[发明专利]一种集成深低温制冷装置的大功率光电探测器组件

说明书

技术领域

本发明公开了一种集成深低温制冷装置的大功率光电探测器组件，组件可以实现功率在100W～500W的大功率芯片真空制冷封装，适用于电阻阵等类似的大功率探测器组件。

背景技术

大功率电阻阵探测器是红外场景模拟系统中的核心部件之一，这种探测器通过对不同像元施加不同的电压信号，从而使得不同像元具有不同的红外辐射能量，所有像元组合起来形成模拟目标的红外辐射特征。电阻阵探测器的像素规模已经达到实用化，基于这种技术的红外景象生成装置在各种红外动态目标模拟领域得到越来越多的应用。为了模拟特定的目标，需要电阻阵工作在很低的温度下，并要有比较高的功率，比如500W的电阻阵要工作在100K的深低温下。

目前对于红外探测器的制冷大多采用机械制冷机，但是制冷机产品还无法实现对数百瓦的探测器进行制冷并维持在100K左右的深低温。为了避免结水、结霜等影响探测器的工作，深低温工作的探测器还要处于真空环境中。另外还有一个低温下材料间的热失配问题。

为解决以上问题，本发明提出了一种新型的大功率真空封装结构的组件，组件内部集成制冷装置、真空维持接口等。组件采用螺钉连接结构，结构可靠且易于维护。

发明内容

本发明的目的是提供一种可实现数百瓦制冷量并能稳定工作在100K左右深低温的组件。通过更换不同种类的循环液，该结构也可以用于室温下大功率探测器的封装组件。该组件主要解决了以下几个问题：第一、类似电阻阵等功率在数百瓦及以上探测器的制冷封装，在液氮作为冷却介质情况下可以实现100K以下的制冷温度；第二、组件密封封装后一般无法拆卸，或者即使可以拆卸也是一种破坏性的拆解，本发明的结构采用了螺钉连接结构，既可以保证有效的密封封装，也可以便于维护时的检查、拆卸和更换零部件。第三、该结构的电极板是采用陶瓷加工制备的，可以实现高密度的引线。

本专利的一种深低温工作的大功率光电探测器组件结构如图1所示。包括外壳1、管帽2、光学窗口3、管帽固定螺钉4、探测器芯片5、液冷装置6、隔热密封圈7和液冷装置固定螺钉8。

外壳1选用柯伐合金金属。在外壳1的上部加工16个与管帽2位置对应的M1.6螺孔108，在底部有8个与液冷装置6位置对应的Ф2.5的通孔106，底部有2个Ф8.0的通孔107，用于液冷装置的进液管和出液管的穿出，底部外侧8个Ф3.5的沉头孔105用于组件的安装固定，与管帽2定位安装的面上放置金属密封圈104。壳体101与真空插座102通过激光焊接工艺密封焊接在一起。

液冷装置6主要由液冷室601、低温密封圈602、液冷底板603、出液管604、进液管610五部分组成。液冷室601和液冷底板603采用具有高导热、低膨胀系数的钼、钨铜合金材料加工。液冷底板603上有8个Ф2.5的通孔607，其位置与外壳的通孔106对应，也与液冷室601上的8个M2.0螺纹通孔608对应。液冷底板603底部的大环形槽605，用于安装大隔热密封圈701，小环形槽606用于安装小隔热密封圈702。液冷室601上有676个按1.0mm×1.0mm阵列排布的扰流柱609，每个扰流柱大小为0.5mm(长)×0.5mm(宽)×3.0mm(高)。液冷装置6的进出液管610、604和液冷底板603通过真空钎焊工艺密封焊接在一起，液冷室601、低温密封圈602、液冷底板603通过销钉定位方式定位组装在一起。

隔热密封圈采用导热性能差的高分子材料加工，如玻璃钢、聚四氟乙烯等。大隔热密封圈701和小隔热密封圈702放在液冷底板对应的环形槽内，液冷装置6放在外壳1内，通过8个M2.0的液冷装置固定螺钉8将液冷装置6与外壳1连接在一起。

探测器芯片5与液冷室601通过低温软金属焊料焊接在一起，探测器芯片5与外壳1上的真空插座102通过超声波键合的工艺电学连接在一起。

管帽2选用柯伐合金金属。光学窗口3通过环氧胶粘贴或金属焊料焊接的方式与管帽2密封连接在一起。

外壳1上放置金属密封圈104，然后放置管帽2，使面201与金属密封圈104接触。外壳1与管帽2通过将16个M1.6管帽固定螺钉4对应安装穿过管帽2上的Ф1.8通孔202并与外壳1的上16个M1.6螺孔108螺接旋紧连接在一起。

本发明的优点在于，采用本发明的方案制作的封装结构，可以实现功率在100W～500W的大功率芯片真空制冷封装，可以实现大功率器件的100K下的深低温工作。

附图说明

图1组件结构剖面图；