一种基于集成式杜瓦组件变温测试制冷结构的控温方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及集成式杜瓦组件封装技术，具体是指一种用于集成式超长线列红外焦 平面杜瓦组件封装过程中对探测器进行变温测试的制冷结构的控温及测温方法，它适用于 采用了直线型脉冲管制冷机与探测器集成耦合式杜瓦组件内探测器性能过程测试。
【背景技术】
[0002] 随着对空间分辨率及探测器灵敏度等要求的提高，红外焦平面探测器常常采用线 列或者阵列拼接探测器芯片模块的方式以提高分辨率。对于采用这类拼接方式的红外焦平 面探测器对工作温度及温度均匀性要求较高，因此常常采用杜瓦组件与直线型脉冲管集成 耦合方式以满足大冷量、深低温的制冷需求。
[0003] 在集成式杜瓦探测器封装过程中，一般是杜瓦、探测器与直线型脉冲管制冷机完 成封装后，采用制冷机开机测试探测器性能，通过这种方式测试带来的缺点就是：1)无法 确定探测器各模块在经过组装、封装等多道工艺后，其低温工作时的性能指标是否能与封 装之前保持一致；2)如果测试过程中发现某个探测器模块有问题，还需要将已经完成密封 焊接的的杜瓦与制冷机冷指两端的焊缝通过机加工方式铣开，这不仅会因在修配过程中产 生的应力对制冷机冷指及其他零部件造成损坏，还会延长探测器封装周期；3)采用直线型 脉冲管制冷机进行开机测试时，还会带来另外一些问题：比如制冷机压缩机工作过程中，会 产生持续振动；制冷机压缩机线圈转动会造成电磁干扰，会增加探测器的噪声，可能影响测 试结果的准确性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种集成式杜瓦组件内变温测试的制冷结构的控温方法，解 决了探测器与制冷机耦合封装过程中探测器性能无干扰的测试和缩短封装周期问题，满足 探测器性能在封装过程中性能控制的要求。
[0005] 本发明的一种集成式杜瓦组件变温测试的制冷结构，如附图1所示，包括环氧拉 杆柄1、环氧拉杆2、液氮腔密封盖板3、外壳4、液氮存储腔5、杜瓦一体支撑小端密封盖板 6、芯柱7、定杆帽8、液氮托盘9、冷头10、测温铂电阻11、引线12、引线环13、杜瓦一体支撑 密封底板14、加热电阻15、杜瓦一体支撑大端密封盖板16、待测试杜瓦17。环氧拉杆柄1与 环氧拉杆2的上端通过低温胶胶接，液氮腔密封盖3与外壳4中间由液氮密封盖板橡胶圈 301实现密封，外壳4分别与液氮存储腔5上端、杜瓦一体支撑小端密封盖板6通过激光焊 接进行密封，液氮存储腔5与芯柱7通过激光焊接方式密封，定杆帽8的螺纹将环氧拉杆2 下端与液氮托盘9固定，芯柱7与冷头10之间采用真空钎焊方式连接，在冷头10表面使用 低温环氧胶分别胶接测温铂电阻11、加热电阻15,测温铂电阻11、加热电阻15均通过引线 12连接，引线环13与杜瓦一体支撑密封底板14通过激光焊接连接，杜瓦一体支撑大端密封 盖板16与待测杜瓦17的一体支撑1702下部小端面之间由杜瓦一体支撑大端密封盖板橡 胶圈1601实现密封，待测试杜瓦17内冷链1701下端面与冷头10固定使其紧密接触。
[0006] 本发明的实现方法如下：
[0007] 将待测试杜瓦的排气管1704与排气机组通过法兰连接，将其腔体抽真空，使测试 装置内部真空度达到IXKT 4Pa时。将液氮缓缓注入液氮存储腔内，经过一段时间后，杜瓦 内探测器冷平台逐渐达到热平衡，此时杜瓦内部真空度达到lXl〇_ 5Pa。在此条件下可实现 杜瓦及变温测试制冷结构内部固体传导漏热和各零部件的辐射漏热不变。因此可由热传导
【主权项】
1. 一种基于集成式杜瓦组件变温测试制冷结构的控温方法，所述的集成式杜瓦组件变 温测试制冷结构包括环氧拉杆柄（1)、环氧拉杆（2)、液氮腔密封盖板（3)、外壳（4)、液氮存 储腔（5)、杜瓦一体支撑小端密封盖板（6)、芯柱（7)、定杆帽（8)、液氮托盘（9)、冷头（10)、 测温铂电阻（11)、引线（12)、引线环（13)、杜瓦一体支撑密封底板（14)、加热电阻（15)、杜 瓦一体支撑大端密封盖板（16)、待测试杜瓦（17)，其特征在于包括以下步骤： 1) 将由待测试杜瓦及变温测试制冷结构所组成的密封腔体进行抽真空，在该腔体内部 真空达到IX KT4Pa后，将刻有刻度的环氧胶拉杆（2)推到芯柱（7)底部，此时开始灌入液 氮，并实时记录杜瓦冷平台（1703)上的测温二极管（待测杜瓦（17)芯片基板上已胶接的 测温二极管的数值可监控整个降温过程，在经过AMin时间的液氮冷却后，待测杜瓦（17) 内已达到热平衡状态，此时记录杜瓦冷平台上温度T 1和刻度L 1; 2) 待液氮存储腔（5)内液氮蒸发完后，将杜瓦冷平台的温度恢复到室温状态，再开始 下一次测试，将环氧拉杆（2)拉到L2刻度，并持续灌入液氮，直至t 2min后，杜瓦内部达到 热平衡，此时记录杜瓦探测器基板的温度T2，当环氧拉杆（2)拉到L2刻度时，整个液氮存储 腔（5)内充满液氮，而芯柱（7)被液氮托盘9分成两部分，液氮托盘（9)侧壁面与芯柱7内 壁面之间存在〇.2_的间隙，既利于环氧杆（2)的推拉，也可由于毛细作用阻止液氮向下流 动，因此芯柱（7)上部分充满液氮，下部分没有液氮，此时冷量传输途径为液氮冷量通过液 氮托盘（9)侧面及芯柱（7)薄壁传输到冷头（10)，通过冷链（1701)将冷量传输到杜瓦冷平 台及探测器，从而达到冷却探测器的目的； A · ΔΤ 3) 由环氧拉杆⑵的长度AL与Λ T为线性关系，即AL = λ 式中T。为 y 液氮温度。因此在环氧拉杆（2)上端（201)区域刻上一定的分度值，该分度值代表了 AL = λ 的分度，通过拉动不同刻度来调节不同液氮冷却量，实现精确控制所需的 y 制冷温度； 4) 为了保证所需的测温精度，在冷头（10)上贴了测温铂电阻（11)和加热电阻（15)， 其中测温铂电阻（11)用于监测冷头（10)的温度，当冷头（10)温度过低时，可通过加热电 阻（15)加热得到热量Q,对热量进行补偿，即Q总=Q传导+Q加热，其中Q加热=I 2 · R · t，式 中，I为加热电阻（15)通入电流，R为加热电阻的阻值，t为加热电阻通电加热时间，由公式 Δ? = λ 〇Α+Δ〇Γ '从而达到精确控制测量温度。 ^传导 Y加热
【专利摘要】本发明公开了一种基于集成式杜瓦组件变温测试制冷结构的控温方法，所述的集成式杜瓦组件变温测试制冷结构包括环氧拉杆柄、环氧拉杆、液氮腔密封盖板、外壳、液氮存储腔、杜瓦一体支撑小端密封盖板、芯柱、定杆帽、液氮托盘、冷头、测温铂电阻、引线、引线环、杜瓦一体支撑密封底板、加热电阻、杜瓦一体支撑大端密封盖板。本发明设计了一种通过调节液氮面与冷平台不同距离量来实现测试温度达到85-130K的制冷结构，通过热量补偿实现对测试温度精确控制；本发明在整个测试过程不受制冷机压缩机振动及电磁干扰，测试精度高，结果稳定；本发明适用于采用了直线型脉冲管制冷机与探测器耦合集成式杜瓦组件探测器性能过程测试。
【IPC分类】G05D23-20
【公开号】CN104731126
【申请号】CN201510028939
【发明人】李俊, 孙闻, 王小坤, 陈俊林, 曾智江, 郝振贻, 李雪
【申请人】中国科学院上海技术物理研究所
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年1月21日