用于集成式杜瓦组件变温测试的制冷结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本专利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，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] 本专利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，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] 本专利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] 本专利的实现方法如下：
[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IXKT4Pa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 公式Q = λ . Α ' 1进行推导，得到1 = λ·^Ι，其中，λ为芯柱7的导热系数，A为芯柱 7薄壁的横截面积，Qsa为杜瓦17漏热，Λ L为环氧拉杆2推拉的长度变化量。如附图2所 示，T1为环氧拉杆2将液氮托盘9推到芯柱7的底部时由待测杜瓦17冷平台上二极管所 测温度值，T 2为环氧拉杆2将液氮托盘9拉到芯柱7的上部时由待测杜瓦17冷平台上二极 管所测温度值，因此，ΔΤ= (T2-Tq)-(T1-Tq) =T2-T1, Ttl为液氮温度。由公式可得知环氧拉 杆2的长度AL与Λ T为线性关系。因此在环氧拉杆2的上端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 现较大的测温范围。
[0008] 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，式中，I为加热电阻15通入 电流，R为加热电阻的阻值。由公式^ = 1叾~从而达到所需的测量温度。 Vfeif + Win?
[0009] 本专利的测量温度的控制步骤如下：
[0010] 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I X 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上的测温二极管（待测杜瓦17芯片基板上已胶接的二极管）的 数值可监控整个降温过程，在经过hMin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;
[0011] 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.如图1所示，当环氧拉杆2拉到L2刻度时，整 个液氮存储腔7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0. 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；
[0012] 3)由环氧拉杆2的长度Δ L与Δ T为线性关系，即AL = λ ' ---式中Ttl为液氮 A ΔΤ 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 Δ? = λ ·一^ 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制冷温度。
[0013] 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,& = +QiDa，其中QiDa = I2 *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Sal =夂·^~^- y传导+^加热 从而达到精确控制测量温度。
[0014] 本专利的优点是：
[0015] 1)本专利的制冷结构和实现方法简单，通用性强，成本低廉；
[0016] 2)本专利的变温制冷结构易于安装及拆卸，不会影响后续直线性脉管制冷机冷指 与杜瓦一体支撑的激光焊接工艺；
[0017] 3)本专利采用液氮制冷方式冷却冷平台上的探测器模块，设计了一种可以调节液 氮量实现制冷温度范围85-130K的结构，扩大了测温范围，通过环氧拉杆2的推拉实现测量 温度的初步控制，通过在冷头10上胶接加热电阻15方式对热量进行补偿实现了温度精确 控制；
[0018] 4)本专利由于采用了液氮测试，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；
[0019] 5)本专利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的探 测器性能过程测试。
【附图说明】
[0020] 图1为一种用于集成式杜瓦组件内变温测试制冷结构示意图。
[0021] 图中：
[0022] 1 一环氧拉杆柄；
[0023] 2-环氧拉杆；
[0024] 201-环氧拉杆刻度部分
[0025] 3-液氮密封盖板；
[0026] 301 -液氮密封盖板橡胶圈
[0027] 4-外壳；
[0028] 5-液氮存储腔；
[0029] 6-杜瓦一体支撑小端密封盖板；
[0030] 601-杜瓦一体支撑小端密封盖板橡胶圈；
[0031] 7-芯柱；
[0032] 8-定杆帽；
[0033] 9-液氮托盘；
[0034] 10-冷头；
[0035] 11 一测温铂电阻；
[0036] 12-引线；
[0037] 13-引线环；
[0038] 14-杜瓦一体支撑密封底板；
[0039] 15-加热电阻；
[0040] 16-杜瓦一体支撑大端密封盖板；
[0041] 1601-杜瓦一体支撑大端密封盖板橡胶圈；
[0042] 17-待测试