一種集成深低溫制冷裝置的大功率光電探測器組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種集成深低溫制冷裝置的大功率光電探測器組件，組件可以實現(xiàn)功率在100W?500W的大功率芯片真空制冷封裝，適用于電阻陣等類似的大功率探測器組件。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率電阻陣探測器是紅外場景模擬系統(tǒng)中的核心部件之一，這種探測器通過對不同像元施加不同的電壓信號，從而使得不同像元具有不同的紅外輻射能量，所有像元組合起來形成模擬目標(biāo)的紅外輻射特征。電阻陣探測器的像素規(guī)模已經(jīng)達(dá)到實用化，基于這種技術(shù)的紅外景象生成裝置在各種紅外動態(tài)目標(biāo)模擬領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。為了模擬特定的目標(biāo)，需要電阻陣工作在很低的溫度下，并要有比較高的功率，比如500W的電阻陣要工作在100K的深低溫下。
[0003]目前對于紅外探測器的制冷大多采用機(jī)械制冷機(jī)，但是制冷機(jī)產(chǎn)品還無法實現(xiàn)對數(shù)百瓦的探測器進(jìn)行制冷并維持在100K左右的深低溫。為了避免結(jié)水、結(jié)霜等影響探測器的工作，深低溫工作的探測器還要處于真空環(huán)境中。另外還有一個低溫下材料間的熱失配問題。
[0004]為解決以上問題，本發(fā)明提出了一種新型的大功率真空封裝結(jié)構(gòu)的組件，組件內(nèi)部集成制冷裝置、真空維持接口等。組件采用螺釘連接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)可靠且易于維護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可實現(xiàn)數(shù)百瓦制冷量并能穩(wěn)定工作在100K左右深低溫的組件。通過更換不同種類的循環(huán)液，該結(jié)構(gòu)也可以用于室溫下大功率探測器的封裝組件。該組件主要解決了以下幾個問題:第一、類似電阻陣等功率在數(shù)百瓦及以上探測器的制冷封裝，在液氮作為冷卻介質(zhì)情況下可以實現(xiàn)100K以下的制冷溫度;第二、組件密封封裝后一般無法拆卸，或者即使可以拆卸也是一種破壞性的拆解，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)采用了螺釘連接結(jié)構(gòu)，既可以保證有效的密封封裝，也可以便于維護(hù)時的檢查、拆卸和更換零部件。第三、該結(jié)構(gòu)的電極板是采用陶瓷加工制備的，可以實現(xiàn)高密度的引線。
[0006]本專利的一種深低溫工作的大功率光電探測器組件結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括外殼1、管帽2、光學(xué)窗口 3、管帽固定螺釘4、探測器芯片5、液冷裝置6、隔熱密封圈7和液冷裝置固定螺釘8。
[0007]外殼1選用柯伐合金金屬。在外殼1的上部加工16個與管帽2位置對應(yīng)的Ml.6螺孔108，在底部有8個與液冷裝置6位置對應(yīng)的Φ2.5的通孔106，底部有2個Φ8.0的通孔107，用于液冷裝置的進(jìn)液管和出液管的穿出，底部外側(cè)8個Φ3.5的沉頭孔105用于組件的安裝固定，與管帽2定位安裝的面上放置金屬密封圈104。殼體101與真空插座102通過激光焊接工藝密封焊接在一起。
[0008]液冷裝置6主要由液冷室601、低溫密封圈602、液冷底板603、出液管604、進(jìn)液管610五部分組成。液冷室601和液冷底板603采用具有高導(dǎo)熱、低膨脹系數(shù)的鉬、鎢銅合金材料加工。液冷底板603上有8個Φ 2.5的通孔607，其位置與外殼的通孔106對應(yīng)，也與液冷室601上的8個M2.0螺紋通孔608對應(yīng)。液冷底板603底部的大環(huán)形槽605，用于安裝大隔熱密封圈701，小環(huán)形槽606用于安裝小隔熱密封圈702。液冷室601上有676個按l.0mmX 1.0mm陣列排布的擾流柱609，每個擾流柱大小為0.5mm(長)X 0.5mm(寬)X 3.0mm(高)。液冷裝置6的進(jìn)出液管610、604和液冷底板603通過真空釬焊工藝密封焊接在一起，液冷室601、低溫密封圈602、液冷底板603通過銷釘定位方式定位組裝在一起。
[0009]隔熱密封圈采用導(dǎo)熱性能差的高分子材料加工，如玻璃鋼、聚四氟乙烯等。大隔熱密封圈701和小隔熱密封圈702放在液冷底板對應(yīng)的環(huán)形槽內(nèi)，液冷裝置6放在外殼1內(nèi)，通過8個M2.0的液冷裝置固定螺釘8將液冷裝置6與外殼1連接在一起。
[0010]探測器芯片5與液冷室601通過低溫軟金屬焊料焊接在一起，探測器芯片5與外殼1上的真空插座102通過超聲波鍵合的工藝電學(xué)連接在一起。
[0011 ]管帽2選用柯伐合金金屬。光學(xué)窗口 3通過環(huán)氧膠粘貼或金屬焊料焊接的方式與管帽2密封連接在一起。
[0012]外殼1上放置金屬密封圈104，然后放置管帽2，使面201與金屬密封圈104接觸。夕卜殼1與管帽2通過將16個Ml.6管帽固定螺釘4對應(yīng)安裝穿過管帽2上的Φ 1.8通孔202并與外殼1的上16個Ml.6螺孔108螺接旋緊連接在一起。
[0013 ]本發(fā)明的優(yōu)點在于，采用本發(fā)明的方案制作的封裝結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)功率在100W?500W的大功率芯片真空制冷封裝，可以實現(xiàn)大功率器件的100K下的深低溫工作。
【附圖說明】
[0014]圖1組件結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0015]1-外殼、2-管帽、3-光學(xué)窗口、4-管帽固定螺釘、5-探測器芯片、6-液冷裝置、7-隔熱密封圈、8-液冷裝置固定螺釘；
[0016]圖2封裝結(jié)構(gòu)爆炸圖。
[0017]2-管帽、3-光學(xué)窗口、4-管帽固定螺釘、5-探測器芯片、8-液冷裝置固定螺釘、101-殼體、102-真空插座、103-抽氣口、104-金屬密封圈、601_液冷室、602-低溫密封圈、603-液冷底板、604-出液管、610-進(jìn)液管、701 -大隔熱密封圈、702-小隔熱密封圈。
[0018]圖3組件結(jié)構(gòu)立體圖。
[0019]圖4外殼結(jié)構(gòu)不意圖；
[0020]102-真空插座、103-抽氣口、104-金屬密封圈、105-Φ 3.5的沉頭孔、106-Φ 2.5通孔、107-Φ8.0通孔、108-M1.6螺孔、109-定位安裝面。
[0021]圖5液冷裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0022]601-液冷室、602-低溫密封圈、603-液冷底板、604-出液管、605-大方形槽、606-小方形槽、607- Φ 2.5通孔、608-M2.0螺孔、609-擾流柱、610_進(jìn)液管。
[0023]圖6管帽結(jié)構(gòu)示意圖；
2-管帽、201-密封圈安裝面、202-Φ 1.8通孔、203-上表面、204-通光區(qū)、205-窗口定位面。
【具體實施方式】:
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0025]1.各零部件的制作與準(zhǔn)備
[0026]a)外殼1選用低膨脹系數(shù)的合金金屬加工，如柯伐、殷鋼等材料。在外殼1的外形尺寸100mm(長)X 100mm(寬)X 18mm(高)，在上部加工Ml.6螺孔108，深度大于3mm，每邊4個共16個，每邊上按20mm的等間隔分布。在底