一種基于集成式杜瓦組件變溫測試制冷結構的控溫方法
【技術領域】
[0001] 本發明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的控溫及測溫方法，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。
【背景技術】
[0002] 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。
[0003] 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。

【發明內容】

[0004] 本發明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的控溫方法，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。
[0005] 本發明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。
[0006] 本發明的實現方法如下：
[0007] 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IXKT 4Pa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
【主權項】
1. 一種基于集成式杜瓦組件變溫測試制冷結構的控溫方法，所述的集成式杜瓦組件變 溫測試制冷結構包括環氧拉桿柄（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)，其特征在于包括以下步驟： 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IX 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（1703)上的測溫二極管（待測杜瓦（17)芯片基板上已膠接的 測溫二極管的數值可監控整個降溫過程，在經過AMin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，當環氧拉桿（2)拉到L2刻度時，整個液氮存儲 腔（5)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 壁面之間存在〇.2_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； A · ΔΤ 3) 由環氧拉桿⑵的長度AL與Λ T為線性關系，即AL = λ 式中T。為 y 液氮溫度。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 AL = λ 的分度，通過拉動不同刻度來調節不同液氮冷卻量，實現精確控制所需的 y 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總=Q傳導+Q加熱，其中Q加熱=I 2 · 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，由公式 Δ? = λ 〇Α+Δ〇Γ '從而達到精確控制測量溫度。 ^傳導 Y加熱
【專利摘要】本發明公開了一種基于集成式杜瓦組件變溫測試制冷結構的控溫方法，所述的集成式杜瓦組件變溫測試制冷結構包括環氧拉桿柄、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。本發明設計了一種通過調節液氮面與冷平臺不同距離量來實現測試溫度達到85-130K的制冷結構，通過熱量補償實現對測試溫度精確控制；本發明在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，結果穩定；本發明適用于采用了直線型脈沖管制冷機與探測器耦合集成式杜瓦組件探測器性能過程測試。
【IPC分類】G05D23-20
【公開號】CN104731126
【申請號】CN201510028939
【發明人】李俊, 孫聞, 王小坤, 陳俊林, 曾智江, 郝振貽, 李雪
【申請人】中國科學院上海技術物理研究所
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年1月21日