非制冷红外成像技术由于其低成本和高性能,近年来得到了越来越多的关注。本课题组设计制作了一种集成化的光学读出非制冷红外成像系统,利用双材料梁的热-机械响应原理,通过非相干光空间滤波技术检测悬臂梁的热致变形,从而得到物体热像。高真空环境(<1Pa)下,由于消除了微悬臂梁阵列(FPA,Focal Plane Array)单元的空气热导,系统成像质量得到显著改善。为了摆脱实验室条件下高真空环境对真空泵的依赖,实现系统高性能、长寿命、低成本、小型化的特点,满足商业化要求, FPA的高真空度、高气密性独立封装急需解决。硅和锗是常用的透红外窗口材料。论文中对硅的红外透过率进行了实验测定,用人手作为恒温热源,其辐射的红外波长约为10μm,实验结果表明,在该波段硅的透过率约为40%~50%。由于镀膜等技术的限制,在目前的光学读出非制冷红外成像系统FPA真空封装结构中,透红外光的窗口材料仍选择双面镀增透膜的锗,透可见光的窗口材料为硼硅玻璃,其热膨胀系数与锗匹配。锗窗上温度不超过250℃以保护其上的增透膜,FPA上微梁单元是对温度非常敏感的微结构,安全温度上限为100℃。基于此低温要求,实验中用Apiezon Wax W真空封腊作为黏合剂进行了真空封装实验,得到了漏率为2.0×10-8Pa·m3·s-1的密封效果。为了同时满足长的真空寿命要求,本文中采用了两种方案封装FPA并进行了成像实验:方案一,选用软化点温度低于100℃的环氧树脂作为黏合剂,将两个窗口同外壳粘接密封,封装后腔内初始真空度为2.5×10-5Pa,氦质谱检漏法测得漏率为3×10-10Pa·m3·s-1;方案二,选用Pb/Sn低熔点焊料将两个窗口分别同两个可伐外壳在低于200℃下焊接,再将两个可伐外壳采用真空电子束焊接方法焊接在一起,封装后腔内初始真空度为3×10-4Pa,氦质谱检漏法测得漏率为3×10-11Pa·m3·s-1。两种方案封装工艺及测试结果表明,两种封装方法的气密性不够好,而方案二的工艺过程及封装结构也比较复杂。为了进一步优化封装工艺及结构,基于低温瞬时液相键合的新工艺(焊接温度为200℃),提出了一种用于锗-硼硅玻璃低温扩散焊接的局部加热方法,研究了该加热过程中封装体上的温度分布。该方法从导热系数较大的锗窗口外表面加热(200℃),硼硅玻璃窗口外表面维持恒定低温(60℃)。模拟计算结果表明,该加热过程中,待焊接区域温升较高(200℃),满足低温焊接要求,而芯片区域温度较低(低于100℃),同时锗窗上温度低于250℃。文中用实验对模拟计算结果进行了验证,实验测量结果同模拟计算结果一致。该方法有效保护了FPA和锗片上的增透膜,并满足待焊接区域低温焊接温度要求,可用于FPA真空封装工艺,加快系统的商业化脚步。