用于集成式杜瓦組件變溫測試的制冷結構制造技術

本專利公開了一種用于集成式杜瓦組件變溫測試的制冷結構，該結構包括包括環氧拉桿柄、環氧拉桿、液氮腔密封蓋板、外殼、液氮存儲腔、杜瓦一體支撐小端密封蓋板、芯柱、定桿帽、液氮托盤、冷頭、測溫鉑電阻、引線、引線環、杜瓦一體支撐密封底板、加熱電阻、杜瓦一體支撐大端密封蓋板。本專利的制冷結構和實現方法簡單，通用性強，成本低廉；本專利設計了一種通過調節液氮量以實現測試溫度達到85-130K的制冷結構，通過熱量補償實現對測試溫度精確控制。

【技術實現步驟摘要】

本專利涉及集成式杜瓦組件封裝技術，具體是指一種用于集成式超長線列紅外焦 平面杜瓦組件封裝過程中對探測器進行變溫測試的制冷結構，它適用于采用了直線型脈沖 管制冷機與探測器集成耦合式杜瓦組件內探測器性能過程測試。
技術介紹
隨著對空間分辨率及探測器靈敏度等要求的提高，紅外焦平面探測器常常采用線 列或者陣列拼接探測器芯片模塊的方式以提高分辨率。對于采用這類拼接方式的紅外焦平 面探測器對工作溫度及溫度均勻性要求較高，因此常常采用杜瓦組件與直線型脈沖管集成 耦合方式以滿足大冷量、深低溫的制冷需求。 在集成式杜瓦探測器封裝過程中，一般是杜瓦、探測器與直線型脈沖管制冷機完 成封裝后，采用制冷機開機測試探測器性能，通過這種方式測試帶來的缺點就是：1)無法 確定探測器各模塊在經過組裝、封裝等多道工藝后，其低溫工作時的性能指標是否能與封 裝之前保持一致；2)如果測試過程中發現某個探測器模塊有問題，還需要將已經完成密封 焊接的的杜瓦與制冷機冷指兩端的焊縫通過機加工方式銑開，這不僅會因在修配過程中產 生的應力對制冷機冷指及其他零部件造成損壞，還會延長探測器封裝周期；3)采用直線型 脈沖管制冷機進行開機測試時，還會帶來另外一些問題：比如制冷機壓縮機工作過程中，會 產生持續振動；制冷機壓縮機線圈轉動會造成電磁干擾，會增加探測器的噪聲，可能影響測 試結果的準確性。
技術實現思路
本專利的目的是提供一種集成式杜瓦組件內變溫測試的制冷結構，解決了探測器 與制冷機耦合封裝過程中探測器性能無干擾的測試和縮短封裝周期問題，滿足探測器性能 在封裝過程中性能控制的要求。 本專利的一種集成式杜瓦組件變溫測試的制冷結構，如附圖1所示，包括環氧拉 桿柄1、環氧拉桿2、液氮腔密封蓋板3、外殼4、液氮存儲腔5、杜瓦一體支撐小端密封蓋板 6、芯柱7、定桿帽8、液氮托盤9、冷頭10、測溫鉑電阻11、引線12、引線環13、杜瓦一體支撐 密封底板14、加熱電阻15、杜瓦一體支撐大端密封蓋板16、待測試杜瓦17。環氧拉桿柄1與 環氧拉桿2的上端通過低溫膠膠接，液氮腔密封蓋3與外殼4中間由液氮密封蓋板橡膠圈 301實現密封，外殼4分別與液氮存儲腔5上端、杜瓦一體支撐小端密封蓋板6通過激光焊 接進行密封，液氮存儲腔5與芯柱7通過激光焊接方式密封，定桿帽8的螺紋將環氧拉桿2 下端與液氮托盤9固定，芯柱7與冷頭10之間采用真空釬焊方式連接，在冷頭10表面使用 低溫環氧膠分別膠接測溫鉑電阻11、加熱電阻15,測溫鉑電阻11、加熱電阻15均通過引線 12連接，引線環13與杜瓦一體支撐密封底板14通過激光焊接連接，杜瓦一體支撐大端密封 蓋板16與待測杜瓦17的一體支撐1702下部小端面之間由杜瓦一體支撐大端密封蓋板橡 膠圈1601實現密封，待測試杜瓦17內冷鏈1701下端面與冷頭10固定使其緊密接觸。 本專利的實現方法如下： 將待測試杜瓦的排氣管1704與排氣機組通過法蘭連接，將其腔體抽真空，使測試 裝置內部真空度達到IXKT4Pa時。將液氮緩緩注入液氮存儲腔內，經過一段時間后，杜瓦 內探測器冷平臺逐漸達到熱平衡，此時杜瓦內部真空度達到lXl〇_ 5Pa。在此條件下可實現 杜瓦及變溫測試制冷結構內部固體傳導漏熱和各零部件的輻射漏熱不變。因此可由熱傳導 公式Q = λ . Α ' 1進行推導，得到1 = λ·^Ι，其中，λ為芯柱7的導熱系數，A為芯柱 7薄壁的橫截面積，Qsa為杜瓦17漏熱，Λ L為環氧拉桿2推拉的長度變化量。如附圖2所 示，T1為環氧拉桿2將液氮托盤9推到芯柱7的底部時由待測杜瓦17冷平臺上二極管所 測溫度值，T 2為環氧拉桿2將液氮托盤9拉到芯柱7的上部時由待測杜瓦17冷平臺上二極 管所測溫度值，因此，ΔΤ= (T2-Tq)-(T1-Tq) =T2-T1, Ttl為液氮溫度。由公式可得知環氧拉 桿2的長度AL與Λ T為線性關系。因此在環氧拉桿2的上端201區域刻上一定的分度 值，該分度值代表了 AL = λ 的分度，通過拉動不同刻度來調節不同液氮冷卻量，實 現較大的測溫范圍。 為了保證所需的測溫精度，在冷頭10上貼了測溫鉑電阻11和加熱電阻15,其中測 溫鉑電阻11用于監測冷頭10的溫度，當冷頭10溫度過低時，可通過加熱電阻15加熱得到 熱量Q對熱量進行補償，即Q總=Q傳導+Q加熱，其中Q加熱=I 2 · R，式中，I為加熱電阻15通入 電流，R為加熱電阻的阻值。由公式^ = 1叾~從而達到所需的測量溫度。 Vfeif + Win? 本專利的測量溫度的控制步驟如下： 1)將由待測試杜瓦及變溫測試制冷結構所組成的密封腔體進行抽真空，在該腔體 內部真空達到I X KT4Pa后，將刻有刻度的環氧膠拉桿2推到芯柱7底部，此時開始灌入液 氮，并實時記錄杜瓦冷平臺上的測溫二極管（待測杜瓦17芯片基板上已膠接的二極管）的 數值可監控整個降溫過程，在經過hMin時間的液氮冷卻后，待測杜瓦17內已達到熱平衡 狀態，此時記錄杜瓦冷平臺上溫度T 1和刻度L 1; 2)待液氮存儲腔5內液氮蒸發完后，將杜瓦冷平臺的溫度恢復到室溫狀態，再開 始下一次測試，將環氧拉桿2拉到L2刻度，并持續灌入液氮，直至t 2min后，杜瓦內部達到 熱平衡，此時記錄杜瓦探測器基板的溫度T2.如圖1所示，當環氧拉桿2拉到L2刻度時，整 個液氮存儲腔7內充滿液氮，而芯柱7被液氮托盤9分成兩部分，液氮托盤9側壁面與芯柱 7內壁面之間存在0. 2_的間隙，既利于環氧桿2的推拉，也可由于毛細作用阻止液氮向下 流動，因此芯柱7上部分充滿液氮，下部分沒有液氮，此時冷量傳輸途徑為液氮冷量通過液 氮托盤9側面及芯柱7薄壁傳輸到冷頭10,通過冷鏈1701將冷量傳輸到杜瓦冷平臺及探測 器，從而達到冷卻探測器的目的； 3)由環氧拉桿2的長度Δ L與Δ T為線性關系，即AL = λ ' ---式中Ttl為液氮 A ΔΤ 溫度。因此在環氧拉桿2上端201區域刻上一定的分度值，該分度值代表了 Δ? = λ ·一^ 的分度，通過拉動不同刻度來調節不同液氮冷卻量，實現精確控制所需的制冷溫度。 4)為了保證所需的測溫精度，在冷頭10上貼了測溫鉑電阻11和加熱電阻15,其 中測溫鉑電阻11用于監測冷頭10的溫度，當冷頭10溫度過低時，可通過加熱電阻15加熱 得到熱量Q，對熱量進行補償，即Q,& = +QiDa，其中QiDa = I2 *R *t，式中，I為加熱電阻 15通入電流，R為加熱電阻的阻值，t為加熱電阻通電加熱時間。由公Sal =夂·^~^- y傳導+^加熱 從而達到精確控制測量溫度。 本專利的優點是： 1)本專利的制冷結構和實現方法簡單，通用性強，成本低廉； 2)本專利的變溫制冷結構易于安裝及拆卸，不會影響后續直線性脈管制冷機冷指 與杜瓦一體支撐的激光焊接工藝； 3)本專利采用液氮制冷方式冷卻冷平臺上的探測器模塊，設計了一種可以調節液 氮量實現制冷溫度范圍85-130K的結構，擴大了測溫范圍，通過環氧拉桿2的推拉實現測量 溫度的初步控制，通過在冷頭10上膠接加熱電阻15方式對熱量進行補償實現了溫度精確 控制； 4)本專利由于采用了液氮測試，整個測試過程不受制冷機壓縮機振動及電磁干 擾，測試精度高，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于集成式杜瓦組件變溫測試的制冷結構，它包括環氧拉桿柄(1)、環氧拉桿(2)、液氮腔密封蓋板(3)、外殼(4)、液氮存儲腔(5)、杜瓦一體支撐小端密封蓋板(6)、芯柱(7)、定桿帽(8)、液氮托盤(9)、冷頭(10)、測溫鉑電阻(11)、引線(12)、引線環(13)、杜瓦一體支撐密封底板(14)、加熱電阻(15)、杜瓦一體支撐大端密封蓋板(16)、待測試杜瓦(17)，其特征在于：所述的環氧拉桿柄(1)與環氧拉桿(2)的上端通過低溫膠膠接，液氮腔密封蓋(3)與外殼(4)中間由液氮密封蓋板橡膠圈(301)實現密封，外殼(4)分別與液氮存儲腔(5)上端、杜瓦一體支撐小端密封蓋板(6)通過激光焊接進行密封，液氮存儲腔(5)與芯柱(7)通過激光焊接方式密封，定桿帽(8)的螺紋將環氧拉桿(2)下端與液氮托盤(9)固定，芯柱(7)與冷頭(10)之間采用真空釬焊方式連接，在冷頭(10)表面使用低溫環氧膠分別膠接測溫鉑電阻(11)、加熱電阻(15)，測溫鉑電阻(11)和加熱電阻(15)均通過引線(12)連接，引線環(13)與杜瓦一體支撐密封底板(14)通過激光焊接連接，杜瓦一體支撐大端密封蓋板(16)與待測杜瓦(17)的一體支撐(1702)下部小端面之間由杜瓦一體支撐大端密封蓋板橡膠圈(1601)實現密封，待測試杜瓦(17)內冷鏈(1701)下端面與冷頭(10)固定使其緊密接觸。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李俊，孫聞，王小坤，陳俊林，曾智江，郝振貽，李雪，
申請(專利權)人：中國科學院上海技術物理研究所，
類型：新型
國別省市：上海;31