一种用于水冷和风冷散热的热电制冷装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光电探测器制冷技术，尤其涉及一种用于水冷和风冷散热的热电制冷装置。
【背景技术】
[0002]在光电探测器领域，很多探测器都是半导体探测器，半导体探测器对温度特别敏感，尤其在微弱信号探测的时候需要去除由于温度带来的影响，比如对于科学级CCD来说，在室温下，暗电流会带来非常大的影响，对于微弱的信号输入，成像质量会非常差。暗电流是指在没有光照情况下，半导体光电成像器件工作时产生的热电流。它的存在会对光电器件的成像质量造成一定的影响，例如，当CCD器件在暗电流特别大(即暗电流尖峰)时，对应区域的图像上将会出现白斑。暗电流的大小与半导体器件工作时的温度有关，一般每降低5?7°C，暗流就减小一半，因此一般需要制冷到-50到_100°C才能忽略暗电流的影响。在使用科学级CCD进行成像时，必须要将暗电流控制在尽量小的范围，因此需要对科学级CCD进行深度制冷，并维持在一个合适的低温温度。
[0003]目前，科学级CCD芯片的制冷主要有热电制冷，压缩机制冷和液氮制冷。压缩机制冷可以深度制冷，制冷温度可以远低于_100°C，但其结构相对复杂，成本也较高，并没有广泛使用。液氮制冷的优点是冷量大，其缺点是液氮罐的体积大，需要经常灌液氮和维护，在一些没法经常灌注液氮的场合是没法使用的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种结构简单、制冷效果好、适应性强的用于水冷和风冷散热的热电制冷装置。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明的用于水冷和风冷散热的热电制冷装置，包括由真空腔体底座和真空腔体上盖围成的真空腔体，所述真空腔体上盖的顶壁设有封窗玻璃，所述真空腔体上盖的侧壁设有真空抽气口，所述真空腔体内设有TEC制冷片、CCD芯片、冷指、温度传感器、电气插头、真空吸附剂；
[0007]所述真空腔体底座内设有水循环系统，所述真空腔体底座下部设有翅片散热器。
[0008]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的用于水冷和风冷散热的热电制冷装置，能达到科学级CCD芯片制冷的需求，设计结构简单，且能同时适用风冷散热方式和水冷散热方式的真空杜瓦，使得热电制冷杜瓦可以适应各种场合，灵活使用散热方式，包括在极端条件下的南极，通过TEC制冷片的制冷使得CCD芯片维持在一个合适的低温温度。适用于半导体热电制冷(TEC)的用于光电传感器的真空杜瓦装置，特别适用于科学级阵列(XD的探测器。
【附图说明】
[0009]图1为本发明实施例提供的用于水冷和风冷散热的热电制冷装置的结构示意图。
[0010]图2为本发明实施例中腔体上盖的结构示意图。
[0011]图3为本发明实施例中水循环系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0013]本发明的用于水冷和风冷散热的热电制冷装置，其较佳的【具体实施方式】是:
[0014]包括由真空腔体底座和真空腔体上盖围成的真空腔体，所述真空腔体上盖的顶壁设有封窗玻璃，所述真空腔体上盖的侧壁设有真空抽气口，所述真空腔体内设有TEC制冷片、CCD芯片、冷指、温度传感器、电气插头、真空吸附剂；
[0015]所述真空腔体底座内设有水循环系统，所述真空腔体底座下部设有翅片散热器。
[0016]所述TEC制冷片的热端固定在所述真空腔体底座上，所述冷指固定在TEC制冷片的冷端，所述CCD芯片固定在所述冷指上，所述温度传感器固定在所述冷指上，所述真空吸附剂固定在所述真空腔体底座上。
[0017]所述(XD芯片、TEC制冷片和温度传感器通过所述电气插头与真空腔体外部的(XD控制器和TEC制冷驱动板相连接。
[0018]所述水循环系统包括水道、出水口、入水口，所述入水口和出水口接入水冷循环机，所述翅片散热器采用铝或者铜材料，并设有强力风扇。
[0019]所述真空腔体上盖与真空腔体底座通过法兰连接，法兰的接触面之间设有氟橡胶密封圈，所述封窗玻璃与真空腔体上盖之间通过环氧树脂密封胶密封，或者将封窗玻璃直接焊接在真空腔体上盖上。
[0020]所述真空抽气口焊接在真空腔体上盖的侧壁，所述真空抽气口的外端通过法兰与真空栗及真空计连接。
[0021]所述真空腔体上盖和真空抽气口采用304不锈钢材质，所述真空腔体底座采用纯铜材料。
[0022]本发明的用于水冷和风冷散热的热电制冷装置，能达到科学级CCD芯片制冷的需求，设计结构简单，且能同时适用风冷散热方式和水冷散热方式的真空杜瓦，使得热电制冷杜瓦可以适应各种场合，灵活使用散热方式，包括在极端条件下的南极，通过TEC制冷片的制冷使得CCD芯片维持在一个合适的低温温度。
[0023]本发明的热电杜瓦装置，有导热率高的腔体底座，导热率低刚性强的腔体上盖，能透过各种光信号的封窗玻璃，能帮助维持真空的真空吸附剂，进行制冷的半导体制冷片，温度传感器，导热率高的铜冷指，大散热面积的翅片散热器和适用水冷散热的水循环系统构成。
[0024]本发明的热电制冷杜瓦装置由真空腔体，TEC半导体制冷片，冷指，(XD探测器，温度传感器，真空吸附剂，风冷散热器以及水冷循环结构组成。
[0025]真空腔体分为上盖，底座以及封窗玻璃组成，上盖侧面留有真空抽气口，底座留有供电气接口的密封电气插头。上盖由导热系数低，强度大的304不锈钢材料，设计成圆筒形状，与底座形成真空法兰接口，在侧面设计一个真空抽气口。底座由导热率高的纯铜材料加工而成，有利于TEC热端的热量能快速的传导到散热片以及水循环系统上，同时提供密封电气插头的电接口，TEC固定接口以及水冷系统所需的水道循环结构。电气插头提供CCD探测器，TEC制冷片所需的电气接口。
[0026]TEC制冷片作为制冷的关键部件，其热端通过良好的热接触固定在真空腔体的铜底座上，其冷端通过一个良好的热接触固定由纯铜材料制作的冷指，冷指结构根据TEC的大小和CCD探测器的大小设计。冷指的一端固定在TEC制冷片的冷端上，另一端和CCD探测器形成良好的热接触，CCD探测器中的冷量通过冷指，TEC制冷片，铜底座，最后传到到散热片或水循环系统中，使得C⑶探测器上的温度能达到-60?-100°C。
[0027]为了实现良好的制冷效果以及防止水汽结露，整个腔体需要通过一个真空抽气口抽真空，同时为了能长时间维持真空，需要在腔体中放置真空吸附剂。
[0028]为了进行快速有效的散热，真空腔底座使用纯铜材料制作，作为整个散热系统的一部分，在底座的外侧设计了水循环系统，水循环系统由水道和入水管，出水管组成，在使用水循环系统时，外接水冷却循环机，TEC热端的热量通过铜底座能迅速的进入水道中的冷却水，并通过水循环系统带走，进入水冷却循环机中。如果不使用水循环散热系统，TEC