插针式EBAPS探测器结构及制作方法与流程

本申请涉及数字化微光器件，特别是一种插针式ebaps探测器及制作方法。

背景技术：

1、电子轰击型有源像素传感器(electron bombardedactive pixel sensor，ebaps)是一种高性能的真空-半导体混合器件，被广泛应用于军事装备、遥感测绘、空间探测等领域，研究ebaps已成为数字微光夜视技术研究领域主要的研究方向。

2、现有国内关于ebaps器件的专利如cn202211382818.5，该系统包括ebaps传感器、模数信号转换模块、fpga模块、视频输出模块、图像显示模块和系统供电模块。

3、真空器件用于成像时，由于无法直接将所获图像信号转换为数字型号，现有传统真空器件存在所得图像不可编辑、存储和数字化输出困难。

4、像增强器能把亮度很低的光学图像增强并转换为适合人眼观察的光学图像。其结构包括安装在高真空管壳内的光电阴极、电子透镜(有静电聚焦和磁聚焦两种)和荧光屏三部分。像增强器的工作原理是将投射在光阴极上的光学图像转变成电子像，电子透镜将电子像聚焦并加速投射到荧光屏上产生增强的图像，供人眼直接观察。

5、像增强器包括：真空管式和固体结构式两种。其中，真空管像增强器具有高亮度、高分辨率、低噪声、高可靠性、长寿命的优点。但同时也存在体积大、重量重、高压电源的缺点。

6、固体结构像增强器是一种采用固体图像传感器技术的像增强器。它具有体积小、重量轻、结构简单、可靠性高等优点，可以广泛应用于微光夜视、红外探测、医学影像等领域。

7、固体结构像增强器采用先进的cmos或ccd图像传感器技术，能够将微弱的光信号转化为电信号，从而显著提高图像的亮度和对比度。同时，它还采用了先进的信号处理技术，具有高清晰度、低噪声等优点。与传统的真空管像增强器相比，固体结构像增强器还具有体积和重量小、结构简单、可靠性高，可以长时间稳定工作、低功耗、低成本的优点。

8、现有真空管像增强器不能实现数字图像输出，且成像噪音大，清晰度低，探测灵敏度低，超低照度下成像效果较差。

9、公开于背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本申请提供了一种插针式ebaps探测器及制作方法，该探测器结合了真空像增强器和固体像增强器的优点，具有低噪声、高探测灵敏度、超低照度下可工作、低功耗、体积小、重量轻、低成本和数字化图像输出的特性。

2、本申请提供了一种插针式ebaps探测器，包括：带插针管壳、有源像素传感器、阴极环、阴极透镜、机芯模组、插座；带插针管壳通过底面阵列设置的管壳插针插接于插座上；插座与电路板电连接上；

3、有源像素传感器底面阵列设置多个传感器插针；传感器插针插接于带插针管壳内的管壳接口中；

4、阴极透镜通过阴极环封装设置于带插针管壳顶面上；

5、阴极透镜底面上设置的凸台面上设置阴极面；凸台面根部的大平面上制作导电层和封接层；阴极透镜底面周缘与阴极环内填充的铟料焊接；

6、整个器件各位置的真空度≤1×10-5pa；阴极透镜底面凸台面上设置的阴极面到有源像素传感器的上表面间距≤0.8mm；

7、电子轰击成像时，电路两极间先加≤4000v的高压，当光子通过阴极透镜到达凸台面的阴极发生光电子发射效应时，产生的电子在真空度≤1×10-5pa的环境内，在高压电场的作用下，加速向有源像素传感器表面运动，并轰击有源像素传感器表面，在源像素传感器12内部产生电子轰击增益，所得增益经过放大、存储、收集和输出得到数字图像输出；

8、插针式ebaps探测器在照度为10-4lx的检测环境下，信噪比10～25db；探测灵敏度为900～1200ua/lm；照度低于10-5lx时可成像；工作功耗低于3w；外形尺寸为50mm×50mm×20mm；重量小于80g。

9、优选地，管壳接口内底部填充设置金属碎屑。

10、优选地，阴极环顶面凹陷区域周缘上设置填铟环；填铟环内填充设置铟料；阴极透镜底面大平面周缘与铟料焊接。

11、优选地，阴极环外侧焊接负极电压线。

12、优选地，管壳接口内上部设置喇叭状口。

13、优选地，包括：多根金线；金线两端分别与有源像素传感器、带插针管壳的陶瓷底座相连接。

14、优选地，包括：陶瓷底；陶瓷底设置于带插针管壳底面上。

15、本申请的另一方面还提供了上述探测器的制作方法包括以下步骤：

16、1)在带插针管壳顶面周缘平面上焊接阴极环，在阴极环内的环形填铟环中填入铟条，加热熔化铟条后降温至室温后修整至铟条高度与阴极环、的内环面平齐，并检测带插针管壳顶面与阴极环之间区域的真空度≤1×10-6pa；

17、2)在带插针管壳中部凹陷区域的管壳接口中填充金属碎屑后，将有源像素传感器的传感器插针插入管壳接口中，检测有源像素传感器的光成像，得到满足成像要求的第一部件；

18、3)在阴极透镜底面的凸台面上制作阴极，在阴极透镜底面的大平面上制作依序叠置的导电层和封接层后，封接层与第一部件的环形填铟环铟封焊接，得到第二部件；

19、4)在铟封平台上铟封第一部件和第二部件，并检测整个器件各位置的真空度≤1×10-6pa，得到插针式ebaps探测器。

20、优选地，步骤3)中阴极为多碱或三代阴极。

21、优选地，还包括：对带插针管壳、阴极环、阴极透镜分别进行清洗、烧氢处理后进行步骤1)操作。

22、本申请能产生的有益效果包括：

23、1)本申请所提供的插针式ebaps探测器及制作方法，该器件结合了真空和固体器件原有的优点，解决了传统真空器件图像不可编辑、存储和数字化输出的问题；具有低噪声、高探测灵敏度、超低照度下可工作、低功耗、体积小、重量轻、低成本和数字化图像输出的特性。

24、2)本申请所提供的插针式ebaps探测器及制作方法，该器件经检测在夜晚照度为10-4lx的检测环境下，信噪比10～25db；高探测灵敏度是指其灵敏度可达900～1200ua/lm；工作环境的照度可低于10-5lx，实现超低工作；工作功耗低于3w；外形尺寸为50mm×50mm×20mm；重量小于80g；能实现低成本和数字化图像输出。

技术特征：

1.一种插针式ebaps探测器，其特征在于，包括：带插针管壳、有源像素传感器、阴极环、阴极透镜、机芯模组、插座；带插针管壳通过底面阵列设置的管壳插针插接于插座上；插座与电路板电连接上；

2.根据权利要求1所述的插针式ebaps探测器，其特征在于，管壳接口内底部填充设置金属碎屑。

3.根据权利要求1所述的插针式ebaps探测器，其特征在于，阴极环顶面凹陷区域周缘上设置填铟环；填铟环内填充设置铟料；阴极透镜底面大平面周缘与铟料焊接。

4.根据权利要求1所述的插针式ebaps探测器，其特征在于，阴极环外侧焊接负极电压线。

5.根据权利要求1所述的插针式ebaps探测器，其特征在于，管壳接口内上部设置喇叭状口。

6.根据权利要求1所述的插针式ebaps探测器，其特征在于，包括：多根金线；金线两端分别与有源像素传感器、带插针管壳的陶瓷底座相连接。

7.根据权利要求1所述的插针式ebaps探测器，其特征在于，包括：陶瓷底；陶瓷底设置于带插针管壳底面上。

8.一种如权利要求1～7中任一项所述的插针式ebaps探测器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8述的方法，其特征在于，步骤3)中阴极为多碱或三代阴极。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：对带插针管壳、阴极环、阴极透镜分别进行清洗、烧氢处理后进行步骤1)操作。

技术总结
本申请公开了一种插针式EBAPS探测器及制作方法，带插针管壳、有源像素传感器(APS)、阴极环、阴极透镜、机芯模组、插座；带插针管壳通过底面阵列设置的管壳插针插接于插座上；插座与电路板电连接上；有源像素传感器底面阵列设置多个传感器插针；传感器插针插接于带插针管壳内的管壳接口中。该器件结合了真空和固体器件原有的优点，解决了传统真空器件图像不可编辑、存储和数字化输出的问题；具有低噪声、高探测灵敏度、超低照度下可工作、低功耗、体积小、重量轻、低成本和数字化图像输出的特性。

技术研发人员：张新,宋林伟,李耀斌,徐传平,周凯超,关玉娟,张春先,董永发,杨士奇,谭远航,方舟,马熙颖,孙菡敏
受保护的技术使用者：北方夜视技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25