一种用于实现真空密封的复合电路板及真空微光成像器件

技术领域

本发明属于真空成像器件领域，具体涉及一种用于实现真空密封的复合电路板及真空微光成像器件。

背景技术

真空成像器件，目前所采用工艺大多是将管壳及输出窗先进行焊接，然后放入真空排气台中进行高温烘烤除气，再与输入窗进行铟封。

随着成像数字化的发展，开始出现一种将图像传感器封接在真空腔体内以替代输出窗的真空成像器件，但由于传统真空封接技术需要通过410℃以上的高温加热数小时进行烘烤除气，而图像传感器属于电子元器件，无法长时间承受高温，所以需要改进封接工艺以实现真空封接。

此外，该真空成像器件通常采用陶瓷转接板作为基底座，图像传感器通常需要上百根引脚与之焊接实现数据通信，该结构容易导致整个真空器件漏气。

而传统PCB主要用于承载电子元器件，也不可用作真空密封零部件：主要有以下几点原因：

主流PCB板材为FR4，属于树脂和玻璃纤维混合板材，虽然加工性能优异且具备良好的制程能力，但是板材中存在细小空洞，气体会从这些孔洞渗透进真空腔体内。

FR4主要为有机材料，在高温环境中容易挥发出有机气体，污染真空腔体。

FR4板材弯曲强度相对金属和陶瓷等无机材料较弱，如果作为真空密封零部件可能出现裂缝。

发明内容

本发明解决问题在于如何克服传统板材不能用于实现真空密封、采用传统真空封接技术无法克服高温除气对其造成的损害等不足，提供一种用于实现真空密封的复合电路板，该复合电路板包括陶瓷基板层、聚酰亚胺层及FR4基板层，在真空侧的内层采用陶瓷基板，兼顾弯曲强度和气密性，同时陶瓷基板属于无机材料，在高温时不会释放有机气体；在填充层采用聚酰亚胺层，聚酰亚胺具备优异的弯曲强度和密封性能，在极高真空下放气量很少，且高低温如热稳定性好；在最外层采用FR4基板层，FR4基板层具备一定的弯曲强度，同时因为制程能力好，其背面还可以承载元器件。

本发明的总的目的是提供一种用于实现真空密封的复合电路板及真空微光成像器件，旨在解决现有真空封接工艺中图像传感器无法承受高温以及陶瓷转接板作为基底座容易出现漏气及传统PCB无法用于实现真空密封等问题。

具体的，本发明的目的之一是提供一种用于实现真空密封的复合电路板，能够解决传统板材无法作为真空零部件的劣势，同时能够解决传统真空零部件无法承载图像传感器，无法作为线路板的不足。

本发明的另一个目的是提供一种包含有用于实现真空密封的复合电路板的真空微光成像器件。

为解决上述技术问题、实现本发明的目的，本发明的技术方案为：

一种用于实现真空密封的复合电路板，包含依次设置的陶瓷基板层、至少一层聚酰亚胺层及至少一层FR4基板层，在真空侧的内层采用陶瓷基板层，兼顾弯曲强度和气密性，同时陶瓷基板属于无机材料，在高温时不会释放有机气体；在填充层采用聚酰亚胺层，聚酰亚胺具备优异的弯曲强度和密封性能，在极高真空下放气量很少，且高低温如热稳定性好；在最外层采用FR4，FR4具备一定的弯曲强度，同时因为制程能力好，其背面还可以承载元器件。所述聚酰亚胺层位于陶瓷基板层与FR4基板层之间，当包含有多层FR4基板层时，FR4基板层之间采用聚酰亚胺层作为填充，确保层与层之间不会出现漏气。所述陶瓷基板层与FR4基板层之间或者两层FR4基板层之间通过过孔通信，过孔通过盲埋孔实现，且所有盲埋孔采用铜浆填充。

一种真空微光成像器件，包含依次设置的输入窗、管壳和基底座的真空微光成像器件，该所述基底座位于最下端。所述基底座包括位于真空腔体内的图像传感器、用于焊接图像传感器的陶瓷基板层、两层聚酰亚胺层及两层FR4基板层，所述聚酰亚胺层位于陶瓷基板层与FR4基板层之间以及两层FR4基板层之间，该聚酰亚胺层作为填充，确保层与层之间不会出现漏气。所述陶瓷基板层与FR4基板层之间以及两层FR4基板层之间通过过孔通信，且过孔用铜浆填充。所述基底座下端有与图像传感器引脚数量相当的插针，用于传输图像数据。

为了防止漏气，本发明的陶瓷基板层及FR4基板层的层与层之间的数据通信通过盲埋孔实现，且所有盲埋孔采用铜浆填充。

与现有技术相比较，本发明的有益效果包括：

本发明的复合电路板采用多层复合结构构成PCB，在真空侧的内层采用陶瓷基板层，兼顾弯曲强度和气密性，同时陶瓷基板属于无机材料，在高温时不会释放有机气体；在填充层采用聚酰亚胺层，聚酰亚胺具备优异的弯曲强度和密封性能，在极高真空下放气量很少，且高低温如热稳定性好；在最外层采用FR4，FR4具备一定的弯曲强度，同时因为制程能力好，其背面还可以承载元器件。多层之间采用聚酰亚胺层作为填充，确保层与层之间不会出现漏气。陶瓷基板层与FR4基板层之间通过过孔通信，过孔通过盲埋孔实现，且所有盲埋孔采用铜浆填充。本发明解决了现有真空封接工艺中图像传感器无法承受高温以及陶瓷转接板作为基底座容易出现漏气及传统PCB无法用于实现真空密封等问题，可用于实现对微光成像器件的真空密封。

附图说明

图1是本发明的真空微光成像器件的结构示意图。

图2是基底座局部结构示意图。

图3是基底座整体结构示意图。

图4是聚酰亚胺层的结构示意图。

图5是FR4基板层结构示意图。

其中，图1中的附图标记分别为：

1：输入窗；2：输入窗封接材料；3：法兰盘；4：管壳本体；5：图像传感器；6：焊盘；7：陶瓷基板层；8，10：聚酰亚胺层；9，11：FR4基板层；12：器件插针；13：过孔；14：FR4基板层上的焊盘；15：基底座。

图2中的附图标记分别为：

7：陶瓷基板层；8，10：聚酰亚胺层；9，11：FR4基板层；12：器件插针；13：过孔；9-1，11-1：FR4基板层预留焊盘；9-2，11-2：FR4基板层走线；13-1：填充过孔的铜；13-2：聚酰亚胺层预留过孔中填充的铜。

图3中的附图标记分别为：

5：图像传感器；6：焊盘；15：基地座；15-1：基底座焊盘。

图4中的附图标记分别为：

8，10：聚酰亚胺层；8-1，10-1：聚酰亚胺层预留过孔。

图5中的附图标记分别为：

9，11：FR4基板层；9-1，11-1：FR4基板层预留焊盘；9-2，11-2：FR4基板层走线；9-3，11-3：FR4基板层过孔。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种用于实现真空密封的复合电路板，包含依次设置的陶瓷基板层、聚酰亚胺层及FR4基板层；所述陶瓷基板层位于真空侧的内层，所述聚酰亚胺层作为填充位于陶瓷基板层与FR4基板层之间；所述陶瓷基板层、聚酰亚胺层和FR4基板层均设置有实现陶瓷基板层与FR4基板层之间电连接的过孔，所述过孔通过盲埋孔实现，且所有盲埋孔采用铜浆填充。

所述FR4基板层可以设置两层以上，所述聚酰亚胺层作为填充位于两层FR4基板层之间。

每层FR4基板层均设置有用于实现相互电连接的过孔。

如图1所示，一种真空微光成像器件，包括依次设置的输入窗、管壳和基底座，所述基底座位于最下端；所述基底座包括位于真空腔体内的图像传感器和所述的用于实现真空密封的复合电路板；所述陶瓷基板层用于焊接图像传感器；所述基底座下端有与图像传感器等器件引脚数量相当的插针，用于传输图像数据。

所述用于实现真空密封的复合电路板包括两层聚酰亚胺层及两层FR4基板层。

所述输入窗可以是面板、玻璃、石英玻璃、光栅等材料，其作用是为整个器件提供入射电子。

所述管壳由管壳本体及法兰盘两个部分组成。所述管壳本体为金属或陶瓷材料，所述法兰盘是金属材料，制作管壳时将法兰盘焊接在管壳本体上，法兰盘作用有二，一是用于放置铟圈，封接时可靠连接输入窗和管壳，二是作为电极，为真空器件正常工作提供所需电场。

所述基底座包括位于真空腔体内的图像传感器、陶瓷基板层、两层聚酰亚胺层及两层FR4基板层。其中图像传感器一般为图像传感器，图像传感器采集到的信号通过盲埋孔传输到基底座下端以实现数据传输；其中陶瓷基板层一般为氧化铝或氮化铝，性能稳定，不会释放有机气体破坏器件的真空度，其周边有一圈焊盘，用于焊接管壳；陶瓷基板层与FR4基板层之间以及两层FR4基板层之间通过聚酰亚胺层作为填充，确保层与层之间不会出现漏气。陶瓷基板层与FR4基板层之间以及两层FR4基板层之间通过过孔通信，且过孔用铜浆填充。基底座下端有与图像传感器等器件引脚数量相当的插针，用于传输图像数据。

本发明在实施时，其中的部件选用及作用分别为：

输入窗1：真空器件的输入窗。材料为面板、玻璃(如石英玻璃)、光栅等材料，其作用是为整个器件提供入射电子。

输入窗封接材料2：铟，封接前将铟圈融化于阴极法兰盘内并进行车铟，留下适量的铟用于封接输入窗和管壳。

法兰盘3：一般是金属材料，制作管壳时将其焊接在管壳上，一个作用是用于放置铟圈，焊接时候可靠连接输入窗及管壳，此外还可以作为电极，为器件正常工作提供所需电场。

管壳本体4：陶瓷或金属材料，用于为成像器件提供真空腔体。

图像传感器5：实现数字化成像。

基底座焊盘6：图像传感器通过焊盘焊接于基底座上方。

陶瓷基底7：一般为氧化铝或氮化铝，性能稳定，不会释放有机气体破坏器件的真空度，其周边有一圈焊盘，用于焊接管壳。

聚酰亚胺层8，10：层与层之间的填充物，防止基底座漏气。

FR4基板层9，11：多层板走线通信。

器件插针12：用于传输数据。

过孔13：用于传输数据，为防止漏气采用铜浆进行填充。

FR4基板层上的焊盘14：位置与上一层过孔对应实现通信。

基底座15：替代真空成像器件的输出窗。

基底座焊盘15-1：用于与管壳密封。

聚酰亚胺层8，10：层与层之间的填充物，防止基底座漏气。

聚酰亚胺层预留过孔8-1，10-1：填充铜浆以便于层与层之间数据传输。

FR4基板层预留焊盘9-1，11-1：位置与上层过孔一一对应，用于与上层陶瓷基板或FR4基板层过孔填充的铜衔接，传输数据的同时预防基底座漏气。

FR4基板层走线9-2，11-2：盲埋孔层间信号传输。

FR4基板层过孔9-3，11-3：用铜填充，与上下层通信传输数据的同时预防基底座漏气。

本发明的真空微光成像器件在封接前，先在多层压合的基地座上焊接相应的图像传感器，之后将其放入排气台的一个真空腔体中，输入窗及管壳放置于同一排气台另一真空腔体中，该排气台两个真空腔体处于同一真空环境下，但是温度不会互相影响。当完成输入窗与管壳封接且温度下降到100℃以下时，将基底座传输到该腔体内，加温融化焊锡完成真空封接。

本发明的复合电路板的制备过程为：

1)分别按照图纸制备陶瓷基板层、聚酰亚胺层及FR4基板层，包括各层走线及过孔；

2)将插针放置于夹具内，放置底层FR4基板层，在过孔内注入铜浆填充过孔并固定插针；

3)按照对应位置放置下层聚酰亚胺层及上层FR4基板层，进行压合，并在该层过孔位置再次注入铜浆填充过孔；

4)按照对应位置放置上层聚酰亚胺层，放置陶瓷基板层再次进行压合，并在过孔位置置再次注入铜浆填充过孔。