体的质量可表示为：T15.293mm20T℃(2-5)频繁碰撞会使分子运动速率大小及运动的方向不停发生变化，且这种变化是随机发生的。根据前面所述理想气体的基本假定，气体分子发生两次碰撞间的运动状态可视做匀速直线运动[74]，换句话说就是气体分子发生连续两次碰撞这个过程间未受到分子间力的影响，因此气体分子的运动状态可认为是自由的。因此皮拉尼真空规中气体分子的传热过程可以简化为具有一定温差的两个平行板间理想气体分子的热传递过程。图2-1皮拉尼真空规气体分子传热简化模型2.1.2气体分子的碰撞气体分子在运动过程中将反复出现碰撞，碰撞使得气体分子频繁变换运动速率及方向，致使气体分子运动路径蜿蜒曲折，碰撞中的气体分子会改变能量与动量，经过气体分子频繁碰撞后整个系统趋向平衡状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用环形感压薄膜的MEMS电容薄膜真空规设计[J]. 王呈祥,韩晓东,李得天,成永军,孙雯君,李刚. 中国测试. 2019(01)
[2]变压器绝缘纸热阻特性的理论分析与实验研究[J]. 赵振刚,苑翼飞,张家洪,李川,梁仕斌,李英娜. 西北大学学报(自然科学版). 2018(05)
[3]非制冷红外焦平面探测器封装技术研究进展[J]. 王强,张有刚. 红外技术. 2018(09)
[4]石英真空计及其应用[J]. 王逊,张云峰,唐振松. 真空. 2018(04)
[5]DL-8型高压强电离真空计的另一种高灵敏度状态[J]. 王竞先,冉书能,荀坤. 物理实验. 2018(05)
[6]环境中的电磁波污染及其危害[J]. 杨新兴,李世莲,尉鹏,冯丽华. 前沿科学. 2014(01)
[7]物理气相沉积技术的研究进展与应用[J]. 吴笛. 机械工程与自动化. 2011(04)
[8]采用环形岛棱结构的电容式压力传感器(英文)[J]. 邹黎明,郭航. 光学精密工程. 2009(06)
[9]化学气相沉积技术的研究与应用进展[J]. 杨西,杨玉华. 甘肃水利水电技术. 2008(03)
[10]红外成像系统仿真技术的现状与未来(英文)[J]. 左月萍,张建奇. 红外与激光工程. 2002(05)
硕士论文
[1]超大面阵非制冷红外探测器片级封装设计[D]. 陈定辉.电子科技大学 2019
本文编号：3568881
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见的真空规
第一章绪论5其灵敏度可达1.83×10-5W/K/Pa。(a)(b)(c)(d)(e)(f)图1-2各种类型的真空规。(a)微狭缝式（横向散热）[57]；(b)微热板式微桥（纵向散热）[70]；(c)微热桥式微桥（横向散热）[66]；(d)多晶硅[51]；(e)金属及其化合物[62]；(f)单壁碳纳米管[68]1.4选题意义及论文结构1.4.1选题意义非制冷红外焦平面探测器是能够将物体的红外热辐射信号转化成电信号，并经过放大信号处理后输出的器件，器件接收外界的红外辐射引起微桥上热敏电阻的温度变化，检测热敏电阻的阻值变化就能感知红外信号的强度。为了减少气体热导对器件性能的影响，需要对其进行真空封装，微型皮拉尼真空规可集成在非制冷红外探测器片级封装腔体中，实时监控器件封装体内部的真空度，这对器件真空可靠性研究及其实际应用意义重大。UFPA器件的微型化、集成化发展趋势使片级封装成为器件封装的最好解决方案，而片级封装封装腔体高度约100微米，这就要求真空检测器件单元结构尺寸不宜过大，微型皮拉尼真空规尺寸仅在微米量级，能够集成到片级封装的微测辐
电子科技大学硕士学位论文8方根速度（单位m/s）。气体的质量可表示为[76]：TMpV10203.1RTMpVm1(2-3)在20℃(热力学温度293K)气温下，对Mkg/mol的气体，其质量为：M10103.4m4-20℃(2-4)温度为T（单位为K）时，气体的质量可表示为：T15.293mm20T℃(2-5)频繁碰撞会使分子运动速率大小及运动的方向不停发生变化，且这种变化是随机发生的。根据前面所述理想气体的基本假定，气体分子发生两次碰撞间的运动状态可视做匀速直线运动[74]，换句话说就是气体分子发生连续两次碰撞这个过程间未受到分子间力的影响，因此气体分子的运动状态可认为是自由的。因此皮拉尼真空规中气体分子的传热过程可以简化为具有一定温差的两个平行板间理想气体分子的热传递过程。图2-1皮拉尼真空规气体分子传热简化模型2.1.2气体分子的碰撞气体分子在运动过程中将反复出现碰撞，碰撞使得气体分子频繁变换运动速率及方向，致使气体分子运动路径蜿蜒曲折，碰撞中的气体分子会改变能量与动量，经过气体分子频繁碰撞后整个系统趋向平衡状态。
【参考文献】：
期刊论文
[1]采用环形感压薄膜的MEMS电容薄膜真空规设计[J]. 王呈祥,韩晓东,李得天,成永军,孙雯君,李刚. 中国测试. 2019(01)
[2]变压器绝缘纸热阻特性的理论分析与实验研究[J]. 赵振刚,苑翼飞,张家洪,李川,梁仕斌,李英娜. 西北大学学报(自然科学版). 2018(05)
[3]非制冷红外焦平面探测器封装技术研究进展[J]. 王强,张有刚. 红外技术. 2018(09)
[4]石英真空计及其应用[J]. 王逊,张云峰,唐振松. 真空. 2018(04)
[5]DL-8型高压强电离真空计的另一种高灵敏度状态[J]. 王竞先,冉书能,荀坤. 物理实验. 2018(05)
[6]环境中的电磁波污染及其危害[J]. 杨新兴,李世莲,尉鹏,冯丽华. 前沿科学. 2014(01)
[7]物理气相沉积技术的研究进展与应用[J]. 吴笛. 机械工程与自动化. 2011(04)
[8]采用环形岛棱结构的电容式压力传感器(英文)[J]. 邹黎明,郭航. 光学精密工程. 2009(06)
[9]化学气相沉积技术的研究与应用进展[J]. 杨西,杨玉华. 甘肃水利水电技术. 2008(03)
[10]红外成像系统仿真技术的现状与未来(英文)[J]. 左月萍,张建奇. 红外与激光工程. 2002(05)
硕士论文
[1]超大面阵非制冷红外探测器片级封装设计[D]. 陈定辉.电子科技大学 2019
本文编号：3568881
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